区域性失效下地理复杂网络上的演化博弈动力学分析

Geographical complex network is an important kind of complex networks. Some important geographical complex networks, e.g., power supply network, traffic network, face the problem of regional failure constantly. Based upon the regional failure model of geographical complex network, this project studies the influences of regional failure of cooperation over the stability of the evolutionary game dynamics on geographical complex networks. Artificial scale-free networks on a two-dimensional plane are generated based on theoretical models and real geographical complex networks are constructed from empirical data. By means of numeric simulations, the phase transition of the stability of cooperation on these networks is analyzed and the condition for the cascading of cooperation collapse is studied. Further, some methods are proposed to solve the problem of regional failure of cooperation via network structure design and external control optimization.

地理复杂网络是一类重要的复杂网络，一些重要地理复杂网络，如电力网络、交通网络等，常常面临着区域性失效问题。本项目在地理复杂网络的区域性失效模型基础上，研究区域性合作行为失效对地理复杂网络上演化博弈动力学稳定性的影响：基于理论模型生成二维平面上的无标度网络以及由真实数据构造若干实际的地理复杂网络，通过模拟分析这些网络上合作稳定性在不同区域性失效参数下的相变过程，研究合作级联崩溃的条件。进一步，从网络结构设计和外部控制优化等角度研究地理复杂网络应对区域性合作行为失效的若干方法。

与人类生活息息相关的一些复杂网络坐落在二维地理平面上，研究该类网络的抗毁性具有重要科学价值。本项目从气象灾害、地质灾害等自然灾害的特点出发，提出了地理复杂网络的区域性失效模型。区域性失效指的是二维平面上一定区域范围内复杂网络的节点和边失效。基于一个最近的空间复杂网络模型，本项目首先进行了地理复杂网络上的演化博弈研究，发现导致合作水平较高的重要网络模型参数区间与真实地理复杂网络的参数区间相吻合。进一步，本项目研究了区域性失效对地理复杂网络上演化博弈动力学稳定性的影响，通过大规模模拟展示了不同网络模型、博弈、区域性失效参数下合作水平的变化过程。最后，本项目研究了应对区域性失效的网络优化方法，重点对比研究了两类方法：一类是基于代价收益的多边增长方法，另一类是中心节点互联方法。模拟发现中心节点互联方法能够以增加的边量更小的代价带来稳定性的提升。本项目的科学意义在于从演化博弈动力学的角度揭示地理复杂网络的鲁棒性能。