試述復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)在軟件工程中的應(yīng)用探析

摘要：在計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用不斷深化的背景下，人類生產(chǎn)生活各領(lǐng)域中開(kāi)始注重引入具有多功能特征的計(jì)算機(jī)軟件。然而其在與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合后，無(wú)論在用戶數(shù)量、軟件系統(tǒng)規(guī)模等方面都呈現(xiàn)明顯的數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì)，使軟件系統(tǒng)更為復(fù)雜，難以被用戶所控制與理解。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開(kāi)始研究能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)軟件工程問(wèn)題解決的方法，將軟件工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中引入復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)理論，一定程度上推動(dòng)軟件工程與復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)研究的進(jìn)一步深入。本文主要對(duì)復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)定義以及軟件工程領(lǐng)域中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的具體應(yīng)用進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò);軟件工程;應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)也成為軟件工程中必不可少的應(yīng)用。尤其針對(duì)現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的傳輸效率問(wèn)題、備受用戶質(zhì)疑的網(wǎng)絡(luò)安全可信度以及由計(jì)算機(jī)軟件被惡意攻擊或隨機(jī)錯(cuò)誤產(chǎn)生的損失等問(wèn)題，都需依靠網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜技術(shù)逐步解決。

一、復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)定義

（一）復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)的基本概述

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在不斷發(fā)展過(guò)程中已成為綜合許多學(xué)科內(nèi)容的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，對(duì)人類生產(chǎn)生活活動(dòng)以及其他許多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都產(chǎn)生一定的影響。從各行業(yè)領(lǐng)域中都可發(fā)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的存在如互聯(lián)網(wǎng)、電力行業(yè)中的網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)領(lǐng)域中的網(wǎng)絡(luò)以及社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)等。其表現(xiàn)的特點(diǎn)主要集中在：①網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化特征，主要指網(wǎng)絡(luò)邊界或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的形成與消失;②結(jié)構(gòu)復(fù)雜特征，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大且具有明顯的多樣性特征;③連接多樣性的特征，各節(jié)點(diǎn)連接權(quán)重既表現(xiàn)出一定的差異性，也具有方向性特點(diǎn);④動(dòng)力學(xué)復(fù)雜特征，節(jié)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)行為較為復(fù)雜且隨時(shí)間變化節(jié)點(diǎn)狀態(tài)也會(huì)發(fā)生一定的改變。

（二）復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)參數(shù)與定義分析

研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中要求對(duì)其相關(guān)參數(shù)聚集系數(shù)、最短路徑長(zhǎng)度以及度分布等進(jìn)行分析。其中在聚集系數(shù)方面，可將網(wǎng)絡(luò)緊密程度表示出來(lái)，并描述網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)聚集狀況，且對(duì)軟件中內(nèi)聚程度進(jìn)行度量。根據(jù)以往學(xué)者研究表明，規(guī)模較大復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)聚集系數(shù)相比小型網(wǎng)絡(luò)高出許多，而軟件系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用更多考慮其聚集系數(shù)較大的優(yōu)勢(shì)。在路徑長(zhǎng)度方面，主要用于對(duì)節(jié)點(diǎn)分離度的描述，其在復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)消息傳遞的速度以及系統(tǒng)響應(yīng)能力進(jìn)行衡量，且實(shí)際研究中也不難發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)存在“small-world”現(xiàn)象，即平均路徑長(zhǎng)度在大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中比實(shí)際現(xiàn)象小很多。另外，在分布方面，可將其定義為與特定節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。與其他參數(shù)相比，規(guī)模較大的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中度往往以冪律形式分布，這種度的分布能夠適用于軟件系統(tǒng)中，可描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜程度以及節(jié)點(diǎn)連通特征等[1]。

二、軟件工程領(lǐng)域復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用

（一）軟件工程中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模

1小世界網(wǎng)絡(luò)與無(wú)尺度網(wǎng)絡(luò)的提出

軟件工程中進(jìn)行復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建首先可引入WS網(wǎng)絡(luò)定義，其具體指為由Watts與Strogatz所研究的小世界網(wǎng)絡(luò)模型，該模型很大程度上能夠起到隨機(jī)圖與規(guī)則網(wǎng)絡(luò)間的橋梁作用。其中的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)主要包括星狀、最近鄰居以及全局三方面的耦合網(wǎng)絡(luò)，而隨機(jī)圖模型則指利用概率對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。根據(jù)WS網(wǎng)絡(luò)定義分析，總結(jié)小世界網(wǎng)絡(luò)在特點(diǎn)上表現(xiàn)為各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與其連接數(shù)目大體相同，而且利用指數(shù)分布描述連接數(shù)的分布情況。在此基礎(chǔ)上，Watts與Newman對(duì)WS進(jìn)行改進(jìn)，提出NW模型，對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加后平均路徑長(zhǎng)度的變化進(jìn)一步解釋，總結(jié)出實(shí)際生活中的許多網(wǎng)絡(luò)如英特網(wǎng)等都為小世界網(wǎng)絡(luò)。此外，在網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建中也有國(guó)外研究人員提出無(wú)尺度網(wǎng)絡(luò)模型，其主要在于為使網(wǎng)絡(luò)能夠連續(xù)增長(zhǎng)要求采取增加節(jié)點(diǎn)的方式，其特點(diǎn)在于以冪指數(shù)形式進(jìn)行連接數(shù)的分布，其中能夠大量連接的僅有少數(shù)節(jié)點(diǎn)，也被叫做“集散節(jié)點(diǎn)”，擁有的連接數(shù)極多。但這種網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障、隨機(jī)錯(cuò)誤以及惡意攻擊等問(wèn)題時(shí)將表現(xiàn)較出一定的脆弱性。

2軟件系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)建模

根據(jù)以往國(guó)內(nèi)外研究的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建，現(xiàn)代軟件系統(tǒng)中引入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用過(guò)程中具有明顯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。在單個(gè)用戶不被干擾的條件下構(gòu)建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)，使其在不同軟件環(huán)境中都具備一定的穩(wěn)定特征，應(yīng)用于軟件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建模中既能夠充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用也使軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高[2]。

（二）軟件設(shè)計(jì)中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用

由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)具有極為復(fù)雜的內(nèi)部特征，為使其在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用中的性能得以保證，需充分利用復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)理論，使其成為軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用的指導(dǎo)基礎(chǔ)。如在分析網(wǎng)絡(luò)化軟件過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其構(gòu)成單元的規(guī)模具備可伸縮的特征，而且在耦合方面也較為松散，通過(guò)利用其中的網(wǎng)絡(luò)資源能夠更好的滿足用戶需求。另外在優(yōu)化軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的建模也能夠?qū)浖写嬖诘牟《締?wèn)題進(jìn)行分析，避免因惡意攻擊或病毒傳播為軟件用戶造成重大損失[3]。

結(jié)論

軟件工程中復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是解決傳統(tǒng)技術(shù)與控制理論應(yīng)用存在問(wèn)題的重要手段。相比傳統(tǒng)控制手段，復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及存在的節(jié)點(diǎn)都有利于軟件系統(tǒng)的實(shí)際開(kāi)發(fā)。但需注意實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型，不僅要求復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論作為軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)思想，而且應(yīng)對(duì)軟件缺陷動(dòng)力學(xué)特征以及軟件行為度量等方面綜合分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋佳艷.淺議復(fù)雜動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)在軟件工程中的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2013，11（06）：127.

[2]李桓.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜性分析與建模[D].武漢大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：

馬剛（1968—），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱商業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院教師，碩士研究生，研究方向：軟件工程。