[发明专利]一种基于复杂演化网络的航班延误传播特性分析方法

摘要

本发明公开了一种基于复杂演化网络的航班延误传播特性分析方法，涉及航班信息分析技术领域，本发明根据机场节点更偏向于与航线客流较大的边相连的特性，建立基于边权择优规则的航空演化网络模型，进而在所构建的演化网络模型上，调整网络参数，研究航班延误在航空网络上的不同传播特性，解决了现有的航班延误分析方法中无法从宏观的网络角度研究航班延误在航空网络中的传播特性，不能有效地改变网络参数，无法体现在航空网络形成的动态演化过程中，航班延误传播的不同效果的技术问题。

主权项

1.一种基于复杂演化网络的航班延误传播特性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立Hadoop服务器集群，在Hadoop服务器集群中建立客户端服务器、数据库模块、演化网络模型构建模块和延误仿真分析模块，客户端服务器、数据库模块、演化网络模型构建模块和延误仿真分析模块之间均通过互联网通信；步骤2：设定每一个机场均为一个节点，两个节点之间的连线为一条航线，每一条航线均为一个边；用户通过客户端服务器输入机场的数量和所有航线的客流量信息，并生产网络参数，客户端服务器将所述网络参数传送给数据库模块进行存储；步骤3：演化网络模型构建模块通过互联网读取数据库中的所述网络参数，通过以下步骤建立演化网络模型：步骤A：演化网络模型构建模块建立一个演化网络模型：演化网络模型构建模块根据所述网络参数，确定演化网络模型中的节点的总数为N，设定演化网络模型的初始节点的个数为n₀，初始边的条数为e₀；设定边e_ij为演化网络模型中的任意一个边，边e_ij的权重为w_ij，其中，i为边e_ij的一端所连接的节点的编号，j为边e_ij的另一端所连接的节点的编号，初始设定权值为w₀；步骤B：设定时间步参数为t，设定t的初始值为t＝0；步骤C：演化网络模型构建模块向演化网络模型中加入一个新节点n，新节点n与演化网络模型中相连的边的个数为m，m为小于e0的正整数；新节点n以概率选择边e_ij；其中其中local表示当前的演化网络模型；t表示时间步，mt+e₀和M_t均表示此时网络的总边数，∑_localw_ij表示当前网络的总权重；步骤D：新节点n以概率p与边e_ij的一端点相连，新节点n以概率1‑p与边e_ij的另一端点相连；新节点n引发边e_ij的边权增加δ，即w_ij＝w_ij+δ；步骤E：计算并更新n₀＝n₀+1；计算并更新t＝t+1；步骤F：重复执行步骤C到步骤E，直到n₀的值大于N的值，执行步骤4；步骤4：设定参数ε；当演化网络模型中的节点数等于节点的总数N时，演化网络模型停止增长，此时，演化网络模型所有节点的度值均已确定，设定度分布函数p(k₁)是演化网络模型的度分布函数，设定度分布函数P(k₂)是所选取的现实航空网络中机场的度分布函数，演化网络模型构建模块计算演化网络模型的度分布函数p(k₁)，度分布函数P(k₂)由所选取现实网络的机场度拟合得到，其中k₂表示现实网络中节点的度值；所述度分布函数p(k₁)与所选取的现实航空网络中机场的度分布函数P(k₂)进行方差分析，所得方差为R²，度分布函数其中幂率指数γ＝(1+p+2δ)/(p+δ)，k₁表示演化网络模型中节点的度值；当R²<ε时，演化网络模型建立完成；当R²＞ε时，演化网络模型构建模块调整w₀、N、p和δ的取值，并执行步骤B；步骤5：延误仿真分析模块通过互联网从演化网络模型构建模块中读取所述演化网络模型，并通过以下步骤构建基于机场节点的航班延误传播ASIR模型：步骤G:定义S_k(t)、I_k(t)和R_k(t)分别表示演化网络模型中度值等于k的正常节点、延误节点和延误消失节点在t时刻占所有度值为k的节点的比例，S_k(t)、I_k(t)和R_k(t)之间的关系式为：S_k(t)+I_k(t)+R_k(t)＝1；步骤H：定义传播概率为λ_k，失免概率为χ，恢复率为μ，设定μ＝1；步骤J：根据平均场理论，延误仿真分析模块根据以下微分方程组计算ASIR模型在演化网络模型中的传播过程：所述微分方程组中：传播概率表示度值为k的节点的点强度，N_k是与度值为k的节点相连的节点的集合，定义s_max＝kw_max是演化网络模型中度值为k的节点的最大点强度；定义q是外界干扰参数；Θ(I(t))表示度值为k的节点的任一给定边与一个延误节点相连的概率，考虑非关联的无标度网络，则：Θ(I(t))＝∑_kkP(k)I_k(T)/<k>，其中<k>＝∑_k∈NkP(k)表示演化网络模型的平均度值；步骤K：用户通过客户端服务器给定初始发生延误的节点，延误仿真分析模块通过互联网从客户端服务器中获取初始发生延误的节点，并通过调整参数δ和q，观察在不同参数下，S_k(t)、I_k(t)和R_k(t)的曲线斜率及峰值差异，得到相应的延误传播速率和范围变化情况；步骤L：给定不同始发延误节点，观察航班延误在网络中的不同传播效果，并以图像方式直观的展示给用户，方便用户进行规律总结、原因分析及制定相应控制策略。