多层交通网络MRWC节点重要性排序方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，所述方法包括：构建获得多层交通网络；计算所述多层交通网络各连边权重，获得权重矩阵；将获得的权重矩阵进行归一化处理，获得概率矩阵M；所述多层交通网络共有N个节点，在初始时刻每个节点的重要性相同，获得起始游走矩阵v；基于获得的概率矩阵M和起始游走矩阵v，进行游走迭代，取迭代稳定后的游走矩阵作为多层交通网络各节点的重要度值；将重要度值排序比较，获得节点重要性排序的最终结果。本发明专利技术中，通过构建综合考虑层内层间关系的超邻接概率矩阵，能够使得评估结果对于多层真实网络能够更加准确高效。能够更加准确高效。能够更加准确高效。

【技术实现步骤摘要】
多层交通网络MRWC节点重要性排序方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术属于网络评估方法
，涉及多层交通网络中关键节点排序领域，特别涉及一种多层交通网络MRWC(复杂交通网络随机游走中心度，Random walk centrality in multi
‑
layer traffic network)节点重要性排序方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]复杂网络节点重要性评估一直是网络分析的热点问题，少量处于关键位置的重要节点往往对网络有较大的控制权，因此识别电力网络、社交网络、交通网络和疾病传播等网络中的重要节点具有重要意义。
[0003]网络节点重要性研究最早由社会网络学者提出并应用到社会网络分析中。围绕着网络拓扑结构，国内外学者从不同角度、不同用途提出了多种评价指标，如度数、介数中心性、接近中心性、PageRank算法、拉普拉斯算子中心性等。由于节点的重要性往往与网络的整体结构相关，单个指标存在一定的片面性和局限性，一些学者开始尝试使用多指标的综合评价方法来研究节点的重要性。王力等人选择节点介数、节点连接度、交叉口交通小时流量三个评价指标，然后用FCM模糊聚类方法评价节点重要性；张琨等采用极大不相关法进行指标筛选，利用改进的熵权法确定各指标的权重，最终通过灰色关联分析方法确定节点的重要性；吴学文等将海河流域网络节点的度指标和介数指标划分为8个等级和12个等级，对不同等级的节点进行节点重要度分析；于会等提出基于多属性决策的方法来综合评价节点的重要性，该方法中虽然利用层次分析法较好地考虑和集成了综合评价过程中的各种定性与定量信息，但是在应用中仍摆脱不了评价过程中的随机性和评价专家主观上的不确定性及认识上的模糊性，评价结果不够客观。秦李等人结合改进的主成分分析来确定各指标权重，再利用“逼近理想排序法”得到重要性评价结果。
[0004]上述现有方法多是针对单一复杂网络提出的，而多层网络是由两个或两个以上个单层网络组成，所以单层网络中节点重要性排序方法经过改进可应用于多层网络。Sole
‑
Ribalta等人将介数中心性应用于多层网络，计算最短路径时可穿越不同的网络层，并且通过改进Brandes算法大大降低了介数中心性的时间复杂度。Chakraborty提出了多层网络中跨层的介数中心性CBC算法，在计算最短路径时融入不同层间的作用关系。蒋国平等人提出一种基于层间反馈的多层网络PageRank算法，使用PageRank算法对节点重要性进行迭代时，考虑节点在其它层面中的重要性对本层中节点重要性的影响力。近几年，王娟以及李美竹等人分别提出了基于信息融合的多层网络节点排序算法，使用融合算法融合节点在所有单层网络中的重要性。Mohammed等研究了不同网络拓扑结构对影响力节点识别的影响，并考虑了多层交互以及作为权重的重叠链路。王娟利用层次分析法为指标定义层重要性权重及每层的影响力权重，从而根据节点的多层网络评价值进行节点重要性排序。
[0005]从现有研究来看，目前对于复杂网络中影响力节点识别的研究主要集中在单层网
络中，而基于多层网络的研究却还刚刚起步，忽视了实际复杂系统中多种网络相互作用的存在，譬如公共交通网络中地铁网络和公交网络之间存在换乘关系；现实中大多数复杂系统的节点具有多种功能，每个节点可以在每层中提供不同作用，这些层之间相互作用可以实现其全部功能，可以更好地解释信息在网络中的传播过程。
[0006]综上，现有的多层交通网络关键节点识别方法从网络拓扑结构角度考虑层间作用关系，忽略了不同层间的属性差异，亟需一种新的能够更加准确高效的评估多层网络节点重要度的方法及系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术中，通过构建综合考虑层内层间关系的超邻接概率矩阵，能够使得评估结果对于多层真实网络能够更加准确高效。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，构建获得多层交通网络，所述多层交通网络包括多个单层网络；其中，单层网络内的节点通过连边方式设置层内连接关系，单层网络之间能够直接换乘的节点通过连边方式设置层间连接关系；
