Strength of weak layers in cascading failures on multiplex networks: case of the international trade network
现实世界中许多跨越自然、社会和经济领域的复杂系统由多个层次组成，形成多重网络。网络的多层结构对系统的涌现动力学产生了非线性效应。特别是，可能在放大复用网络的脆弱性方面发挥重要作用的薄弱层可能会在聚合的单层网络框架中被遮蔽，该框架不加选择地积累所有层。在这里，我们提出了一个简单的模型，级联故障的多重网络的权重异构层。通过对国际贸易多重网络模型的仿真，发现多重模型产生更多的灾难性连锁故障，这是耦合层突发性集体效应的结果，而不是简单相加的结果。因此，在单层网络分析中，风险可能会被系统性地低估，因为薄弱层的影响可能会被忽略。我们期望我们简单的理论研究可以有助于进一步的研究和设计的最优风险规避现实世界的复杂系统。
2016-05-25 physics.soc-ph q-fin.GN
The resilience of interdependent transportation networks under targeted attack
现代世界建立在以复杂网络为特征的相互依赖的基础设施的弹性之上。最近，一个分析框架的相互依存网络已经发展到解释机制的弹性相互依存网络。在这里，我们扩展了这种相互依赖的网络模型，考虑网络中的流量，并研究了系统的弹性在不同的攻击策略。在我们的模型中，节点可能会由于过载或失去相互依赖性而失败。在这两种失效机制的相互作用下，相互依赖的无标度网络表现出极端的脆弱性。在我们的模拟中发现，相互依赖的SF网络的弹性远远小于单SF网络或相互依赖的SF网络没有流。
2013-07-17 cs.SI physics.soc-ph
Attack Vulnerability of Public Transport Networks
复杂网络在攻击下的行为很大程度上取决于特定的攻击场景。特别令人感兴趣的是无标度网络，它通常被视为在随机故障或攻击下是健壮的，但似乎特别容易受到有针对性的攻击。在最近对世界14个主要城市的公共交通网络的研究中，我们表明这些网络可能表现出无标度行为[Physica A 380，585（2007）]。我们的进一步分析，本报告的主题，重点是失效或删除节点的公共交通网络的属性的影响。模拟不同的攻击策略，我们阐述了脆弱性标准，允许找到最小的战略，对这些系统的影响很大。
2007-09-20 physics.soc-ph
Hidden geometric correlations in real multiplex networks
真实的网络常常构成更大更复杂系统复杂系统的相互作用的部分。从互联网到结构和功能性大脑网络，不同领域都可以找到这样的例子。在这里，我们表明，这些多路复用系统不是随机组合的单个网络层。相反，它们是以特定的方式组织的，这些方式由各个层之间隐藏的几何相关性决定。我们发现，这些相关性是强在不同的真正的复用，并形成一个关键的框架，回答许多重要的问题。具体来说，我们表明，这些几何相关性有利于：（i）多维社区的定义和检测，这是同时在多个层中相似的节点集;（ii）准确的跨层链接预测，其中一层中的连接可以通过观察另一层的隐藏几何空间来预测;以及（iii）仅使用局部知识在多层系统中进行有效的目标导航，只有当几何相关性足够强时，其才优于单层中的导航。我们的研究结果揭示了真正的多路复用背后的基本组织原则，可以在不同的领域有重要的应用。
2017-02-08 cs.SI physics.data-an physics.soc-ph
k-core structure of real multiplex networks
多重网络是许多现实世界-生物，社会和技术-相互作用元素系统的方便数学表示，其中元素之间的成对相互作用具有不同的风格。以前的研究指出，现实世界的多路复用网络显示出显着的层间相关性-度-度相关性，边缘重叠，节点相似性-能够使它们对单个组件的随机和有针对性的故障具有鲁棒性。在这里，我们表明，层间的相关性也很重要，在其$\mathbf{k}$核心结构的表征，即组织在壳的节点越来越高的程度。理解$k$ -核心结构在网络上发生的传播过程的研究中是重要的，例如在识别有影响力的传播者和出现本地化现象。我们发现，如果网络的度分布是异质的，那么一个强大的$\mathbf{k}$核心结构是很好的预测显着正度度相关性。然而，如果网络度分布是均匀的，那么强的$\mathbf{k}$ -核心结构是由于节点相似性水平上的正相关。我们通过分析不同的现实世界的多路复用网络，引入新的技术来控制网络的层间相关性，而不改变其结构，并利用合成网络模型与可调水平的层间相关性，得出我们的结论。
