二维Kleinberg网络上疾病传播的最优局部控制策略

研究二维Kleinberg网络上的疾病传播及最优控制问题。基于Manhattan距离提出了一种局部的控制策略抑制疾病在Kleinberg网络上的传播,并进一步研究该策略对系统总的代价(定义为最终感染比例和治愈人数比例之和)的影响。通过研究发现,当Kleinberg网络中长程边数量和疾病传播率在一定范围内时,会存在一个最优控制半径,使系统代价最小。当控制半径小于最优控制半径,局部控制策略不能有效地抑制疾病的传播,导致很多节点被感染;当控制半径大于最优控制半径,虽然疾病的传播范围被有效地控制,但是会花费更多的代价用于控制疾病传播。并且最优控制半径会随着疾病的传播率以及刻画网络的参数改变而发生变化。     

具有远程感染机制的SIRS传播模型及仿真

提出了一种具有远程感染机制的传染病模型,该模型考虑感染节点以一定的概率感染其邻居节点的同时也以一定的概率感染其非邻居节点。通过平均场理论求得该模型在均匀网络上的传播临界值和最终感染密度的精确值。计算机的仿真结果进一步支持了理论结果的正确性。理论分析和仿真结果均表明:具有远程感染的疾病,在传播过程中随着远程感染率的增大,疾病传染率的临界值会变小,当疾病变为地方病时最终感染密度会变大。现实中可以制定措施控制非相邻节点的接触,降低远程感染率,实现对疾病的有效控制。该结果对于基于均匀网络的传播控制具有重要的启示:可以随机选择少量非相邻节点进行主动感染,增大远程感染率,提高网络传播的效率。     

一类含个体意识的SIS网络传播模型的分析

为了研究一类含个体意识的SIS网络传播模型的动力学行为和该模型解的相关性质,运用复杂网络理论、稳定性理论以及上、下极限理论进行分析。在含个体意识的传播网络中若最初存在已感染的节点,无论这些节点的数目及其分布情况如何,随着传染病传播过程的开始,任何度的已感染节点都会在传播网络中出现。结果表明,含个体意识的传染病传播网络和不含个体意识的传染病传播网络在动力学上具有一些相同的性质。     

带受限感染周期的随机移动传播网络阈值分析

为了研究现实生活中不同个体的易感性、传染性和感染周期不同对流行病传播的影响,提出了一类具有受限感染周期的流行病传播模型。根据复杂网络的基本理论对模型展开分析,得出了传播阈值的表达式,并通过数值模拟进行验证。研究结果表明,带有受限的感染周期比带有相同的感染周期更不利于流行病的传播,不同的易感性及传染性的分布也影响流行病传播。     

二重耦合网络上意识与疾病作用的一般模型

在二重耦合网络上考虑意识与疾病共同传播,其中上层网络为意识传播层,下层网络为疾病传播层.与以往研究不同,个体获得疾病信息后,以分配率X成为意识传播但无预防行为者.利用微观马氏链近似方法建立了离散模型,利用拟静态近似方法推导了传染病流行阈值.结果发现,当分配率X1时流行阈值不仅与各参数有关,而且与意识传播层的稳态值有关;当分配率X=1时,流行阈值与意识层无关,只依赖于接触层.     

复杂网络中具有低易感的疾病传播问题研究

基于真实流行病学中免疫力减弱的特性,提出一个新的疾病传播模型即复杂网络中具有低易感即免疫力减弱的传播模型。 利用平均场理论和计算机仿真对该模型的传播行为进行了详细研究,结果表明该模型的传播阈值主要与网络拓扑结构、免疫丧失率和免疫保留率有关。 小世界网络中存在非零的传播阈值,而无标度网络在网络规模无限大的情况下传播阈值趋于零。 在网络拓扑结构不变的情况下,增大节点的免疫保留率可以增大小世界网络和无标度网络上的传播阈值,降低疾病的传播范围,从而有效控制传染性疾病在复杂网络上传播。     

社交网络上基于信息驱动的行为传播研究

针对社交网络上信息与行为的交互作用与协同传播的特点,建立了基于信息驱动的行为传播模型。该模型综合反映了社交网络上信息与行为传播的交互性,以及信息传播的记忆性、时效性与社会加强效果等多种因素对传播的影响。研究发现,信息的时效性、社会加强效果、信息的转播率等模型参量,以及源节点的度与核数、节点的度及与源节点距离等网络参量,都在一定程度上影响行为传播的速度和范围,但各参量在不同环境下发挥不同的作用。     

互连耦合网络的SIR传染病模型

考虑了包含层内接触和层间接触的双层相互连接的耦合网络,研究了基于该网络的SIR传染病模型.利用渗流理论和概率生成函数,研究了疾病的流行阈值和流行前疾病的平均暴发规模,分析了层内传播和层间传播对疾病传播的影响.通过研究发现,层内传播存在,引发疾病流行的层间传染率的临界值降低和流行规模增加.     