[0011]步骤2，计算所述多层交通网络各连边权重，包括：将设置有层间连接关系的节点对从各自的单层网络中剥离出来，形成一个跨层节点集合θ；基于跨层节点集合θ计算获得多层交通网络各连边权重，获得权重矩阵；
[0012]步骤3，将步骤2获得的权重矩阵进行归一化处理，获得概率矩阵M；
[0013]步骤4，所述多层交通网络共有N个节点，在初始时刻每个节点的重要性相同，获得起始游走矩阵v，
[0014]步骤5，基于步骤3获得的概率矩阵M和步骤4获得的起始游走矩阵v，进行游走迭代，取迭代稳定后的游走矩阵作为多层交通网络各节点的重要度值；将重要度值排序比较，获得节点重要性排序的最终结果。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，步骤1具体包括：
[0016]根据预设研究目标选择Q种交通方式，针对不同交通方式确定建网方法；不同交通方式的两个节点间若可以直接换乘，则所述两个节点间设有层间连接关系；
[0017]其中，多层网络表示为Q＝(ζ,C)，ζ＝{G
α
|α∈{1,2,
…
m}}是单层网络G
α
＝(V
α
,E
α
)的集合，m是层数，E
α
表示层内节点的连接，α层中节点的集合被表示为
[0018]E
αβ
是多层网络中连接层α和层β的层
间节点的集合。
[0019]本专利技术的进一步改进在于，步骤2中，计算所述多层交通网络各连边权重的表达式具体包括：
[0020][0021]式中，表示α层中节点i与它的邻居节点j之间连边的权重，j≠i；表示α层中节点i与跨层节点j
′
之间连边的权重，j
′
∈θ，j
′
≠i；表示α层中节点i
′
与β层中节点j
′
之间连边的权重，β≠α。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，步骤3中，归一化处理的表达式具体包括：
[0023][0024]式中，表示α层中节点i游走到它的邻居节点j的概率，j≠i，表示α层中节点i游走到它的邻居节点j的概率，j≠i，表示α层中节点i游走到跨层节点j
′
的概率，j
′
≠i，j
′
∈θ；表示在α层中节点i
′
游走到层β中节点j
′
的概率，β≠α，i
′
,j
′
∈θ。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建获得多层交通网络，所述多层交通网络包括多个单层网络；其中，单层网络内的节点通过连边方式设置层内连接关系，单层网络之间能够直接换乘的节点通过连边方式设置层间连接关系；步骤2，计算所述多层交通网络各连边权重，包括：将设置有层间连接关系的节点对从各自的单层网络中剥离出来，形成一个跨层节点集合θ；基于跨层节点集合θ计算获得多层交通网络各连边权重，获得权重矩阵；步骤3，将步骤2获得的权重矩阵进行归一化处理，获得概率矩阵M；步骤4，所述多层交通网络共有N个节点，在初始时刻每个节点的重要性相同，获得起始游走矩阵v，步骤5，基于步骤3获得的概率矩阵M和步骤4获得的起始游走矩阵v，进行游走迭代，取迭代稳定后的游走矩阵作为多层交通网络各节点的重要度值；将重要度值排序比较，获得节点重要性排序的最终结果。2.根据权利要求1所述的一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法，其特征在于，步骤1具体包括：根据预设研究目标选择Q种交通方式，针对不同交通方式确定建网方法；不同交通方式的两个节点间若可以直接换乘，则所述两个节点间设有层间连接关系；其中，多层网络表示为Q＝(ζ，C)，ζ＝{G
α
|α∈{1，2，
…
m}}是单层网络G
α
＝(V
α
，E
α
)的集合，m是层数，E
α
表示层内节点的连接，α层中节点的集合被表示为合被表示为E
αβ
是多层网络中连接层α和层β的层间节点的集合。3.根据权利要求1所述的一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法，其特征在于，步骤2中，计算所述多层交通网络各连边权重的表达式具体包括：式中，表示α层中节点i与它的邻居节点j之间连边的权重，j≠i；表示α层中节点i与跨层节点j
′
之间连边的权重，j
′
∈θ，j
′
≠i；表示α层中节点i
′
与β层中节点j
′
之间连边的权重，β≠α；k
i
∩k
j
表示相邻两节点拥有的共同邻居数，ρ
α
表示乘坐α层交通工具的直达率，σ
α
表示乘坐α层交通工具的层内换乘率；，k
i
表示节点i与其所有邻居节点之间的连边数，k
j
′
表示跨层节点j
′
与其所有邻居节点之间的连边数。4.根据权利要求3所述的一种多层交通网络MRWC节点重要性排序方法，其特征在于，步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秋玲，贺僚僚，柯宇昊，朱璋元，宗元凯，马雨晨，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：