一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法技术

一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法，构建病毒传播模型，基于元胞自动机建立易感—易染—易感的病毒传播模型；给定网络图G(N,E)，初始化t时刻网络的邻接矩阵A(t)，选取m％个节点作为初始感染源；利用社团结构发现算法，得到基于全网边介数的删边顺序；利用广度优先搜索算法确定删边数目为k％，k为有限正整数；按照边介数删边顺序，临时删除一条满足条件的边；重复上一步，直至临时删边比例为k％；本发明专利技术具有简单有效、显著降低病毒传播速度和感染规模的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法
本专利技术属于计算机
，具体涉及到一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法。
技术介绍
随着对复杂网络理论研究的不断深入与发展，越来越多的研究学者关注复杂网络上病毒传播动力学，如计算机网络上的病毒传播、社交网络上谣言，舆论的传播以及生物网络中疾病的传播等。在实际生活中，每个个体都有趋利避害的行为，同样的对于网络中的节点而言，它们也会通过改变自己的网络结构来避免与感染节点接触。因此，网络的拓扑结构不再是静止不变的。纪鹏等人的研究中是根据边与重要节点之间的关系，对重要节点直接相连的边或任意两个重要节点与其共同邻居节点之间的边进行免疫。Shaw等和Gross等人的研究中都认为当网络中有感染节点存在时，易染节点都会选择与感染节点断开连接，重新选择一个非邻居的健康节点与之连接来使自己避免被感染从而进行自我保护的行为。Risau-Gusman等人也都研究了多种重连方法下病毒的传播行为。之后，宋玉蓉等人在研究的过程中证实了重连方法对病毒传播具有抑制作用。曹玉林等人对宋玉蓉等人提出的方法进行了分析，又提出了基于最短路径和节点度的重连方法。然而现有大多数病毒传播控制的优化方法，都是利用断边重连来进行控制，但是断边重连所花费的代价比仅仅只进行删边大、实现起来也较复杂，而且没有考虑到有限资源约束。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种简单有效、显著降低病毒传播速度和感染规模的基于有限临时删边的病毒传播控制方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法，由以下步骤组成：(1)构建病毒传播模型基于元胞自动机建立易感—易染—易感的病毒传播模型；(2)给定网络图G(N,E)，N表示网络中所有节点的集合，E表示网络中所有节点之间边的集合，初始化t时刻网络的邻接矩阵A(t)，选取m％个节点作为初始感染源，m为有限正整数；(3)利用社区结构发现算法，得到基于全网边介数的删边顺序；(4)利用广度优先搜索算法确定删边数目为k％，k为有限正整数；(5)按照步骤(3)得到的边介数删边顺序，临时删除一条满足条件的边；(6)重复步骤(5)，直至临时删边比例为k％；作为一种优选的技术方案，所述步骤(1)中将网络中的节点作为元胞，则包含N个节点的网络即为包含N个元胞的元胞自动机，N为有限正整数，根据元胞自动机的四要素建立的易感—易染—易感病毒传播模型为：元胞空间C：初始时刻建立包含有N个元胞的一维元胞空间；有限状态集Q：节点对应元胞的状态分为易染状态和感染状态，并分别用0和1表示，状态集Q＝{0，1}；Si(t)为元胞i在t时刻的状态变量，Si(t)∈Q,则有元胞邻域V：网络邻接矩阵A(t)为元胞空间中各个元胞邻居之间的关系，t时刻元胞i的邻居为A(t)中第i行所有取值为1的元素集合，αij＝1，αij∈A(t)为元胞i和元胞j之间存在连接的边，且αii＝αjj＝0；元胞状态转换规则函数δ：在每一时刻t，感染节点以概率β去感染其周围的邻居节点，同时被感染的节点也以概率α恢复为健康节点，感染节点和健康节点之间的状态转换函数为：式中，上横线为取反操作，g为感染节点和易感节点之间的状态转换判断函数；t时刻感染节点所占比例为I(t)，t时刻健康节点所占比例为S(t)，则任何时刻I(t)和S(t)满足I(t)+S(t)＝1。作为一种优选的技术方案，所述的感染节点和易感节点之间的状态转换判断函数式中，α表示恢复率，β表示感染率，γ取(0,1)之间的随机数，Sj(t)为元胞j在t时刻的状态变量。作为一种优选的技术方案，所述的m％个节点的位置和m的取值均为随机选取。本专利技术的有益效果如下：与现有技术相比，本专利技术不仅花费的代价小容易实现，而且可以显著地降低病毒传播速度和感染规模；本专利技术是一种与初始感染源无关的病毒传播控制方法，并且在临时删除有限数目边的情况下，能够保证网络系统的基本功能不受影响。本专利技术简单有效、成本开销少，可作为一类通用的优化控制方法应用于舆情网络传播控制、交通网络拥塞治理等领域。附图说明图1是本专利技术基于有限临时删边的病毒传播控制方法的流程图。图2是本专利技术中易感—易染—易感病毒传播模型。图3是小规模实际网络的感染率随时间变化的仿真实验结果图。