适用于航空网络的影响力节点识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种适用于航空网络的影响力节点识别方法及系统，构建航空网络，将所有节点对其相邻节点的重要度贡献比重用矩阵形式表示出来，形成复杂度矩阵；将节点自身在网络中的位置信息通过节点效率，即节点与其他节点之间距离倒数之和的平均值表示出来；复杂度矩阵结合节点效率形成改进的复杂度矩阵，与航空网络节点特有的节点使用率构成效率度指标，用以识别影响力节点。本发明专利技术综合了航空网络中特有的节点特性，使得效率度指标不仅表征了航空网络的拓扑结构特性也表征了航空流量分布特性更加适用于航空网络提高识别精准性。

【技术实现步骤摘要】
适用于航空网络的影响力节点识别方法及系统
本专利技术属于航空网络领域，特别涉及到一种适用于航空网络的影响力节点识别方法及系统
技术介绍
随着对复杂网络的深入研究，识别网络重要性节点具有重要的理论研究意义和实际价值，已经在社交网络、科研合作网络、电力网络中得到了广泛应用。在航空网络中也存在一些小比例数量的节点在被蓄意攻击时会使网络的整体性能迅速下降，这些节点称为影响力节点。因此准确识别影响力节点，有针对性地制定的应对措施可以提高航空网络的鲁棒性和抗攻击能力。国内外已初步开展影响力节点识别方法的研究。例如有的研究中用极大不相关法对指标进行筛选，再利用改进的熵权法确定各指标的权重，最终以灰色关联分析方法确定各个节点的影响力排序；有的研究中提出了通过观察节点删除与边删除对复杂网络的影响，并通过加入介数的衡量对节点影响力进行分析；有的研究中考虑和集成了综合评价过程中的各种定性与定量信息利用多属性决策的方法来综合评价节点的影响力；有的研究中给出了基于距离增量分组的动态加权网络节点重要度评估算法等；但上述各研究方法暂时只提出了理论的研究，没有试用到具体的航空网络中；另外还有的研究是对中国航空网络做了基于度和聚类系数的重要性节点分析，但也只考虑了网络结构没有分析流量的影响。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种适用于航空网络的影响力节点识别方法及系统，基于改进的复杂度矩阵，综合了航空网络中特有的节点拓扑结构特性和空中节点流量特性，更加适用于航空网络提高识别精准性。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种适用于航空网络的影响力节点识别方法，包括：(1)构建航空网络，航空网络结构模型为G＝(V,E,W)；V＝{v1v2...vn}为机场和航路点的节点集合，|V|＝n；E＝{e1e2...ei}∈V×V为航路及航线段组成的边集合；W＝{wij}∈n×n为机场和航路点间航段距离权重，A＝{aij}∈n×n为航路网络的邻接矩阵用来表示网络的连接结构；(2)将所有节点对其相邻节点的重要度贡献比重用矩阵形式表示出来，形成复杂度矩阵；(3)单个节点与其他节点之间距离倒数之和的平均值作为节点效率，复杂度矩阵结合节点效率形成改进的复杂度矩阵；(4)改进的复杂度矩阵结合航空网络节点特有的节点使用率构成效率度指标，用以识别影响力节点。进一步的，步骤(2)所述复杂度矩阵具体为：其中为网络平均度，为该节点vi的度；aij为网络邻接矩阵A中的对应元素，是该节点对其他节点的贡献分配参数，对角线上的数表示节点对自身的重要度贡献比例为1。更进一步的，步骤(3)所述改进的复杂度矩阵为：其中，It表示节点效率，为：更进一步的，步骤(4)所述效率度指标为：其中，β是因素影响因子，Z(vi)表示节点使用率：式中的C(vi)节点流量，C为网络中整体流量。优选的，因素影响因子β通过鲁棒性确定，鲁棒性指标为移除一些节点及其相邻边并进行流量再分配后网络中最大连通子图的相对大小，用L表示：m为移除节点数量，σ(m)为移除节点后最大子图规模。本专利技术的另一方面，还提供了一种适用于航空网络的影响力节点识别系统，包括：构建模块，用于构建航空网络，航空网络结构模型为G＝(V,E,W)；V＝{v1v2...vn}为机场和航路点的节点集合，|V|＝n；E＝{e1e2...ei}∈V×V为航路及航线段组成的边集合；W＝{wij}∈n×n为机场和航路点间航段距离权重，A＝{aij}∈n×n为航路网络的邻接矩阵用来表示网络的连接结构；矩阵模块，用于将所有节点对其相邻节点的重要度贡献比重用矩阵形式表示出来，形成复杂度矩阵；矩阵改进模块，用于将单个节点与其他节点之间距离倒数之和的平均值作为节点效率，将复杂度矩阵结合节点效率形成改进的复杂度矩阵；效率度指标模块，用于将改进的复杂度矩阵结合航空网络节点特有的节点使用率构成效率度指标，以识别影响力节点。相对于现有技术，本专利技术所述的一种适用于航空网络的影响力节点识别方法及系统具有以下优势：本专利技术根据航空网络的特性基于改进的复杂度矩阵提出了识别影响力节点的效率度指标，综合考虑了节点对相邻节点的重要度贡献和节点的位置信息和民航环境下节点的使用率。使得效率度指标不仅表征了航空网络的拓扑结构特性也表征了航空流量分布特性更加适用于航空网络提高识别精准性。