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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于J2EE的复杂网络多用户仿真平台实现 姓名：范杰 申请学位级别：硕士 专业：系统工程 指导教师：齐欢 20090524 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 摘摘 要要 近几年来，复杂网络已经成为一个新兴的研究热点。复杂网络模型是研究复杂网 络的重要工具，通过仿真可以计算得到复杂网络模型的各个技术参数、研究其动力 学模型、生成直观的可视化图形，甚至生成动态衍化的复杂网络图形变换（流媒体， FLASH，图片延时切换等）等。但是人们的建模与仿真都是基于计算机本地来进行 的，相互之间不存在交流，各自的模型在共享上还存在着
2、一些语言及平台差异的相 关问题。 国外已经涌现了一些复杂网络的分析软件， 比如 Pajek， Networkx， NetGen， Swarm 等，但国内尚无自己的复杂网络研究平台，人们大多各自利用国外的研究平台及分 析软件来进行自己的建模与仿真。 本文论述了基于 J2EE 的复杂网络多用户仿真平台的设计与实现方法，该平台结 合了仿真技术和 Web 技术，让人们既能对自己模型进行仿真和展示，同时又能在不 将注意力集中于语言和平台上的差异性的基础上来共享自己的模型以及查看他人的 模型、进行用户交流等。 本文基于 web 仿真平台的开发，分析了系统的特点和具体需求，先通过对开源 软件包 igraph
3、 的拓展，使其能够进行复杂网络的可视化仿真、对动力学模型进行仿 真，然后提出了 3 层 B/S 结构和轻量级 J2EE 系统架构，并整合 WebWork + Spring + Hibernate 开发技术，结合了 JNI 和外部进程注入等关键技术，给出了系统的详细设 计过程和实现方法。 关键词：关键词：复杂网络 仿真 J2EE JNI igraph I 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 Abstract With the development of Complex Network theory, researchers start to p
4、ay there close attention to Complex Network. A Complex Network model is an important tool to study on Complex Network. Researchers first calculate and get all the technical parameters of a Complex Network model through simulation, and then study its dynamics model, based on which Complex Network gra
5、phs can be generated and even dynamic-derived Complex Network graphic transformations (such as streaming media, FLASH, time-delay switch of pictures, etc.) can be generated. However, all their modeling and simulation are executed through local environment without any mutual communication, and some p
6、roblems relevant to the differentiations of languages and platforms when sharing their models are also neglected. While a number of analysis software on Complex Network, including Pajek, Networkx, NetGen, Swarm, etc., has been developed in foreign countries, there is still no research platform for C
7、omplex Network in China, where researchers usually utilize the research platforms and analysis software abroad to carry out their own modeling and simulation. In this thesis, I present in great detail how to construct a Multi-Agent simulation platform of Complex Network based on the lightweight J2EE
8、 and Web. which can not only permit an individual to simulate and display his or her own models but also admit the person as well as other people to share their models freely without worrying about the differences of languages and platforms. In this thesis, I analyse characteristics and specific req
9、uirements of the System, As the first step, OpenSource Software igraph is expanded to allow visual simulation of Complex Network and simulation of dynamics models. Then, by combining web technology, three layer B/S structure and lightweight J2EE system architecture, I integrates WebWork, Spring, Hib
10、ernate, key technologies such as JNI and Injection in External Process, and finally successfully constructed a Multi-Agent simulation platform of Complex Network based on the lightweight J2EE. Key Words: Complex Network Simulation J2EE JNI igraph II 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。
11、尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等幅值手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权
12、书。 不保密。 本论文属于 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 1 引引 言言 1.1 复杂网络的研究概况复杂网络的研究概况 自然界中存在着各种各样的复杂系统， 这些系统都是可以通过网络来描述的1-2。 所谓网络，是指由很多节点与连接两个节点之间的边组成的，其中节点用来代表真 实系统中不同的个体，而边则用来表示个体之间的关系，通常是当两个节点之间具 有某种特定的关系时才连接该条边，这个边的两个节点被称为是相邻的。 复杂网络已经成为了当今学术界研究的
13、前沿和热点3。 人们对于复杂网络的研究 经历了三个阶段： 第一阶段，人们觉得真实的系统是可以通过规则的网络来描述的，就像 T 恤上 的格子花纹一样； 第二阶段，在一百多年后，人们又想到了一种新的构造真实系统的方法，这时， 不再像规则网络一样确定边的连接了，两节点之间是有某一概率连接起来的，称之 为随机网络； 第三阶段， 过了 40 多年后， 人们发现描述真实系统最好的网络并不是随机网络， 更不是规则网络，而是一种具有与此两种网络都不同的统计特性的网络。从而这样 一种网络被人们称之为复杂网络。 当人们用复杂网络来描述真实的系统时，不会考虑节点的具体位置和边的具体 形态，而只关心节点和节点之间的连
14、接关系，这样的描述结构称之为复杂网络的拓 扑结构，人们一直在寻找一个比较适合于描述真实系统的拓扑结构。 1.2 复杂网络仿真技术的现状复杂网络仿真技术的现状 目前，数学、计算机、物理、经济等各个领域的研究人员都开始对复杂网络的 研究及其网络模型的仿真颇感兴趣4，从各领域发表的研究论文数量的指数递增可 见一斑。研究人员的研究主要集中在以下方面： 首先，人们通过度分布、平均路径长度、聚类系数、相关系数和介数等特征参 1 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 数来刻画一个复杂网络的结构，各种复杂网络特征参数的求解都是为了更加详细和 全面的刻画一个复杂系
15、统5-6。 其次，人们为了更好的理解复杂网络的特性，往往会通过计算机程序建立合适 的网络模型，在建模中来分析网络特性及其产生机理，同时还能分析复杂网络的动 力学行为。 最后，复杂的可视化也成为人们研究的热点，仅仅用数字表格或文字的形式来 表示网络，是很难让人们理解的，并且网络的一些特性也无法体现出来，而复杂网 络的可视化则可以通过精确的展示来帮助人们认识复杂网络的内部结构，甚至还能 挖掘出复杂网络中潜在的有价值的特性。 这里先简单的介绍一下复杂网络的重要特征参数和复杂网络分类。 复杂网络的重要特征参数主要有直径、平均路径长度、聚类系数、度分布等。 复杂网络中两节点之间的距离是指他们之间最短路径
16、的边的数量，复杂网络的直径 是指任意两节点距离中的最大值；平均路径长度是指所有节点间距离的平均值（它 可以反映复杂网络节点之间的分离程度，也即网络的大小，真实网络的平均路径长 度往往很小，称之为“小世界效应”7-8,对于这个效应有一个著名的试验：六度分离 9）；聚类系数是用来描述复杂网络的紧密性的，某节点的聚类系数为该节点所有 邻居节点们的实际边数除以它们之间的最大边数，而复杂网络的聚类系数则是指所 有节点聚类系数的平均值；节点的度是指与它连接的边的数量，所有节点的度的平 均值称为复杂网络的平均度，复杂网络的度分布p(k)描述的是网络中度数为k的节点 个数占节点总数的比值。以上统计特性为复杂网络研究的基础，深入研究复杂网络 还会分析一些其他的重要统计性质10，这里就不详述了。 复杂网络的类型可分为规则网络、随机网络、小世界网络、无标度网络等。规 则网络的每个节点的度都相同，特点为聚类系数较大、平均路径长度较大；随机网 络则以概率p随机连接任意两个节点，特点为聚类系数较小、