图4是WS网络的感染率随时间变化的仿真实验结果图。图5是小规模实际网络的平均路径长度随删边数目变化的仿真实验结果图。图6是WS网络的平均路径长度随删边数目变化的仿真实验结果图。图7是小规模实际网络的最大连通子图中节点所占比例随删边数目变化的仿真实验结果图。图8是WS网络的最大连通子图中节点所占比例随删边数目变化的仿真实验结果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于下述的实施方式。在图1中，本实施例的一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法，由以下步骤组成：(1)基于元胞自动机建立易感—易染—易感的SIS病毒传播模型，如图2；元胞自动机CA是一种简化的模型，是能够模拟具有内部相互作用的一种动力系统，元胞自动机CA主要由元胞空间C、有限状态集Q、元胞邻域V和元胞状态转换规则函数δ这四大元素组成，表示为CA＝(C，Q，V，δ)；网络系统通常用网络图G(N,E)表示，N为网络中所有节点的集合，E为网络中所有节点之间边的集合，将网络系统中的节点作为元胞，则包含N个节点的网络即为包含N个元胞的元胞自动机，N为有限正整数，根据元胞自动机的四要素建立的SIS病毒传播模型为：元胞空间C：初始时刻建立包含有N个元胞的一维元胞空间；有限状态集Q：节点对应元胞的状态分为易染状态和感染状态，并分别用0和1表示，状态集Q＝{0，1}；Si(t)为元胞i在t时刻的状态变量，Si(t)∈Q,则有元胞邻域V：网络邻接矩阵A(t)为元胞空间中各个元胞邻居之间的关系，t时刻元胞i的邻居为A(t)中第i行所有取值为1的元素集合，αij＝1，αij∈A(t)为元胞i和元胞j之间存在连接的边，且αii＝αjj＝0；元胞状态转换规则函数δ：在每一时刻t，感染节点以β的概率去感染其周围的邻居节点，同时被感染的节点也以α的概率恢复为健康节点，感染节点和健康节点之间的状态转换函数为：式中，上横线为取反操作，g为感染节点和易感节点之间的状态转换判断函数，感染节点和易感节点之间的状态转换判断函数g为：式中，α表示恢复率，β表示感染率，γ取(0,1)之间的随机数，Sj(t)为元胞j在t时刻的状态变量；t时刻感染节点所占比例为I(t)，t时刻健康节点所占比例为S(t)，则任何时刻I(t)和S(t)满足I(t)+S(t)＝1；(2)给定网络图G(N,E)，N表示网络中所有节点的集合，E表示网络中所有节点之间边的集合，初始化t时刻网络的邻接矩阵A(t)，选取m％个节点作为初始感染源，m的取值和节点的位置随机选取；(3)利用社团结构发现算法，得到基于全网边介数的删边顺序，具体步骤如下：a.计算每一条边的边介数；b.删除边介数最大的边；c.重新计算网络中剩下的边的边介数；d.重复步骤b和步骤c，直至计算出全网中边介数的删边顺序为止。(4)利用广度优先搜索算法确定删边数目为k％，k为有限正整数；在临时删边的过程中，为了保证网络基本功能不受影响，通过网络连通性来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法，其特征在于由以下步骤组成：(1)构建病毒传播模型基于元胞自动机建立易感‑易染‑易感的病毒传播模型；(2)给定网络图G(N，E)，N表示网络中所有节点的集合，E表示网络中所有节点之间边的集合，初始化t时刻网络的邻接矩阵A(t)，选取m％个节点作为初始感染源，m为有限正整数；(3)利用社区结构发现算法，得到基于全网边介数的删边顺序；(4)利用广度优先搜索算法确定删边数目为k％，k为有限正整数；(5)按照步骤(3)得到的边介数删边顺序，临时删除一条满足条件的边；(6)重复步骤(5)，直至临时删边比例为k％。

【技术特征摘要】
1.一种基于有限临时删边的病毒传播控制方法，其特征在于由以下步骤组成：(1)构建病毒传播模型基于元胞自动机建立易感-易染-易感的病毒传播模型；(2)给定网络图G(N，E)，N表示网络中所有节点的集合，E表示网络中所有节点之间边的集合，初始化t时刻网络的邻接矩阵A(t)，选取m％个节点作为初始感染源，m为有限正整数；(3)利用社区结构发现算法，得到基于全网边介数的删边顺序；(4)利用广度优先搜索算法确定删边数目为k％，k为有限正整数；(5)按照步骤(3)得到的边介数删边顺序，临时删除一条满足条件的边；(6)重复步骤(5)，直至临时删边比例为k％。2.根据权利要求1所述的基于有限临时删边的病毒传播控制方法，其特征在于：所述的步骤(1)中将网络中的节点作为元胞，则包含N个节点的网络即为包含N个元胞的元胞自动机，N为有限正整数，根据元胞自动机的四要素建立的易感-易染-易感病毒传播模型为：元胞空间C：初始时刻建立包含有N个元胞的一维元胞空间；有限状态集Q：节点对应元胞的状态分为易染状态和感染状态，并分别用0和1表示，状态集Q＝{0，1}；Si(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，张瑞芳，杜娜娜，柳寰宇，张立臣，李鹏，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61