2020-05-24 cs.SI physics.soc-ph
Influence Robustness of Nodes in Multiplex Networks against Attacks
本文提出MultiCoreRank度量方法计算多重网络节点全局影响力，并发现同配网络比中性和异配网络具有更高的抗攻击弹性。
2023-10-06 cs.NI cs.SI physics.soc-ph
Multiplex congruence network of natural numbers
同余理论在物理、社会、生物和技术系统中有许多应用。同余算法已成为数据安全和计算机代数的基本工具。然而，对自然数之间同余关系的拓扑特征的研究却很少。在这里，我们探讨的同余关系在设置的多重网络，揭示了一些独特的和突出的性质的多重同余网络。分析结果表明，其中的每一层都是一个稀疏的、异构的、具有无标度拓扑结构的子网络。与直觉相反，尽管其无标度结构通常难以控制，但每一层都具有极强的可控性。另一个令人惊讶的特点是，可控性对关键节点的有针对性的攻击是鲁棒的，但容易受到随机故障，这也不同于正常的无标度网络。每一层产生的链根数较少的多链结构是其强可控性和反常特征的主要原因。多重同余网络为同时同余问题提供了一种图形化的解决方案，这可能在基于同时同余的密码学中具有意义。我们的工作也深入了解网络的设计，融合了异构和同构网络的优势，而不继承他们的局限性。
2016-03-18 cs.SI math.NT physics.soc-ph
Building Damage-Resilient Dominating Sets in Complex Networks against Random and Targeted Attacks
本文研究了复杂网络中控制集对随机和目标节点移除的脆弱性。虽然小的，成本有效的支配集在这些网络的可控性和可观测性中起着重要的作用，但总是隐含地假设一个固定且完整的网络结构。我们发现，成本效益的优势集优化为小尺寸单独来的代价是容易受到损害，在剩余的网络中的统治可以严重中断，即使一小部分的支配节点丢失。我们开发了两种新的方法来寻找灵活的支配集，允许可调的整体弹性，或支配集的大小，同时最大化攻击后剩余网络的支配分数。我们分析了每种方法在合成无标度网络以及真实复杂网络上的效率。
2014-09-27 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Optimal percolation in correlated multilayer networks with overlap
多层网络在随机攻击和有针对性的攻击下容易发生突发级联故障，但目前提出的大部分有针对性的攻击算法主要是在不相关的系统上进行测试的。在这里，我们表明，一个多层网络的临界渗流集的大小是由层间的程度相关性和边缘重叠的存在下，大大影响。我们提供了大量的数值证据，证实了最先进的最佳渗流策略始终无法识别合成和现实世界的相关多层网络中的最小渗流集，从而高估了它们的鲁棒性。我们提出了两个新的目标定位算法，基于本地估计的路径中断远离一个给定的节点，和一个家庭的帕累托有效的战略，考虑到层内和层间的竞争，并可以很容易地扩展到多路复用网络的任意层数。我们表明，这些策略始终优于现有的攻击算法，在合成和现实世界的多重网络，并提供了一些有趣的见解的相互作用的相关性和重叠，在确定现实世界的多层网络的超脆弱性。总的来说，论文中提出的结果表明，我们还远远没有完全确定决定多路复用网络对有针对性攻击的鲁棒性的显著成分。
2020-07-22 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Multiplex networks quantify robustness of the mental lexicon to catastrophic concept failures, aphasic degradation and ageing
概念及其心理联系影响着语言的处理和使用。网络代表了探索这种认知系统的强大模型，称为心理词汇。本研究探讨了词汇的鲁棒性与多重网络攻击的渐进词失败。一个成年英语使用者的平均词汇量是由16000个单词组成的，这些单词通过语义自由联想和语音相似性连接在一起。渐进的结构退化被建模为随机和有针对性的攻击。具有较高心理语言学特征（如频率、长度、习得年龄、一词多义）或网络中心性（如接近度、PageRank、介数和程度）的词被首先定位。这里介绍了失语症引发的攻击，目标是正确命名的第一个单词，或多或少，由命名性失语症患者，一种破坏单词发现的病理学。鲁棒性被测量为连通性，激活扩散和词汇检索的基础，以及可行性，识别语言内核的多层连接性。词汇对随机的、失语症引起的和心理语言学的攻击具有弹性。灾难性的相变发生时，语音和语义程度相结合，使词汇脆弱的多程度的攻击。可行的内核对于多PageRank和失语症启发的攻击是脆弱的。因此，在词汇的连通性介导的枢纽，而可行性，使词汇语义/语音的相互作用，并对应于一个促进命名失语症的效果。这些影响也持续通过老化，在不同的网络表示的年轻和老年人的词汇。本研究表明，在设计有效的语言恢复策略对抗认知损伤时，需要防止心理词汇中的高多度和可行词的失败。
