基于博弈论的控制集问题研究

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覆盖问题是一类经典的组合优化问题.在生产生活中有着广泛的应用,如:扮演电子警察的控制集问题.本文主要应用博弈论的方法来研究控制集问题的两个变形:连通控制集问题(connected dominating set)与安全控制集问题(secure dominating set).连通控制集问题的产生是基于人们对网络监控系统中无线传感器之间保持信息共享的需求.对于给定的图G=(V,E),如果对任意的点vi ∈ V\C,都存在点vj ∈ C∩Ni,其中Ni为点vi的邻点集合,那么我们称点子集C是图G的一个控制集(dominating set).如果控制集C在图G中的导出子图G[C]还是连通的,我们就称C是图G的一个连通控制集(CDS).安全控制集问题的产生是基于人们对移动式网络监控系统的安全性的需求.对于给定的一张图G=(V,E),假设点子集C是图G的一个控制集,如果对于任意的点u ∈ V\C,都存在一个点v∈ C,使得uv∈E,且集合C\{v} ∪{u}仍然是图G一个控制集.我们称这样的点子集C是图G的一个安全控制集(SDS).本学位论文分为四章,第一章介绍相关概念与背景知识,并介绍研究现状.第二章,设计了一个博弈模型来研究连通控制集问题,证明了从任意一个非平凡的初始状态出发,在博弈者只考虑自身利益的情况下,博弈结果会在O(n)迭代步数内收敛到一个纳什均衡状态.同时证明了任意一个纳什均衡状态对应着一个极小连通控制集.第三章,基于博弈论的方法给出了一个安全控制集问题的完全分布式的局部算法,算法能在O(n)迭代步内输出一个极小安全控制集,同时具有帕累托最优性.数值模拟的结果展示了该算法的优越性.第四章对研究方法与研究结果进行讨论与总结.
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