复杂系统与复杂性科学

2023年, 第20卷, 第2期　刊出日期：2023-06-15

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网络直播大数据:统计特征与时序规律挖掘收藏

郭淑慧, 吕欣

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 1-9. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.001

摘要 ( 751 )

PDF (3503KB) ( 664 )

为挖掘网络直播领域数百万主播与数亿计观众的活跃互动下大规模人群行为学特征,以斗鱼和虎牙直播平台为例,统计分析了连续123天、涉及240多万名主播、超过7.26亿条的直播数据,总结了直播平台的负载时序规律和用户行为特征。发现直播负载存在明显的日内效应和周内效应,不同直播模式的主播在观众数、粉丝数等统计特征上存在显著的组间差异,主播生存期和直播间观众数量符合幂律分布,随着平台发展,主播和观众数量呈现较强的线性相关性,但其波动性也逐步增大,体现出系统越来越强的异质性和非均匀性。对理解网络直播复杂系统中的用户行为模式、挖掘用户分布规律及变化趋势、设计商业模式如个性化推荐等方面具有重要意义。

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基于分包的混合朴素贝叶斯链路预测模型收藏

曾茜, 韩华, 李秋晖, 李巧丽

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 10-19. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.002

摘要 ( 542 )

PDF (2242KB) ( 327 )

隐朴素贝叶斯模型(HNB)和树增强朴素贝叶斯模型(TAN)通过挖掘共邻节点之间的内在关联缓解局部朴素贝叶斯模型(LNB)的强独立性假设,却忽略了真实网络中同时存在关联紧密的节点和相对独立的节点。在此基础上设计一种分包准则,将共邻节点划分为关联共邻节点和独立共邻节点,然后分别对HNB和TAN做分包改进,提出基于分包的混合朴素贝叶斯模型。在平均共邻节点数高的FWFW网络上,分包后HNB和TAN模型与原模型相比AUC值分别提升12%和11.6%。实验结果表明,所提方法能有效提升链路预测性能,并且具有良好的鲁棒性。

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基于最大熵的新型冠状病毒代际间隔分布估计收藏

高远东, 李华龙, 王小华, 陈端兵, 梁义娟, 温涛, 周涛, 陶勇

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 20-28. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.003

摘要 ( 497 )

PDF (1872KB) ( 464 )

传染病代际间隔τ对于探究病毒传播规律具有重要的理论与实用价值,而通常其概率分布函数是未知的。因此,尝试利用最大熵方法推断代际间隔分布函数的最概然形式,详细分析了全球20个国家4 986个新型冠状病毒病例信息,在充分考虑样本多样性的基础上估计了该病毒代际间隔的总体均值和方差,然后基于此方法推定了全球新型冠状病毒代际间隔分布函数并以此计算了中国的基本再生数。研究结论有助于进一步客观地分析病毒传播特征,为制定常态化疫情防控对策和相关领域研究提供重要的参考价值。

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基于COVID-19传播特性的传染病模型的构建与研究收藏

朱懋昌, 宾晟, 孙更新

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 29-37. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.004

摘要 ( 1367 )

PDF (1770KB) ( 876 )

为了更好地揭示新冠肺炎(COVID-19)的传播机理,通过分析新冠病毒(2019-nCoV)的传播特性,考虑隐性潜伏者的自愈以及潜伏者的提前隔离,引入“入院隔离状态”,“隐性治愈状态”,考虑防控强度的变化,引入“发病状态”,提出了SEAIHR动力学模型。利用真实疫情数据,考虑不同阶段参数的变化,进行了多模型对比试验。实验结果表明,SEAIHR模型拟合和预测精度有明显提升,较经典模型在疫情前中期降低了34.4%~72.8%拟合误差,为疫情防控提供了参考与指导。

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双噪声激励下的基因转录调控系统的稳态分析收藏

张萌, 郭永峰, 刘倩茹

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 38-42. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.005

摘要 ( 433 )

PDF (1500KB) ( 317 )