2020-01-08 physics.soc-ph q-bio.NC
The robustness of multiplex networks under layer node-based attack
Shandong Provincial Key Laboratory of Computer Network, Shandong ComputerScience Center (National Supercomputer Center in Jinan)（山东省计算机网络重点实验室，山东计算机科学中心（济南国家超级计算中心））；School of Automation, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学自动化学院）
研究多层网络在层节点随机与针对性攻击下的鲁棒性，提出理论分析框架预测临界阈值和巨连通分量大小，发现层节点攻击使多层网络更脆弱。
2015-09-10 cs.SI cs.SY eess.SY
Information transport in multiplex networks
本文研究了由两个耦合子网组成的多路复用网络中的信息传输问题。上层子网称为逻辑层，采用最短路径协议来确定分组传输的逻辑路径，而下层子网充当物理层，其中分组通过具有参数$α$的偏置随机游走机制来递送。通过仿真，得到了最大网络生存时间和最大到达包数对应的最优$α$。选择耦合比随机耦合和选择耦合更好，因为它实现了更好的传输性能。一般来说，下层网络越均匀，传输性能越好，而上层网络则相反。最后，我们提出了一个基于两个子网的拓扑信息的节点的攻击中心，并进一步研究了有针对性的攻击下的传输性能。我们的工作有助于理解复用网络的传播和鲁棒性问题，并为通信系统中更有效和鲁棒的路由架构的设计提供了一些线索。
2015-09-20 cs.NI physics.soc-ph
Context-Independent Centrality Measures Underestimate the Vulnerability of Power Grids
电网的脆弱性是一个关键的社会问题。一个组件故障可能会触发整个电网的故障级联，并导致大停电。复杂网络方法为研究电网面临的一些问题指明了方向。在复杂网络分析中，电网的结构脆弱性主要使用纯粹的拓扑方法进行研究，该方法假设电力流动由最短路径决定。然而，这并不能捕捉到电网的真实流动特性。我们已经提出了一个流量再分配机制，密切模仿使用PTDF在电网中的流量。该机制增强了现有的连锁故障模型，研究电网的脆弱性。我们将该模型应用于欧洲高压电网进行了比较研究的一些中心性措施。“中心性”表明网络组成部分的关键性。我们的模型提供了一种方法来找到这些中心的措施，给出了最好的指示节点的脆弱性，在电网的背景下，不仅考虑网络拓扑结构，但也通过网络的功率流动。此外，我们使用该模型来确定所需的备用容量，使电网强大的有针对性的攻击。我们还显示了一个简短的比较与其他电网系统的最终结果概括的结果。
2013-04-19 cs.SI nlin.AO physics.soc-ph
A complex network approach to robustness and vulnerability of spatially organized water distribution networks
在这项工作中，水分配系统被视为大型稀疏平面图与复杂的网络特性和网络的重要拓扑特征（即结构的鲁棒性和循环冗余）和系统的弹性之间的关系，被视为结构脆弱性的反义词，进行评估。利用复杂网络和谱图理论的确定性技术来量化所研究的基准网络中的良好连通性和估计环路冗余。通过使用图的连通性和扩展属性，对节点/链路故障和隔离的需求节点从源（S）的系统鲁棒性进行评估和网络容忍随机故障和有针对性的攻击，其桥梁和割集进行了分析。在其他测量中，提出了两个度量的网状性和代数连通性的候选人量化的冗余和鲁棒性，分别在优化设计模型。简要讨论了供水系统运行可靠性分析中所提供测量的范围和局限性。
2010-08-11 cs.CE cs.SI math.CO
Quantifying Urban Road Network Vulnerability and Resilience to Attacks
