復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論及其在計(jì)算機(jī)拓?fù)湫袨橹械膽?yīng)用

【摘 要】隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷有新的理論被提出和應(yīng)用，本文所闡述的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論便是一個(gè)新興理論的代表。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，舊有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的需求，故計(jì)算機(jī)學(xué)者提出了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)這一理論，而此理論作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究的新興平臺(tái)也為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了新的思路。本文從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的定義談起，分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在應(yīng)用中的意義，且通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模型進(jìn)行相關(guān)的研究。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論；計(jì)算機(jī)拓?fù)湫袨?；冪律度分?/p>

前言：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論從其誕生之初就成為信息技術(shù)界的研究熱門(mén)，同時(shí)該技術(shù)已經(jīng)滲入到生活和學(xué)習(xí)中的全部領(lǐng)域。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究需要具有極強(qiáng)的跨學(xué)科能力，在對(duì)其研究的過(guò)程中不斷的有新的問(wèn)題和成果出現(xiàn)，這就為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展提供了充分的可行性，本文著重探討復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ秃吞攸c(diǎn)。

一、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的定義

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的定義并不是針對(duì)信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)而言，所謂復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是指具有自行組織、吸引因子、無(wú)標(biāo)度的部分或全部網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下6個(gè)方面：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜：所謂結(jié)構(gòu)復(fù)雜是指網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征復(fù)雜化；②網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在不斷的發(fā)生變化，部分節(jié)點(diǎn)會(huì)存在著出現(xiàn)或消失的情況；③連接多樣性：網(wǎng)絡(luò)中不同的節(jié)點(diǎn)采用不同的連接方式；④節(jié)點(diǎn)復(fù)雜性：每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用不同的結(jié)構(gòu)連接入網(wǎng)絡(luò)；⑤節(jié)點(diǎn)多樣性：復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由不同的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)；⑥復(fù)雜性融合：復(fù)雜性融合則是由以上多種網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性結(jié)合的一個(gè)過(guò)程。

在節(jié)點(diǎn)連接入網(wǎng)絡(luò)之后會(huì)由于節(jié)點(diǎn)之間鏈接權(quán)重變化而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性能的變化。在現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的研究?jī)?nèi)容主要為：網(wǎng)絡(luò)的幾何性質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)組成的原理以及網(wǎng)絡(luò)變化的規(guī)律。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)需具備三個(gè)要點(diǎn)：①小世界：采用簡(jiǎn)單的描述絕大部分的網(wǎng)絡(luò)，即使規(guī)模巨大的網(wǎng)絡(luò)，但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)依然存在一個(gè)最短的距離，也就是說(shuō)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中會(huì)有一個(gè)局域控制；②集中程度：通俗講即是網(wǎng)絡(luò)集中化的具體程度，也就是值網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聚的傾向；③冪律度分布：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的邊的數(shù)量。

二、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)拓?fù)湫袨?/p>

（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同步行為

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的同步行為與簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)存在一定的差異，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中通常較容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的同步，這就是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)相關(guān)性。同步行為在多數(shù)情況下并不能使網(wǎng)絡(luò)更加暢通，反而會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵。例如：在網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)路由器同時(shí)發(fā)送信息或同時(shí)不發(fā)送信息，多個(gè)路由器同時(shí)發(fā)送信息會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞，而多個(gè)路由器同時(shí)不發(fā)生信息則會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。顯然這兩種情況都不是人們所愿意見(jiàn)到的[3]。盡管從網(wǎng)絡(luò)問(wèn)世之初人們就在采取相關(guān)措施解決這一問(wèn)題，但隨著網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜化程度提高，該問(wèn)題的解決則愈加困難。到如今還沒(méi)有一種明確的措施能夠杜絕網(wǎng)絡(luò)同步帶來(lái)的損害，現(xiàn)階段最常遇到的問(wèn)題便是剛剛處理完一種網(wǎng)絡(luò)同步行為，另一種同步行為已經(jīng)產(chǎn)生，故目前人們?cè)谘芯恐芯株P(guān)注網(wǎng)絡(luò)同步行為的解決策略。

（二）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪Ｐ脱莼?/p>

目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪Ｐ椭饕譃閮煞N，其分別為局部網(wǎng)絡(luò)演化模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型，這其中的區(qū)別便是通過(guò)路由器或自治域進(jìn)行不同層次描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。首先路由器作為一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這樣網(wǎng)絡(luò)中的邊即表示路由器的連接。而自治域中描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則認(rèn)為網(wǎng)關(guān)邊界連接著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)。有試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，網(wǎng)絡(luò)模型具有一定的穩(wěn)定性和科學(xué)計(jì)算高聚系數(shù)，在其中選取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，則會(huì)得出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷倪M(jìn)一步演化。

（三）網(wǎng)絡(luò)的脆弱性

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)便是其無(wú)標(biāo)度的特性，這種特性決定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在遇到網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)有很強(qiáng)的強(qiáng)壯性，若計(jì)算機(jī)在承受惡意攻擊中則會(huì)顯現(xiàn)出相反的特性——脆弱性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在最初是服務(wù)于軍方，其起源為美國(guó)的阿帕網(wǎng)，這就要求計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有極高的安全性，也就是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，網(wǎng)絡(luò)所表現(xiàn)出的強(qiáng)壯性，故網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中只要還有超過(guò)20%的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)處于活躍狀態(tài)就能夠保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的脆弱性則表現(xiàn)在部分節(jié)點(diǎn)受到攻擊時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是十分脆弱的，相關(guān)的研究數(shù)據(jù)顯示，只要網(wǎng)絡(luò)中的少部分節(jié)點(diǎn)被攻擊，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便無(wú)法繼續(xù)運(yùn)作。

（四）網(wǎng)絡(luò)病毒擴(kuò)散及預(yù)防

影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的主要為計(jì)算機(jī)病毒，故有效的預(yù)防計(jì)算機(jī)病毒和解決病毒帶來(lái)的危害是降低計(jì)算機(jī)病毒威脅的有效辦法。對(duì)于現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其安全性依然是人們關(guān)注的重點(diǎn)。在對(duì)計(jì)算機(jī)病毒進(jìn)行預(yù)防和治理過(guò)程中，所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均為平等的，隨機(jī)選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行防御與實(shí)際操作存在一定的差異。病毒在小世界中能夠輕易的傳播，但是在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論支撐下，計(jì)算機(jī)病毒感染能力將無(wú)限降低，倘若發(fā)生感染便會(huì)殃及其他計(jì)算機(jī)，導(dǎo)致大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓。在阻止病毒傳播的過(guò)程中，重視病毒防御和病毒傳播速度能夠充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

三、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械膽?yīng)用前景

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中尚屬初階，但該理論的出現(xiàn)使人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)有了新的認(rèn)識(shí)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究中會(huì)創(chuàng)造出性能更加顯著的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變固有網(wǎng)絡(luò)演化的規(guī)律，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要而出發(fā)，實(shí)現(xiàn)其最終目標(biāo)。

結(jié)論：綜上所述，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身的復(fù)雜和龐大的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在其發(fā)展中必將存在一定的問(wèn)題。通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行重新定義，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫袨榈男枨?，為全球化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供可靠的依據(jù)。

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