基于有效距离的复杂网络传播源点定位方法研究

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现实生活中很多问题都可以建模为复杂网络上的源点定位问题,如确定流行病的传染源,定位谣言的源头等等。这些传播过程往往会在网络中产生级联效应,因此如何能够准确快速的定位网络上的信息源,对于传染病控制、舆论控制等具有重要的意义。本文采用有效距离这一概念衡量节点间的紧密程度,从而可以使原本复杂和难以理解的网络传播拓扑结构变得直观且易于理解。有效距离的使用使得网络中被感染节点以传播源点为中心呈现出一个同心圆,因此,本文使用“同心圆”特性来作为判断候选源点是否为传播源点的依据。然而现有定位算法存在两个主要问题,一是需要所有节点的感染快照,二是定位准确率不理想。针对以上问题,本文基于复杂网络相关理论,完成了以下两方面的工作。首先,本文提出了基于部分观察的传播源点分层定位方法。该算法采取在网络中部署观察点来降低监测成本和计算开销,并结合分层定位方法得到每一层的定位结果,最后根据位置表决系统对多层定位结果进行表决得到最后的估计源点。通过在模型网络和实际网络上运行改进算法,发现与现有算法相比,改进后的算法在提高定位准确率的同时也提高了定位效率。其次,为了满足在某些紧急的情况下快速定位的要求,本文提出了基于有效距离的实时定位方法。在感染初期,定位算法便开始执行,在之后的多个时刻进行多次定位,实时综合多次定位的结果得到最终估计源点。通过实验证明,与现有算法相比,改进后的算法在快速定位的同时可以有效提高定位准确率。通过在合成网络和实际网络进行实验,并对实验结果进行分析,充分验证了本文提出算法的有效性。
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