复杂网络上相继故障研究综述

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1、万方数据第39卷第8期计算机科学V01．39No．82012年8月ComputerScienceAug2012复杂网络上相继故障研究综述丁琳“2张嗣瀛1(青岛大学复杂性科学研究所青岛266071)1(南华大学计算机科学与技术学院衡阳421001)2摘要在复杂网络上，由微小扰动引发的大规模相继故障会导致灾难性后果。为了满足人们对各种关乎国计民生的复杂网络的安全性和可靠性的要求，复杂网络上相继故障研究成为近年来复杂网络研究的热点分支。对相继故障的理论建模是分析、预防和控制相继故障的基础和关键。综述了复杂网络上相继故障的研究进展，主要包括几类相继故障模型及相关的研究结果，并指出目前研究中存

2、在的问题及今后的发展趋势。关键词复杂网络，相继故障，鲁棒性，无标度网络中图法分类号N941．3文献标识码ASurveyonCascadingFailuresonComplexNetworks’／DINGLinl，2zHANGsi-yir堰1(InstituteofComplexityScience，QingdaoUniversity，Qingdao266071，China)1(SchoolofComputerScience&Technology，UniversityofSouthChina，Hengyang421001，China)zAbstractOncomplexnetworks

3、，large-scalecascadingfailuresthataretriggeredbysomesmalldisturbancescanleadtodisastrousconsequences．Inordertosatisfydemandofthepeopleonthesecurityandreliabilityofcomplexnetworksre-latedtothenationaleconomyandpeople’slivelihood．thestudyoncascadingfailuresoncomplexnetworksbecomesahotbranchofcompl

4、exnetworksresearchinrecentyears．Thetheoreticalmodelkngisthebasicandkeyproblemfora-nalysis，preventionandeontrolofcascadingfailures．Maindevelopmentsofcascadingfailuresoncomplexnetworksweresurveyed，mainlyincludingseveraltypesofcascadingfailuresmodelsandtherelevantresearchresults．Boththeefistingpro

5、blemsatpresentandthedevelopmenttrendwerepointedout．KeyworflsComplexnetworks，Cascadingfailures，Robustness，Scalefreenetwork1引言‘真实世界中大量功能各异的系统都可以通过网络加以描述。一个典型的网络是由许多节点与连接两个节点之间的一些边组成，其中节点用来代表真实系统中不同的个体，而边用来表示个体间的关系。例如，人类社会是人通过各种社会关系连成的网络，因特网是由路由器和计算机通过通信介质连成的网络，类似的还有电力网络、交通网络等[1’2]。这些网络具有很高的复杂性，因此

6、被称为“复杂网络”。自从小世界效应[3]和无标度特性[4]发现以来，复杂网络成为了当前最重要的多学科交叉研究领域之一。强调系统的结构并从结构角度分析系统的功能是复杂网络研究的重要思路，其中复杂网络的鲁棒性研究成为近年来的研究热点。舢一bert等[5]最早对这一问题进行了探讨，通过仿真分析得到重要的研究结论；在随机攻击下，无标度网络有着很强的鲁棒性；但在针对大度节点的蓄意攻击下，却显得异常脆弱。并且指出其双重特性的根源在于无标度网络中度分布的异质性。Cohen等[6’7]利用渗流理论解析分析了因特网应对随机攻击和蓄意攻击的鲁棒性，验证了Albert等的结论。Holme等[83仿真分析了

7、不同攻击策略对复杂网络鲁棒性的影响，发现基于重计算的度和介数的蓄意攻击对网络的破坏程度比基于初始的度或介数的蓄意攻击更严重。上述网络鲁棒性的开拓性研究仅基于静态连通性的角度，没有考虑到网络上的动态性过程，即节点(边)的移除仅仅存在于拓扑意义上，对其他节点(边)的存在与否没有任何影响，我们称之为静态鲁棒性。而现实生活中的许多现象，例如大面积的因特网和交通网拥塞、大规模的电网停电等，并非源自网络上很多节点和边同时发生故障，而是因为一个或少数几个节点(边)发生故