互联和自动驾驶汽车的兴起，加上物联网和互联表面的普及，导致了新的复杂网络风险的出现。内部车辆网络缺乏加密和身份验证被广泛认为是网络安全专家、汽车和OEM制造商关注的问题。随着网络安全事件的增加和展示不同车辆漏洞的示威活动的增加，这种担忧只会越来越严重，这使得完全保护车辆免受网络攻击几乎是不可能的。特别令人担忧的是，大规模车辆网络攻击可能会蔓延到作为城市生命线的交通网络。在这里，我们开发了一个基于复杂网络理论，交通流和新的数据技术的框架，以量化城市规模的交通网络攻击的脆弱性。将我们的框架应用于波士顿的道路网络表明，对一小部分节点的有针对性的攻击会导致不成比例的更大的路线中断。我们开发了一个早期检测框架，根据收集的多维交通流量，事件和社交媒体数据集来量化实时风险。我们的研究结果说明了一种基于效果的方法，通过通知，智能车辆代理的交通网络防御。
2021-03-23 cond-mat.soft physics.soc-ph
Vulnerability of weighted networks
在真实网络中，复杂的拓扑特征通常与各种各样的相互作用相关联，这些相互作用由链接的权重来衡量。此外，空间限制也可能发挥重要作用，导致拓扑结构、重量和地理之间的复杂相互作用。为了研究这种网络的脆弱性，故意攻击，这些属性，因此必须考虑随着拓扑量。为了解决这个问题，我们考虑的情况下，世界范围内的机场网络，这是一个加权的异构网络的演变和结构的影响交通和地理限制。我们首先描述相关的拓扑和加权中心性措施，然后使用这些数量作为选择标准的顶点删除。我们考虑不同的攻击策略和不同的措施，在网络中实现的损害。加权属性的分析表明，中心驱动的攻击能够粉碎网络的通信或传输属性，即使在非常低的连接模式的损害水平。因此，包含权重和流量提供了复杂网络对任何有针对性的策略的极端脆弱性的证据，并且需要被视为发现和开发防御策略的关键特征。
2006-03-20 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Robustness of onion-like correlated networks against targeted attacks
最近，Schneider等人[Proc.Natl. Acad. Sci. USA，108，3838（2011）]，使用模拟，具有“洋葱结构”的无标度网络对于有针对性的高度攻击是非常鲁棒的。洋葱结构是一种网络，其中具有几乎相同度的节点连接在一起。受这项工作的启发，我们提出并分析，基于分析的考虑，洋葱状的候选人几乎最佳的结构，同时对随机和有针对性的高度节点攻击。近似最优结构可以看作是一个层次互连的随机正则图，其度和种群由度分布指定。这种网络结构具有极强的度-度相关性，与洋葱结构有着密切的联系。“在推导出一组精确的表达式，使我们能够计算临界渗流阈值和任意类型节点删除的相关网络的巨型分量之后，我们将该理论应用于随机无标度网络的情况，这些网络非常容易受到目标高度节点删除的影响。我们的研究结果表明，这种脆弱性可以显着减少实现这种洋葱式的度-度相关性，而不会破坏几乎完全的鲁棒性，对随机节点删除。我们还详细研究了鲁棒性的增强，由于间接度度的相关性，通过引入一个联合度度概率矩阵，插值之间的不相关的网络结构和洋葱状结构，在这里提出的调整一个单一的控制参数。还确定了最大化同时对随机和有针对性的攻击的鲁棒性的控制参数的最佳值。我们的分析计算支持数值模拟。
2012-03-05 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Structural and flow approaches to complex network systems lesions scale analysis
本文比较结构方法与流方法在复杂网络系统脆弱性分析中的表现，提出群体定向攻击场景，证明流方法能更真实反映损伤后果且攻击目标选择更优。
2024-04-02 physics.soc-ph
Modeling Coupled Epidemic-Information Dynamics via Reaction-Diffusion Processes on Multiplex Networks with Media and Mobility Effects
针对现有模型仅考虑孤立因素的不足，本研究在多层网络上提出耦合疾病-信息传播模型，整合媒体影响、高阶相互作用和人口移动，通过MMCA推导方程并经MC模拟验证，揭示了相关因素对疾病传播的影响，为复杂场景下的干预策略设计提供见解。
2025-04-17 physics.soc-ph
Dynamic vaccination in partially overlapped multiplex network