鉴于噪声对生物系统的基因转录调控有着重要的影响作用,研究了乘性高斯白噪声和加性Lévy噪声共同激励下的基因转录调控系统的动力学特性。首先借助Janicki-Weron算法模拟出Lévy噪声,然后利用四阶Runge-Kutta 算法计算出蛋白质浓度的稳态概率密度函数,并通过绘制其图像对系统的动力学行为进行稳态分析。研究发现:高斯噪声强度、Lévy噪声强度、稳定性指标、偏斜参数均会诱导蛋白质浓度发生相变现象,且这些参数指标的增大会使基因转录调控系统逐渐从“开启”状态转变为“关闭”状态。

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基于一种四维忆阻超混沌系统的图像加密算法收藏

闫少辉, 顾斌贤, 宋震龙, 施万林

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 43-51. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.006

摘要 ( 546 )

PDF (4551KB) ( 579 )

鉴于低维混沌的图像加密算法存在密钥空间小、安全性不高等问题,通过引入光滑三次型忆阻器,构建一个改进的四维忆阻超混沌系统。对改进系统的相图、耗散性、平衡点稳定性、Lyapunov指数谱和分岔等进行数值仿真与分析,表明该系统具有丰富的动力学行为与混沌特性。并提出一种通过哈希算法进行混沌序列选择的加密算法。经过直方图、密钥空间分析、鲁棒性分析等实验仿真,表明该图像加密算法密钥空间较大,可以有效抵御暴力穷举等恶意攻击,具有较高的安全性。

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考虑多方利益的大规模共享停车匹配优化策略收藏

王震邦, 宋运忠

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 52-59. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.007

摘要 ( 487 )

PDF (1928KB) ( 239 )

为有效缓解大规模停车时的停车乱、停车难问题,围绕停车费用、排队时间以及均衡多个停车场之间的停车需求,构建兼顾多方利益凸优化模型。首先,利用匹配博弈推导出最小化停车费用的稳定双边匹配;然后,同时考虑多方利益来扩展研究,构建的数学模型为凸优化问题,使用交替方向乘子法(ADMM)分布式求解;最后,仿真结果表明基于ADMM分布式优化模型与匹配博弈算法和贪心算法相比,可以满足多方利益,从隐私保护、计算时间与数据传递量等方面分析验证了ADMM分布式优化模型比集中式优化模型更适用于大规模共享停车匹配,并分析验证了考虑多方利益的必要性与权重系数对计算结果的影响。

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自动驾驶车辆换道博弈策略分析及建模收藏

张可琨, 曲大义, 宋慧, 戴守晨

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 60-67. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.008

摘要 ( 1007 )

PDF (1969KB) ( 1143 )

为了促进自动驾驶技术的发展,本文聚焦于自动驾驶车辆换道决策行为。首先对换道意图进行客观性量化,然后引入换道碰撞概率与换道动态风险系数,并基于博弈论思想建立自动驾驶车辆换道博弈决策行为模型,选取速度收益作为博弈收益的考量目标,使得自动驾驶车辆进行协作、安全、合理的换道。最后,使用SUMO软件将传统LC2013换道模型与换道博弈决策行为模型进行仿真实验和对比分析,结果表明换道博弈决策行为模型具有更高的稳定性、可靠性、安全性以及车道利用率。

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联合退相位噪声下量子囚徒困境纳什均衡分析收藏

马思佳, 张舒宁, 王奕涵, 张新立

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 68-73. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.009

摘要 ( 364 )

PDF (898KB) ( 302 )

为讨论量子囚徒困境模型在联合退相位噪声信道影响下纳什均衡策略情况,将联合退相位噪声引入到量子博弈中,通过MW量子化方案对囚徒困境博弈模型进行量子化,建立了联合退相位噪声信道下的量子囚徒困境博弈模型。通过讨论发现,在最大纠缠的条件下,参与者的收益关于噪声参数呈现出周期性的变化,且在同一周期内,随着噪声参数的增长,量子囚徒困境在不同的噪声区间出现了存在唯一纯量子纳什均衡解、两个纯量子纳什均衡解和没有纯量子的纳什均衡解的情况,在没有纯量子均衡解的两个噪声区间中,参与者会陷入类似于石头剪刀布的循环之中。说明在联合退相位噪声信道影响下,当噪声参数属于特定噪声区间时,参与者可以达成纳什均衡。

