33、复杂网络攻击、级联效应及学术信息网络的研究

复杂网络攻击、级联效应及学术信息网络的研究

1 复杂网络的攻击与级联效应

1.1 同质与异质网络的级联故障

在对复杂网络的研究中，我们发现网络的结构特性对其在攻击下的表现有显著影响。以平均每个节点具有相似链接数的网络为例，对比同质网络和异质（无标度）网络。当α小至0.05时，同质网络（如度k = 3且N = 5000的网络）无论是随机故障还是蓄意攻击，都不会出现级联故障。而对于无标度网络（γ = 3，N = 5000，且k ≥ 2，平均连通性⟨k⟩≈3.1），攻击关键节点引发的级联效应会大幅减小最大连通分量的规模。由此可见，负载均匀分布的网络在面对攻击时比异质网络更具鲁棒性。这一结论并非仅适用于特定模型，在其他类型的网络中也有类似现象。

在现实世界中，许多基础设施网络的负载分布是异质的。这意味着一旦某些关键节点受到攻击，这些网络可能会经历大规模的级联故障，但随机故障时这种情况较少发生。

1.2 基于范围的链路攻击

不同类型的网络模型中，链路的范围对网络的特性有着不同的影响。在小世界网络的Watts - Strogatz模型中，长程连接使局部结构稀疏的网络具有较短的最短路径，而短程链路则导致高聚类性。这与Erd¨os - R´enyi随机网络模型的结果相符，该模型中几乎所有链路都是长程连接，网络平均距离仅随节点数N呈对数增长。而在大多数规则网络中，所有链路范围较小，平均最短路径随N的幂次增加。这些模型的连通性分布相对均匀。

然而，许多实际网络具有极小的平均网络距离，它们被认定为无标度网络。无标度网络是异质的，其节点连通性差异显著，少数高度连接的节点拥有大量链路。

为了研究短程链路对无标度网络节点