在这项工作中，我们提出并研究了一种新的疫苗接种策略，我们称之为“动态疫苗接种”。在我们的模型中，易感人群会意识到他们的一个或多个接触者被感染了，从而在与任何感染患者进行身体接触之前，以$ω$的概率接种疫苗。然后，未接种疫苗的个体将以$β$的概率感染。我们将该策略应用于SIR传染病模型中的一个多重网络由两个网络组成，其中一小部分$q$的节点在两个网络中的行为。我们将这个动态接种模型映射到键渗流模型，并使用生成函数框架从理论上预测了系统在稳态时的相关量值的行为。我们发现理论方程的解和随机模拟的结果之间的完美协议。此外，我们发现了一个有趣的相图在平面$β-ω$，这是由一个流行和非流行阶段，由一个临界阈值线$β_c$，这取决于$q$分开。我们发现，对于$q$的所有值，在图中的一个区域，疫苗接种是如此有效，以至于无论疾病的毒力如何，它永远不会成为流行病。我们将我们的策略与随机免疫进行比较，发现在两种情况下使用相同数量的疫苗，我们得到的疾病的传播在动态疫苗接种的情况下比随机免疫低得多。此外，我们还将我们的策略与靶向免疫进行了比较，我们发现，根据$ω$，动态疫苗接种将表现得更好，在某些情况下，将在疾病成为流行病之前阻止疾病。
2019-01-08 physics.soc-ph
Robustness analysis in an inter-cities mobility network: modeling municipal, state and federal initiatives as failures and attacks
受COVID-19疫情相关挑战和寻求最佳遏制策略的启发，我们提出了一个城市间移动复杂网络的鲁棒性分析。我们将市政举措抽象为节点故障，将联邦行动抽象为有针对性的攻击。geo（graphs）的方法被应用到可视化的地理图形，并产生地图的拓扑指数，如度和脆弱性。巴西2016年的数据被认为是一个案例研究，有5000多个城市和27个州。基于网络的鲁棒性指数，我们表明，最有效的攻击策略转移从拓扑度为基础的，所有城市的网络，以拓扑可扩展性为基础的，考虑巴西国家作为节点的网络。此外，我们的研究结果表明，个别市政府的行动并没有造成很大的影响，流动性限制，因为他们往往是准时和断开的国家现场作为一个整体。相反，特定城市的协调隔离是分离整个网络区域的关键，从而防止蔓延过程盛行。
2020-04-08 cs.SI physics.soc-ph
Resilient by Design: Simulating Street Network Disruptions across Every Urban Area in the World
本研究模拟全球8000多个城区的街道网络中断，发现高中心性节点受袭影响最大，而高连通性、少瓶颈和低绕行设计能显著提升网络韧性，为城市规划提供关键杠杆点。
2024-03-15 cs.SY econ.GN eess.SY
Simultaneous Degradation of Percolation and Cascade Robustness Under Targeted Hub Removal
Independent Researcher, Fort Lauderdale, FL, USA
研究显示在BA网络中移除枢纽节点会同时降低连通性和级联暴露的临界点，且通过动态效应增强级联规模。
2026-03-12 physics.soc-ph
Dependency-based targeted attacks in interdependent networks
现代大型网络系统通常协同工作，并出于效率和监管的目的在其组件之间建立依赖关系。这种依赖性可能成为主要风险，因为它们可能导致小规模故障在整个系统中传播。因此，依赖节点可能是旨在利用这些漏洞的恶意攻击的自然目标。在这里，我们第一次考虑一种基于网络之间依赖关系的新型有针对性的攻击。我们研究的攻击策略，范围从依赖性第一依赖性最后，其中一小部分$1-p$的依赖性链接的节点，或没有依赖性链接的节点，分别最初受到攻击。我们系统地分析，分析和数值，部分相互依赖的Erdens-Rényi（ER）网络的渗流过渡，其中一小部分$q$的节点在每个网络依赖于其他网络的节点。我们发现，对于广泛的依赖强度$q$，“依赖第一”的战略，这直观地预计将增加系统的脆弱性，实际上会导致一个更稳定的系统，在较低的临界渗流阈值$p_c$，与相同大小的随机攻击相比。相比之下，“最后依赖”战略导致一个更脆弱的系统，即，更高的$p_c$，与随机攻击相比。通过探索基于依赖性的攻击引发的级联故障的动态，我们解释了这种反直觉的效果。我们的研究结果表明，在一个相互依赖的网络系统中，最脆弱的组件不一定是那些导致最大的直接影响，但那些引发了最大的累积损害的故障级联。
2019-12-27 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