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快递安全事故致因网络构建及结构特性分析收藏

任翠萍, 杨明翔, 张裕铭, 谢逢洁

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 74-80. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.010

摘要 ( 486 )

PDF (1862KB) ( 358 )

为揭示快递安全事故的关键致因及关联性,基于复杂网络理论,以快递人员、快件、设备、环境、管理及事故结果6类40个因素为节点,以因素间的作用关系为边,构建快递安全事故致因网络。研究发现,该网络具有小世界特性,中介中心性显著,存在3-核高密度云团。结果表明,人员伤亡、快件起火、快件破损、财产损失、运输车辆问题是事故的关键因素;快件堆积与破损对事故风险传递最为显著;15个因素间的高密度关联性对事故起到核心作用。

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考虑复杂交通的废弃电器电子产品回收网络模型收藏

郭振起, 朱媛媛, 钟永光

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 81-89. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.011

摘要 ( 363 )

PDF (1467KB) ( 449 )

中国废弃电器电子产品(WEEE)数量逐年上升,但尚未完全建立起正规WEEE回收体系,面临资源浪费和环境污染问题。基于此,考虑到复杂交通对WEEE运输的影响,构建了考虑现实复杂交通和节能减排情形下的WEEE回收网络模型,并与理想交通下的WEEE回收网络模型进行对比。设计了智能优化算法,优化WEEE回收网络一体化布局求解过程,在保证WEEE回收处理作业高效完成的前提下,最大限度地降低WEEE回收网络建设成本。最后通过系统仿真验证了模型与算法的有效性。

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考虑氮素流通效率的生态补偿策略演化博弈分析收藏

张骥骧, 陈晓竹

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 90-97. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.012

摘要 ( 332 )

PDF (4000KB) ( 388 )

基于流域氮素流通效率提升,探讨地方政府与农户的生态补偿策略选择,构建有限理性地方政府与农户的演化博弈模型,仿真分析演化均衡策略,提出补偿力度随农户行为变化的动态生态补偿政策,有利于政府长期优化政策和响应需求。研究表明:静态生态补偿政策下系统存在均衡稳定策略,且双方的初始合作比例直接影响系统演化速率;动态政策下演化轨迹螺旋式趋近混合策略焦点,可通过控制生态补偿上限等因素提升合作概率。

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考虑车辆异质性的堵塞交通流模型研究收藏

桂水荣, 蓝天飞, 陈水生, 葛世祺

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 98-104. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.013

摘要 ( 435 )

PDF (2020KB) ( 357 )

为研究交通事故对高速公路交通流的影响,以双车道安全距离元胞自动机模型为基础引入强行变道规则,建立了考虑车辆异质性的高速公路车辆堵塞模型。利用MATLAB数值模拟高速公路异质交通流,分析不同交通密度情况下的交通事故持续时间以及重载货车占比对高速公路堵塞交通流的影响。研究表明:交通事故持续时间及重载货车占比均对高速公路堵塞交通流具有显著影响;当车辆密度大于4veh/km小于80veh/km时,交通事故持续时间对交通流有着显著影响,且持续时间越长对交通流的影响越大;当车辆密度小于30veh/km时,重载货车占比对交通流有着显著的影响,并且占比越大对交通流影响越大。

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初始化对交通元胞自动机模型稳定性的影响收藏

邓建华, 冯焕焕, 葛婷

复杂系统与复杂性科学. 2023, (2): 105-110. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2023.02.014

摘要 ( 332 )

PDF (1149KB) ( 186 )

针对现有交通元胞自动机模型运行初始不稳定,数据输出存在较长时间的初始波动问题,基于Fisher-Yates算法原理,设计出一种新的交通流初始化方法。该方法可以确保车辆从进入元胞空间到随后的演化更新,其位置及更新时机的随机性。通过对采用新交通流初始化方法的模型进行演化实验,结果表明:任意空间占有率条件下交通流的初始波动区间都在50步以内;当演化更新总步数达到3 600步时,模型剔除初始波动区间的输出数据已充分收敛,这时模型运行已足够稳定。

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