一种基于航班延误传播的加权航空网络社团结构划分方法与流程

文档序号：14446006阅读：330来源：国知局

本发明属于航空航天技术领域，特别涉及一种基于航班延误传播的加权航空网络社团结构划分方法。

背景技术：

近年来，随着航空业的飞速发展，航空运输的需求持续增加，随之产生的航班延误问题也越来越受到人们的关注。研究表明，不同等级的机场、以及机场之间的关联程度，对网络中航班延误传播的影响效果不尽相同。

目前，针对机场群的社团结构划分的方法主要集中于社会学中的层次聚类方法，通过对机场群协同发展策略进行评估，进而研究其相互之间关联特性，该类手段的代表方法有：聚类分析、dea分析法等；或是利用计算机科学中的图分割算法，根据网络的拓扑结构，对机场节点进行划分，主要方法是图形分割法等。通常，不同类型的机场由于跑道数量、机场等级、旅客周转能力的不同，而对网络中航班延误传播的影响效果也不尽相同。若不加以区分，则无法识别出网络中最具影响力的关键机场节点，及其对其他机场的影响效果，从而无法有针对性地对航班延误加以控制。因此，仅从点度、物理距离考量的聚类分析方法，不可避免的出现点度与其介数不匹配、高连通节点与中心节点不一致等情况。当这些异常现象出现时，无法从定量角度说明该节点在社团中的地位，对网络行为的作用，及其对社团内外其他节点的影响。从而造成社团划分的不准确。另一方面，通过对航空网络的实证研究，发现权重对于认识网络内部结构的重要性，以及权重在边上的不平衡分布和网络的层级结构。这说明即使对于同样的拓扑结构，因边上的权重不同,影响了网络结构特征。因而，无权网络并不适用于网络社团结构的划分，且针对不同的网络行为，需要选取合适的权重指标。

现有技术存在的缺点有：未能从航班延误传播角度，选取合适的权重指标对网络进行社团划分；现有方法不能有效地考虑不同机场航班延误情况并加以区分，从而导致个别机场定位异常，划分得到的网络社团结构不够准确和全面。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于航班延误传播的加权航空网络社团结构划分方法，解决了从航班延误传播角度，选取合适的权重指标对网络进行社团划分的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于航班延误传播的加权航空网络社团结构划分方法，包括以下步骤：

步骤1：建立数据中心服务器和客户端服务器，数据中心服务器与客户端服务器通过互联网络通信；

在数据中心服务器中建立用于存储数据的数据库模块、用于创建加权航班延误网络模型的加权航班延误网络模型构建模块和用于构建社团划分算法模型的社团划分算法模块；

步骤2：设定每一个机场均为一个节点，两个节点之间的连线为一条航线，每一条航线均为一个边；

管理人员通过客户端服务器输入节点的数量、每一个节点对应的延误航班数量，边的数量和所有边对应的客流量信息，客户端服务器生产网络参数，客户端服务器将网络参数传送给数据库模块进行存储，所述网络参数包括节点数量、节点对应的延误航班数量、边数量和边对应的客流量；

步骤3：加权航班延误网络模型构建模块读取数据库模块中的网络参数，通过一下步骤建立加权航班延误网络模型：

步骤a：加权航班延误网络模型构建模块根据网络参数设定加权航班延误网络模型中的节点的总数为n，初始边的条数为e；设定节点v和节点u为加权航班延误网络模型中的任意的两个节点，fv表示节点v的延误航班数量，fu表示节点u的延误航班数量，dvu表示节点v和节点u之间的距离；

步骤b：计算节点v和节点u之间的延误相关系数rvu:

