具有时变功能性网络的宏观与微观特征及其对外部扰动韧性的评估

现实世界中的物理、社会和工程网络的时变功能性知识，对于理解网络在面对外部扰动时的韧性至关重要。然而，现有研究大多仅关注网络的拓扑性质以进行韧性评估，未能充分刻画其动态韧性。在本研究中，我们基于链路的功能状态与拓扑两方面评估并量化网络韧性。我们提出三个独立的度量——失效标度指数（FSI）、加权度标度指数（WDSI）和链路功能性不规则指数（LFII）——它们分别刻画网络的宏观、微观和时间性能特征。相应地，采用一个综合通用韧性（GR）度量来评估具有时变功能性网络的性能损失与恢复速度。我们利用高分辨率数据集，在哈里斯县（得克萨斯州）飓风哈维期间城市洪水影响下的交通网络研究中检验所提方法，该数据集包含5个月内每5分钟20,000条道路的时序速度。结果表明，洪水期间交通网络中受扰动功能性的链路权重与节点加权度服从无标度分布。因此，所提三个度量清晰刻画了网络的韧性曲线并识别出链路的不规则性。相应地，网络性能度量与韧性量化方法揭示了网络性能损失程度与恢复速度的见解，表明在面对如城市洪水等外部扰动时网络韧性可能的改进方向。