【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及系统工程中的复杂网络博弈，尤其涉及基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法。
技术介绍
1、在当前博弈论的研究领域，有一类特殊的网络博弈，其中的网络并不是计算机系统等实际存在的网络，而是将关键基础设施，比如火车站点、飞机场等抽象成网络拓扑结构中的节点，将不同站点之间的联系抽象成边，建立基础设施复杂网络。一些基础设施由于其重要性与不可替代性，容易受到攻击或威胁，应用网络博弈模型进行分析，研究局中人在交互中的最优策略，有助于制定最佳防护策略。
2、现有的基础设施网络博弈研究主要聚焦于无约束情况下的博弈模型，没有考虑不同策略实施的难度不同，无法与现实情况相吻合。在现实中，由于资源有限，决策者不倾向于选择一些实施难度较大的策略，而倾向于选择较容易实施的策略，导致不同难度的策略选择概率会附加不同的限制条件。因此，现有方法并未考虑现实中策略的实施难度不同，无法全面分析实际的博弈问题。
3、有学者提出了一种有约束双矩阵博弈框架，该框架在各个领域具有实际应用，例如无线网络中的数据包阻塞建模。还有学者利用线性规划对偶理论研究了两人零和约束矩阵对策的解的存在性。这一理论的提出为解决更复杂的博弈问题提供了启示。目前将策略的实施难度引入基础设施复杂网络博弈中的相关研究较少，该方面的研究具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术公开了基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法。所述方法基于二人零和博弈
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的，基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，所述方法包括：
3、步骤1，获取网络的拓扑结构，确定局中人1的攻击策略集合和局中人2的防御策略集合，构建网络博弈的基本模型；
4、步骤2，计算网络中各节点的度中心性、介数中心性、紧密中心性和特征向量中心性四个网络节点指标的加权平均数，得到节点综合评价指标；
5、步骤3，基于节点综合评价指标确定局中人1和局中人2的策略集合中各策略的难度等级，分为难实施策略、一般实施策略、易实施策略三种难度等级的策略；
6、步骤4，分别对三种难度等级的策略选择概率附加不同的限制条件，得到局中人1和局中人2的策略约束集；
7、步骤5，以最大连通片规模指标表示网络性能，计算局中人1和局中人2在各策略剖面下的收益，得到网络博弈模型的收益矩阵；
8、步骤6，将网络博弈基本模型转换为线性规划问题进行求解，得到局中人1和局中人2的混合策略纳什均衡解；
9、所所述的网络表示为简单无向图g(v,e)，其中v＝{v1,v2,...,vn}表示网络中所有节点的集合，n＝|v|表示网络中的节点数量，e表示连接集合。
10、具体地，所述局中人1的攻击策略集合为sa＝{x1,x2,...,xm}，该攻击策略可基于四个网络节点指标所形成的节点综合评价指标确定其难度等级，xi表示节点vi是否被攻击；所述的局中人2的防御策略集合为sd＝{y1,y2,...,yn}，该防御策略可基于四个网络节点指标所形成的节点综合评价指标确定其难度等级，对于节点vi，若被攻击但是未被防御，则节点vi和其连边将被移除。
11、进一步地，所述四个网络节点指标中,节点vi的度中心性表示为：
12、
13、其中，dc(i)表示第i个节点vi的度中心性，ki表示与节点vi相连的边数，n表示网络中的节点数量；
14、节点vi的介数中心性表示为：
15、
16、其中，bc(i)表示第i个节点vi的介数中心性，gst(i)表示从节点vs到节点vt经过节点vi的最短路径数，gst表示从节点vs到节点vt的最短路径总数，n表示网络中的节点数量；
17、节点vi的紧密中心性表示为：
18、
19、其中，cc(i)表示第i个节点vi的紧密中心性，dij表示节点vi到节点vj的最短路径，n表示网络中的节点数量；
20、节点vi的特征向量中心性表示为：
21、
22、其中，ec(i)表示第i个节点vi的特征向量中心性，aij表示网络的邻接矩阵，fj表示归一化最大特征向量第j项的值，λ为常数,n表示网络中的节点数量；
23、所述的节点综合评价指标为四个网络节点指标的加权平均数：
24、wc(i)＝ω1dc(i)+ω2bc(i)+ω3cc(i)+ω4ec(i)
25、其中，wc(i)表示表示第i个节点的节点综合评价指标，dc(i)、bc(i)、cc(i)cc(i)、ec(i)分别表示第i个节点的度中心性、介数中心性、紧密中心性和特征向量中心性，ω1、ω2、ω3、ω4分别表示对应网络节点指标所占的权重，所述节点综合评价指标用以确定局中人1的各攻击策略和局中人2的各防御策略的难度等级，得到难实施策略、一般实施策略、易实施策略三种等级的策略。