含可变感染率的SIRS模型在复杂网络上的传播分析

在疾病传播的现实网络中,每个个体与感染源接触而被感染的概率并不是一样,这与个体的体质、抵抗力及接触程度等因素有关。基于复杂网络上SIRS模型,提出了一个可变感染率的疾病传播模型。利用平均场原理,分析得到该传播模型的传染临界阈值主要与网络的拓扑结构和可变感染函数有关。数值模拟验证了理论分析的正确性。     

中国航空网络时序特征分析

该文着重研究时序信息对中国航空网络拓扑结构和传播行为的影响。将网络分割为24个时间窗口,研究拓扑结构在序列中的变化特性;考虑网络中事件发生的时间间隔,建立时序网络上的SIR传播模型以及基于时间特性的节点分类方法。结果表明,度-集聚系数和介数-集聚系数在8:00时出现正相关向负相关的转变;节点上航班出港行为的时间爆发性存在明显差异,但整体上可降低网络的传播速度和感染范围。该研究成果对进一步认识航空网络及受航空网络影响的疾病传播等动力学过程具有重要意义。     

复杂网络上的局域免疫研究

在网络全局结构信息未知的情况下,如何对大规模网络进行有效的免疫是疾病预防控制中的重要课题之一.本文介绍了针对社区网络、自适应网络和双层耦合网络等的局域免疫方法研究.对于社区网络,通过对5个真实社区网络的分析,发现桥节点的弱连接数目具有一定程度的异质性,存在一些更重要的桥中心节点,进而提出了一种有效的局域桥节点发现算法.对于自适应网络,发现传播过程中会出现很强的社区结构,由此提出一种基于社区效应的局域控制策略,结果显示疾病并非控制越早效果越好.对于双层耦合网络,提出一种促进-抑制的非对称耦合传播模型,研究危机意识的局域散布对于疾病传播的影响,分别解析得到了意识和疾病传播的爆发阈值与稳态分布.这些研究增进了人们对于复杂网络中关键节点的理解,也为实际的疾病防控工作提供了一些借鉴.     

基于侥幸心理的自愿接种模型研究

该文基于个体接种疫苗倾向的差异性,结合博弈理论建立了一个基于节点重要性倾向的自愿接种模型;同时,针对人们在选择是否接种时存在的心理因素,建立了一个基于侥幸心理的自愿接种模型。针对疫苗永久有效、疫苗有效期有限和信息存在时间延迟3种情况,借助经典的SIS传染病模型在BA无标度网络与ER随机网络上对上述两个模型的疾病传播进程进行了对比分析。结果表明:若存在侥幸心理,BA网络中的感染节点密度将更大,即对BA网络影响更大;还发现对于该文所设参数,当人们存在侥幸心理时,感染人数增加了2倍以上。     

基于有向网络中病毒传播和核心免疫的研究

现实网络的有向性使得有向网络更能够准确地模拟显示网络,而当前研究的热点是怎么样用最小的代价对网络进行免疫。基于节点连接的不均匀性,提出的目标免疫被认为是最好的免疫策略。针对更符合实际的有向无标度网络,提出了基于双向链接的核心免疫策略。与目标免疫相比,该策略可以是网络获得较好的免疫效果,并且能更好地保持网络的连通性。采用SI病毒传播模型研究病毒爆发初期的情况,在双向网络分别测试了该免疫的性能和网络效率,证明了该免疫的高效性。     

一种结合传染路由的缓存调度算法

延迟容忍网络是一种链路频繁断裂的无线网络,主要采用“存储-携带-转发”的方式来转发数据分组,不同于传统网络的“存储-转发”方式．然而在这种网络中,由于节点之间的接触时间周期较短,并且节点的缓存空间有限,在不考虑有效的缓存调度策略时,很容易造成网络中传输数据分组丢失．针对网络的这些特点,结合传染路由提出了一种基于当前节点的邻居节点与分组的目的节点之间的接触频率的按序转发数据缓存调度算法,并通过NS-2仿真工具进行性能评估．仿真结果表明,在网络资源有限的情况下,此算法能较好地提高数据分组交付率,降低传输时延,减少网络开销,使网络性能得到了较好改善．     

Spreading behavior of SIS epidemic model on networks with dynamical topology

Based on the two-dimensional regular lattice,a modified SIS(Susceptible-Infected-Susceptible)epidemic model with motion rules is presented to study the spreading behavior on networks with dynamical topology.The mean-field theory is utilized to analyze the critical threshold(λc)of epidemic spreading under the randomly mixing conditions.It is found that λc is only related with the population density within the lattice.Large-scale numerical simulations are carried out to verify the mean-field results,and it is observed that the long-range probability p largely affects the epidemic spreading behavior.In addition,the effect of the dual time scales on epidemic spreading is also investigated by the simulations,and it is shown that the dual time scales accelerate the dynamic spreading behavior.The results indicate that the model with motion can help us to further understand the real epidemics.     

无线Ad Hoc网络单信道并行传输的博弈解决策略

基于干扰感知的信干比模型,将无线Ad Hoc网络中多个节点随机并行接入同一信道的控制决策过程建模为信道接入博弈．随后,求解此博弈的纳什均衡解作为传输门限,并提出一种单信道多节点并行传输的分布式策略HMAC．仿真结果表明,与IEEE802.11a的MAC协议比较,提出的HMAC协议吞吐量提高了35％～53％,且传输门限可根据活动节点数、互扰比、传输成本及无线接收机的灵敏度自适应调整．本策略允许多个节点在单信道内并行传输,在提高网络吞吐量的同时降低了能量消耗和通信开销．     

节点增减机制下的病毒传播模型及稳定性

该文针对网络节点的增减情况,研究网络病毒传播模型及其稳定性问题。考虑网络节点的新增和移除,构建了基于节点增减机制下的网络病毒传播模型,并运用Routh-Hurwitz稳定性判据定理,分析了模型的平衡点稳定性和基本再生数R₀及其对病毒传播稳定性的影响。最后,通过改变增加节点数量以及易感状态、感染状态的节点移除率,研究3个参数对病毒传播过程的影响,并给出了仿真验证。仿真结果表明,通过调节网络节点的增减数量,能够控制病毒在网络中的传播。