复杂网络软件探析与评价.pdf

本期话题 http: // 复杂网络软件分析与评价* □ 胡长爱 朱礼军 / 中国科学技术信息研究所 北京 100038 摘要：如今，复杂网络数据规模膨胀，文字和表格已无法展现其内部结构，同时妨碍了复杂网络 隐藏信息的挖掘，复杂网络分析工具的产生解决了上述难题。文章归纳总结了复杂网络理论的基本内 容，在广泛调查现有复杂网络处理软件的基础上，分析比较了各个软件的功能，提出量化评价指标， 并对各个软件进行分析评价。 关键字：复杂网络，分析软件，特征参数，评价模型 DOI：10.3772/j.issn.1673—2286.2010.05.007 1 引言 2 复杂网络软件的分析 复杂网络理论的系统研究源于20世纪60年代匈牙 从整个复杂网络的发展看，社会网络的研究起到 利数学家Erdös和Rényi建立的随机图理论。随着小世界 了很大的促进作用，很多复杂网络的软件是因为社会 模型、无尺度网络模型在20世纪末被提出来，人们对 网络分析的需求而发展起来的。目前，复杂网络软件 来 自不同领域的大量实际网络的拓扑特征进行了广泛 的数量已经很可观了，尤其是一些学术的可以免费获 的实证性研究，复杂网络逐渐成为各个学科领域的研 得的软件。这些软件的不同首先在于数据处理能力和 究热点。为了方便有效地研究复杂网络，各类研究软 计算速度上的区别。例如Igraph[8]可以处理上百万个 件不断产生，如GUESS[1] 、NetVis[2] 、Paj ek[3]等等。本 数据点，Paj ek 、NetMiner 3 的数据处理能力也能达到 文重点以Paj ek 、UCINET[4] 、NetworkX[5] 、NetMiner 3[6] 百万级，但UCINET[9] 的上限却只有三万多个数据点。 为代表，比较分析复杂网络软件的特点和发展现状， 另一个区别在于能否进行可视化。可视化可以说是复 为复杂网络软件的选用提供依据。 杂网络工具发展的一个重要的趋势。Paj ek 、NetMiner 复杂网络，简而言之即呈现高度复杂性的网络。 3等很多软件都具有可视化的功能。其他比较著名的 [7] [9] [10] 其复杂性 主要表现在以下几个方面：1）结构复杂： 可视化工具还有GDToolkit ，NETDraw 等。它解决 表现在结点数 目巨大，网络结构呈现多种不同特征。 了文字和表格无法表达复杂的网络结构问题，也为挖 2 ）网络进化：表现在结点或链接会随着时间的变化而 掘网络内部有价值的信息提供了帮助[12] 。除以上两点 产生或消失。3 ）链接多样性：结点之间的链接权重存 外，软件的直观易用，支持文档的可获得性和可理解 在差异，且有可能存在方向性。4 ）动力学复杂性：结 性，也直接影响着软件的选用。这些区别主要缘于软 点集可能属于非线性动力学系统，结点状态可能会随 件设计者对软件功能的定位不同，及 自身的知识背景 时间发生复杂变化。5 ）结点多样性：复杂网络中的结 的差异。 点可以代表任何事物，同一个网络可能存在代表不同 事物的结点。6 ）多重复杂性融合：即以上多重复杂性 2.1 典型复杂网络软件的研究 相互影响，导致更为难以预料的结果。实际的复杂网 络会受到多种因素的影响和作用，各种网络之间密切 复杂网络的特性是由一些特征参数进行描述的， 的联系也会使它们相互产生影响，从而加大对复杂网 主要包括结点度、介数、接近度、平均路径长度、聚 络分析的