一、为什么要学习复杂网络仿真?
在科研中,复杂网络模型 已经成为分析系统结构与动态的重要工具。无论是社交网络、交通网络,还是生物分子网络,其核心问题往往都离不开一个:
"系统中的节点是如何相互影响的?"
很多同学在读论文时,会看到"BA模型""WS模型""网络鲁棒性仿真"等名词,但真正动手实现的时候往往卡在第一步------
不知道该从哪里学起,更不知道怎么建模、怎么画图、怎么计算指标。
二、入门前的准备:看书先了解一些基础概念
复杂网络的基础是图论。建议初学者先从一本书开始,从头看起,了解一些基础概念,然后再进行后续研究。
📘 推荐入门教材:《复杂网络理论及其应用》汪小帆 李翔 陈关荣. 清华大学出版社 2006
当然不是整本书都需要看,一开始只需要了解基础概念,下面我会给出一个推荐:
没太多时间看前三章就行,第一章引论介绍,第二章 网络拓扑基本模型及其性质,第三章
Internet拓扑特性及建模。重点是了解基础概念,指标定义,网络特性。
后面的章节基本就是对应了具体的研究方向,有时间的可以快速过一下:
第4章 复杂网络上的传播机理与动力学分析
第5章 复杂网络上的相继故障
第6章 复杂网络中的搜索
第7章 复杂网络中的社团结构
第8章 复杂网络中的同步
了解了这些基础概念之后,可以看论文有哪些自己感兴趣的方向,然后再针对看,研究就可以了。
三、仿真入门路线图(Matlab方向)
如果你对matlab这门语言不熟悉的话,建议学一下matlab软件基础操作,学习matlab语言基础,矩阵操作,常见数学计算。这一步只是初步学习,为能看懂别人的仿真打好基础。
注意:matlab的功能极为强大,有太多的功能是我们一时用不上的,最好是先了解基础,然后后面根据需要再进行学习,节省精力。(其他的语言也是同理)
如果你是科研方向的学生或者开发者,可以按下面这条路线循序渐进:
阶段1:网络结构基础
- 了解随机网络(Erdős--Rényi)、小世界网络(Watts--Strogatz)和无标度网络(Barabási--Albert)的生成机制;
- 用 Matlab 自带函数或自己写脚本生成网络;
- 学会可视化:
plot(G)
。
示例:生成小世界网络
n = 100; k = 4; p = 0.1;
G = watts_strogatz(n, k, p);
plot(G)
阶段2:网络指标分析
-
计算平均度、聚类系数、路径长度、介数中心性;
-
掌握 Matlab 的
centrality(G, 'betweenness')
、clustering_coef_bu(A)
等函数; -
对比不同模型的特性差异。
阶段3:按方向进行后续仿真
因为后续的方向不同会导致仿真之间也有很大的不同。
四、建议
- 看书和仿真可以一起做
先把基础指标和模型原理搞透,然后可以尝试仿真进行实现,一步一个脚印。
举个例子:你今天看到了度这个指标,那么这个指标的定义是什么?如何实现呢?
matlab中计算很简单:然后就涉及到了两个问题,A是怎么得到的?sum函数的原理是什么?解决了一个指标,等于理解了三个概念。
% A为邻接矩阵
degree = sum(A);
- 做本阶段该做的事情
看论文,或者是看博客,发现哪个复杂网络概念不了解,那就去了解概念。
看别人的代码发现matlab(或者其他语言)看不明白,那就去查语句,查函数,查实现。
入门的时候就不要想着后续的研究模型,时候到了再进行研究就可以。
五、最后
欢迎关注,我会持续更新:复杂网络仿真从入门到精通。我会持续更新每一步的代码、科研思路和实现细节,希望能让更多科研人少走弯路。
资料分享:
分享地址
本系列对应的github:工程地址