步骤c：设定边权evu为加权航班延误网络模型中连接节点v和节点u的边权，边权evu的权重为wvu，通过以下公式计算wvu的值：

步骤d：重复执行步骤b和步骤c，计算出所有边对应的两节点之间的延误相关系数和所有边对应的权重，并构建加权航班延误网络模型；

步骤4：社团划分算法模块读取加权航班延误网络模型构建模块构建的加权航班延误网络模型，并通过以下步骤构建社团划分算法模型：

步骤e：初始化加权航班延误网络模型，设定加权航班延误网络模型中的每个节点都为一个社团，网络初始的模块性值为q，q＝0；

若节点v和节点u之间有边相连，则边权evu＝wvu；若节点v和节点u之间无边相连，则边权evu＝0；设定每一个节点均对应一个辅助向量a；

步骤f:设定节点v的权重为kv,根据以下公式计算kv的值：

设定一个中间量m，根据以下公式计算m的值：

设定节点v的辅助向量av，根据以下公式计算av的值:

av＝kvrvu/2m；；；

设定节点u的权重为ku,根据以下公式计算ku的值：

设定节点u的辅助向量au，根据以下公式计算au的值:

au＝kurvu/2m；

步骤g：初始化δq矩阵,其元素满足δqvu＝2(evu-avau),最初δq矩阵为一稀疏矩阵；

步骤h：由初始化的δq矩阵得到每行的最大元素，并构成最大堆h，从最大堆h中找出最大的δqvu，合并与之对应的社团v和社团u：如社团v小于社团u，合并后的社团标记为u；如社团v大于社团u，合并后的社团标记为v；

步骤i：设社团v小于社团u，根据以下方法更新矩阵δq、最大堆h和辅助向量a：

步骤s1：更新矩阵δq：移除第v行和第u列,更新第u行和第u列的元素:设定社团q为加权航班延误网络模型中除了社团v和社团u之外的任意一个社团，如果社团q与社团v和社团u都相连,则δq′uq＝δqvq+δquq；如果社团q只与社团v相连，并且与社团u不相连,则δq′vq＝δqvq-2auaq；如果社团q只与社团u相连，并且与社团v不相连,则δq′uq＝δquq-2avaq；δq′uq即为更新后的δq，设定更新后的δq为δq′；

步骤s2：根据δq′更新最大堆h；

步骤s3：根据以下公式更新辅助向量a的元素:a′u＝av+au，其中a′u为更新后的社团u对应的辅助向量；a′v＝0，a′v为更新后的社团v对应的辅助向量；记录合并以后的模块性值q＝q+δq；

步骤s4：重复步骤s1到步骤s3，直到δq矩阵中所有的元素δqvu由正值变成负值，当所有的元素δqvu全为负时,得到q函数峰值,其对应的社团划分就是最优的划分方式；

步骤5：根据步骤4得出的社团划分结果，分析关键节点及关键社团，社团内部边权的均值代表社团内部联系的紧密程度；社团外部连边代表社团间的相互影响；边的权重总和代表社团间影响的紧密程度。

所述模块化函数为modularity模块化函数，表示网络的模块化程度。

本发明所述的一种基于航班延误传播的加权航空网络社团结构划分方法，解决了现有的航空网络社团结构划分方法中未能从航班延误传播角度，选取合适的权重指标对网络进行社团划分；不能有效地考虑不同机场航班延误情况并加以区分，个别机场定位异常，划分得到的网络社团结构不够准确和全面的技术问题，本发明从航班延误传播角度，重新定义网络权重，考虑不同机场节点对延误传播的影响情况(例如延误航班数量)以及机场之间的距离，对航空网络机场群进行社团结构划分；本发明构建合理的加权航班延误网络模型，在此基础上进行社团划分，更准确地寻找影响延误传播的关键机场节点和社团结构，本发明操作过程简单，整体空间复杂度和时间复杂度较低，可适用于处理大型复杂网络。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明的步骤2到步骤3的流程图；

图3是本发明的步骤4的流程图。

具体实施方式

如图1-图3所示的一种基于航班延误传播的加权航空网络社团结构划分方法，包括以下步骤：