| 标题 | 模块化复杂网络及其构造方法概述 |
| 范文 | 张玢 摘要：文章详细说明了复杂网络与实际复杂系统的对应关系，重点描述了构造模块化复杂网络模型的重要性，概述了模块化复杂网络模型的构造方法。 Abstract： In this paper， the corresponding relationship between complex network and actual complex system is explained in detail， the importance of building modular complex network model is described emphatically， and the construction method of modular complex network model is summarized. 关键词：复杂网络;模块网络;度分布 Key words： complex network;modular network;degree distribution 中图分类号：TN711.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）12-0273-02 0? 引言 自然界和社会中的许多系统都可以用复杂网络来描述，因为网络抓住了这些系统最基本的特征。例如系统的基本单元，在网络中用节点表示，系统各单元之间的相互关联，用节点之间的链接表示。 如何构建出易于科学研究，主要特征又与实际系统相同的复杂网络模型，早在20世纪50年代，科学家就已着手研究。初期主要集中在单独复杂网络的研究，最具代表性的模型有三類，即随机网络[1]、小世界网络[2]和无标度网络[3]。这三类复杂网络模型度的概率密度分布各不相同，随机网络服从泊松分布，无标度网络为幂律分布，而小世界网络介于随机网络和规则网络之间，其分布服从类似泊松分布。 然而，许多实际系统都是由模块组成的，仅用单独的复杂网络模型无法准确描述这一类系统。例如不同运输网络，包括飞行网络、铁路网络和道路网络;生态网络，包括物种相互作用网络和食物网;生物网络，包括基因调控网络、代谢网络和蛋白质-蛋白质相互作用网络;社交网络等等[4]。该类网络具有明显的模块化特征，并且模块内部联系紧密，模块之间的关联弱于模块内部。因此，模块化复杂网络的概念就应运而生。 1? 模块化复杂网络 实际中存在着许多对人类生活起着重要影响的模块化复杂网络，比如交通网络、水资源网络、金融网络、医疗网络、能源网络等。这些网络内部存在较为复杂的模块结构，而且网络并非独立存在，网络之间也存在依赖关系。下文从医疗网络、能源网络具体说明。 医疗网络可以看作是医疗组件之间的互连，方便患者进行适当的监控和服务。如果该网络能够以更好的方式获得与其他相关网络的同步，则可以更谨慎地操作该网络。例如，当缺乏执行操作的电源时，医疗网络可以使用能源网络的资源。在这种紧急情况下，与其他网络的相互关联，对于患者健康至关重要。交通网络可以通过提供有关最短路线、附近加油站或救护车当前位置的必要信息发挥重要作用。将这样的网络与医疗系统集成，可以帮助我们加快吞吐量，应对环境中的各种情况，并确保服务的一致性[5]。此外，它还可以与金融网络交互，在服务管理和患者之间进行交易，帮助患者更安全、更顺利地完成交易。对于不同的网络，我们可以应用一个类似的概念，即一个独立的网络只能引导我们定义一些特定的知识，而与其他一些相互依赖的网络关联时，它们累积起来可以揭示更多的信息，提供更好的服务和设施。 能源网络对于关键基础设施的持续运行至关重要。在各种能源网络中，越来越多的传感器和测量设备用于收集和处理网络数据，确保可靠的能源输送，如燃气网络和电网的最佳运行。虽然所收集的数据直接来源于能源网络，但会有很多潜在的影响，如供水网络中的水泵、交通网络中的红绿灯、医疗保健中的健康监测设备，以及金融网络中的计算中心等等。此外，由于电力用户是社会网络中的智能决策者，电力与社会网络之间存在着强烈的相互作用关系。 例如，需求侧管理，包括响应程序和负载管理策略，通过允许客户参与确保负载发电平衡，增加电力用户在电力市场中的参与度。因此，对能源网络的全面了解和有效数据分析，来识别这些网络中的异常情况，为电气化网络的可靠和安全运行铺平了道路[5]。 社会中众多的模块化复杂网络之间的相互依赖，可能导致级联故障，即单个节点故障导致位于不同网络中的其他依赖节点的级联故障。在这种情况下，一小部分节点故障会导致系统内出现大面积瘫痪。为了解决这一问题，网络相关性的整体建模对于智能决策的数据分析和设计更健壮的网络至关重要。具体来说，在对每个层使用数据分析的同时，考虑来自相互依赖网络的外部数据，可以提高智能代理决策的准确性。它还促进了关键节点的数据驱动识别，这有助于减轻由于网络连接分区内的突然中断而造成的损失。例如，由于某些灾难导致的电力中断，其中微电网的单一故障可以影响位于不同网络中的所有相关节点[5]。 2? 构造方法 在研究模块化复杂网络的过程中，有许多不同类型的定义，如相互依赖的网络（interdependent networks）、互联网络（interconnected networks）、多层网络（multilayered networks）、多重网络（multiplex networks）[4]。但无一例外，这些网络都具备相同的特征，即都具有明显的模块化特征。节点在联系紧密自己的网络中，有内部网络链接，但也有较稀疏连接到其他网络的链接。 |
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