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的效率度计算流程示意图；图2为本专利技术实施例的华北地区航空网络图；图3为本专利技术实施例的基于不同影响因子攻击的网络鲁棒性测度示意图；图4(1)为本专利技术实施例的度中心性和效率度的关系图；图4(2)为本专利技术实施例的特征向量中心性和效率度关系图；图4(3)为本专利技术实施例的加权介数中心性和效率度关系图；图4(4)为本专利技术实施例的接近中心性和效率度关系图；图4(5)为本专利技术实施例的K-shell和效率度关系图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。1模型与基础方法航空网络结构模型为G＝(V,E,W)；V＝{v1v2...vn}为机场和航路点的节点集合，|V|＝n；E＝{e1e2...ei}∈V×V为航路及航线段组成的边集合；W＝{wij}∈n×n为机场和航路点间航段距离权重，A＝{aij}∈n×n为航路网络的邻接矩阵用来表示网络的连接结构；基于网络结构的节点影响力排序度量指标可以分别从网络的局部属性、全局属性、网络的位置和随机游走等四方面，其中经典的测量方法包括：度中心性、特征向量中心性、介数中心性、紧密度中心性、K-Shell分解法等。2基于改进复杂度矩阵的效率度指标以往经典算法中只考虑网络拓扑结构对节点重要性的影响，本专利技术通过对复杂度矩阵的改进，加入节点效率和节点使用率(流量特性)提出了一种新的效率度指标对航空网络进行影响力节点识别。2.1复杂度矩阵将所有节点对其相邻节点的重要度贡献比重用矩阵形式表示出来，形成了复杂度矩阵，表现了航空网络中节点对其邻居节点的飞机输出能力，记为HIC：为网络平均度，即vi将自身重要度的d(vi)/<d>2贡献给它的相邻节点。为该节点vi的度；aij为网络邻接矩阵A中的对应元素，是该节点对其他节点的贡献分配参数，对角线上的数表示节点对自身的重要度贡献比例为1。2.2改进的复杂度矩阵网络拓扑结构中节点的重要程度除了受节点相邻信息的影响还取决于节点的位置信息。节点与邻居节点的位置信息相互影响，因此结合节点效率表示节点位置信息改进复杂度矩阵，表征拓扑结构对节点的影响。当两个节点距离越近时彼此依赖越强，网络流通性也会越强，因此定义网络效率为所有节点对之间距离倒数和的平均值，表示整个网络中节点间运输的平均难易程度，用E表示：同理定义节点效率为单个节点与其他节点之间距离倒数之和的平均值，表示节点到达网络中其它节点的平均难易度，体现了该节点对网络的运输贡献，用I表示：将节点运输贡献根据其相邻节点的重要度贡献比例进行分配，得到改进的复杂度矩阵，即航空网络中在不同的地理位置的节点向其他节点的飞机输出能力，用HI表示：2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于航空网络的影响力节点识别方法，其特征在于，包括：(1)构建航空网络，航空网络结构模型为G＝(V,E,W)；V＝{v1v2...vn}为机场和航路点的节点集合，|V|＝n；E＝{e1e2...ei}∈V×V为航路及航线段组成的边集合；W＝{wij}∈n×n为机场和航路点间航段距离权重，A＝{aij}∈n×n为航路网络的邻接矩阵用来表示网络的连接结构；(2)将所有节点对其相邻节点的重要度贡献比重用矩阵形式表示出来，形成复杂度矩阵；(3)单个节点与其他节点之间距离倒数之和的平均值作为节点效率，复杂度矩阵结合节点效率形成改进的复杂度矩阵；(4)改进的复杂度矩阵结合航空网络节点特有的节点使用率构成效率度指标，用以识别影响力节点。

【技术特征摘要】
1.一种适用于航空网络的影响力节点识别方法，其特征在于，包括：(1)构建航空网络，航空网络结构模型为G＝(V,E,W)；V＝{v1v2...vn}为机场和航路点的节点集合，|V|＝n；E＝{e1e2...ei}∈V×V为航路及航线段组成的边集合；W＝{wij}∈n×n为机场和航路点间航段距离权重，A＝{aij}∈n×n为航路网络的邻接矩阵用来表示网络的连接结构；(2)将所有节点对其相邻节点的重要度贡献比重用矩阵形式表示出来，形成复杂度矩阵；(3)单个节点与其他节点之间距离倒数之和的平均值作为节点效率，复杂度矩阵结合节点效率形成改进的复杂度矩阵；(4)改进的复杂度矩阵结合航空网络节点特有的节点使用率构成效率度指标，用以识别影响力节点。2.根据权利要求1所述的一种适用于航空网络的影响力节点识别方法，其特征在于，步骤(2)所述复杂度矩阵具体为：其中为网络平均度，为该节点vi的度；aij为网络邻接矩阵A中的对应元素，是该节点对其他节点的贡献分配参数，对角线上的数表示节点对自身的重要度贡献比例为1。3.根据权利要求2所述的一种适用于航空网络的影响力节点识别方法，其特征在于，步骤(3)所述改进的复杂度矩阵为：其中，It表示节点效率，为：4.根据权利要求3所述的一种适用于航空网络的影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴隆，张淑婷，赵末，赵嶷飞，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12