26、具体地，所述的难实施策略指由难攻防节点所组成的策略组合，当节点的综合评价指标值大于给定阈值时，在现实情况中攻击或防御这些节点往往比较困难，这些节点为难攻击节点或难防守节点；难实施策略分为难攻击策略和难防御策略，设难攻击策略集合为难攻击节点组成的集合为如果攻击的节点集合为则该攻击策略为难攻击策略其对应的选择概率为pi；设难防御策略集合为难防御节点组成的集合为如果防御的节点集合为则该防御策略为难防御策略其对应的选择概率为qi；
27、所述的易实施策略指由易攻防节点所组成的策略组合，当节点的综合评价指标值小于给定阈值时，在现实情况中攻击或防御这些节点往往比较容易，这些节点为易攻击节点或易防守节点；易实施策略分为易攻击策略和易防御策略，设易攻击策略集合为易攻击节点组成的集合为如果攻击的节点集合为则该攻击策略为易攻击策略其对应的选择概率为pi；设易防御策略集合易防御节点组成的集合为如果防御的节点集合为则该防御策略为易防御策略其对应的选择概率为qi；
28、所述的一般实施策略指由一般攻防难度节点所组成的策略组合，当节点的综合评价指标值位于易攻击节点或易防守节点与难攻击节点或难防守节点对应阈值之间时，在现实情况中攻击或防御这些节点难度适中，这些节点为一般攻防难度节点；一般实施策略分为一般攻击策略和一般防御策略，设一般攻击策略集合为一般攻击难度的节点组成的集合为如果攻击的节点集合为则该攻击策略为一般攻击策略设一般防御策略集合为一般防御难度的节点组成的集合为如果防御的节点集合为则该防御策略为一般防御策略其对应的选择概率为qi。
29、更进一步地，所述的限制条件是指对不同难度等级的策略的选择概率进行约束，对于所有的难攻击策略其对应的选本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述局中人1的攻击策略集合为SA＝{X1,X2,...,Xm}，所述的攻击策略基于四个网络节点指标所形成的节点综合评价指标确定难度等级，xi表示节点Vi是否被攻击；所述的局中人2的防御策略集合为SD＝{Y1,Y2,...,Yn}，所述的防御策略基于四个网络节点指标所形成的节点综合评价指标确定难度等级，对于节点Vi，若被攻击但是未被防御，则节点Vi和其连边将被移除。
3.根据权利要求2所述的基于策略实施难度的网络博弈决策方法，其特征在于，所述四个网络节点指标中,节点Vi的度中心性表示为：
4.根据权利要求1所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述的难实施策略指由难攻防节点所组成的策略组合，当节点的综合评价指标值大于给定阈值时，所述的节点为难攻击节点或难防守节点；难实施策略分为难攻击策略和难防御策略，设难攻击策略集合为难攻击节点组成的集合为如果攻击的节点集合
5.根据权利要求1或4所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述步骤4中的限制条件是指对不同难度等级的策略的选择概率进行约束，对于所有的难攻击策略对应的选择概率为pi，使其选择概率之和小于阈值βA，难攻击策略附加的限制条件表示为：
6.根据权利要求5所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述的局中人1的策略约束集表示为：
7.根据权利要求1或6所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述的收益矩阵分为局中人1的收益矩阵和局中人2的收益矩阵，UA(X,Y)表示局中人1在选择策略X和局中人2选择策略Y时攻击方的收益，UD(X,Y)表示局中人1在选择策略X和局中人2选择策略Y时局中人2的收益：
8.根据权利要求7所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述步骤6中的线性规划问题为：
...【技术特征摘要】
1.基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述局中人1的攻击策略集合为sa＝{x1,x2,...,xm}，所述的攻击策略基于四个网络节点指标所形成的节点综合评价指标确定难度等级，xi表示节点vi是否被攻击；所述的局中人2的防御策略集合为sd＝{y1,y2,...,yn}，所述的防御策略基于四个网络节点指标所形成的节点综合评价指标确定难度等级，对于节点vi，若被攻击但是未被防御，则节点vi和其连边将被移除。
3.根据权利要求2所述的基于策略实施难度的网络博弈决策方法，其特征在于，所述四个网络节点指标中,节点vi的度中心性表示为：
4.根据权利要求1所述的基于节点综合评价指标的策略难度等级网络博弈方法，其特征在于，所述的难实施策略指由难攻防节点所组成的策略组合，当节点的综合评价指标值大于给定阈值时，所述的节点为难攻击节点或难防守节点；难实施策略分为难攻击策略和难防御策略，设难攻击策略集合为难攻击节点组成的集合为如果攻击的节点集合...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘进，任加祺，董艺博，李卫丽，李哲，余淳佳，王永辉，李朝阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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