本發(fā)明涉及大數(shù)據(jù)分析，尤其涉及基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人們通過物理通信(如車對物v2x和設(shè)備對設(shè)備d2d通信等)在物理網(wǎng)絡(luò)中緊密聯(lián)系在一起，同時通過虛擬通信(如微信或facebook)在信息網(wǎng)絡(luò)中更加緊密地聯(lián)系。例如，當(dāng)事故發(fā)生時，緊急信息不僅在現(xiàn)場人員之間迅速傳播，還引發(fā)整個互聯(lián)網(wǎng)的信息擴散。預(yù)測信息傳播規(guī)?？梢詭椭藗兡軌蚋玫赝茢嗥溱厔莺陀绊?，進一步協(xié)助制定有效干預(yù)措施來處理各種緊急情況，如交通事故、恐怖襲擊和槍擊事件。在這種情況下，需要將信息盡快發(fā)送給所有人。深入理解信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)(cyber-physical?interacting?networks,cpins)上的信息傳播過程，有助于更加準(zhǔn)確地預(yù)測信息傳播規(guī)模。

2、然而，由于信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)(cyber-physical?interacting?networks,cpins)的異構(gòu)性和交互性特征，設(shè)計信息傳播機制極具挑戰(zhàn)性。此外，這些網(wǎng)絡(luò)上信息轉(zhuǎn)發(fā)和遺忘發(fā)生的隨機性進一步加劇了這種情況。

3、近年來，多層網(wǎng)絡(luò)對于理解信息傳播動態(tài)過程至關(guān)重要。有關(guān)相互依賴的多層網(wǎng)絡(luò)研究表明，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以顯著改變信息傳播的定性行為。一些研究學(xué)者為多層網(wǎng)絡(luò)中的信息級聯(lián)和情感傳染相變提供了有益的見解。為了突顯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對信息傳播的重要性，davis等人對物理和信息網(wǎng)絡(luò)中的個體行為分別構(gòu)建反應(yīng)擴散模型和活動驅(qū)動模型，分析信息傳播的演化過程以及臨界相變現(xiàn)象。yagan等人研究了聯(lián)合信息-物理網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)擴散現(xiàn)象，并基于確定性sir模型來分析信息傳播規(guī)模。

4、但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方案多為確定性方案，現(xiàn)有的工作沒有綜合考慮cpins上影響傳播規(guī)模動態(tài)變化的異構(gòu)性、交互性和隨機性的特征，無法真實地模擬信息傳播的隨機演化過程并準(zhǔn)確地預(yù)測傳播規(guī)模。因此，如何真實地對信息傳播過程進行建模并提高傳播規(guī)模預(yù)測的準(zhǔn)確性仍然是一個有待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法及系統(tǒng)，綜合考慮cpins上的異質(zhì)性、交互性和隨機性特征來預(yù)測信息傳播規(guī)模，符合現(xiàn)實世界中信息傳播的動態(tài)過程，提高信息傳播規(guī)模預(yù)測的準(zhǔn)確性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法，包括：

4、獲取信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，基于信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點得到信息連邊、物理連邊和交互連邊，根據(jù)節(jié)點和連邊構(gòu)建信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)無向圖；所述交互連邊連接信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；

5、根據(jù)無向圖中節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系，構(gòu)建傳播規(guī)模概率分布，并利用極大似然估計優(yōu)化事件發(fā)生的速率。

6、優(yōu)選地，所述信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過信息連邊連接；所述物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過物理連邊連接。

7、優(yōu)選地，所述節(jié)點狀態(tài)包括物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點感染狀態(tài)，物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點易感狀態(tài)，信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點感染狀態(tài)和信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點易感狀態(tài)。

8、優(yōu)選地，所述隨機傳播事件包括信息轉(zhuǎn)發(fā)事件和信息遺忘事件。

9、優(yōu)選地，所述節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系包括：

10、物理網(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點將信息傳播給物理網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點，物理網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砭W(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點；

11、物理網(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點將信息傳播給信息網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點，信息網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點；

12、信息網(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點將信息傳播給信息網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點，信息網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點；

13、信息網(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點將信息傳播給物理網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點，物理網(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砭W(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點；

14、物理網(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點遺忘傳播信息，轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砭W(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點；

15、信息網(wǎng)絡(luò)感染狀態(tài)節(jié)點遺忘傳播信息，轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)易感狀態(tài)節(jié)點。

16、優(yōu)選地，所述根據(jù)無向圖中節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系，構(gòu)建傳播規(guī)模概率分布，具體包括：

17、基于節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系，構(gòu)建ctmc模型；

18、基于ctmc模型構(gòu)建生成矩陣，所述生成矩陣包含節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移的速率；

19、基于時序點和生成矩陣計算隨時間變化的信息傳播規(guī)模的概率分布。

20、優(yōu)選地，所述利用極大似然估計優(yōu)化事件發(fā)生的速率，具體為：

21、獲取單位時序點隨機傳播事件發(fā)生的速率；

22、根據(jù)事件時間似然和事件標(biāo)記似然優(yōu)化隨機傳播事件發(fā)生的速率。

23、第二方面，本發(fā)明提供一種基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測系統(tǒng)，包括：

24、無向圖構(gòu)建模塊，用于獲取信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，基于信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點得到信息連邊、物理連邊和交互連邊，根據(jù)節(jié)點和連邊構(gòu)建信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)無向圖；所述交互連邊連接信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；

25、傳播規(guī)模預(yù)測模塊，用于根據(jù)無向圖中節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系，構(gòu)建傳播規(guī)模概率分布，并利用極大似然估計優(yōu)化事件發(fā)生的速率。

26、第三方面，本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)第一方面所述的基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法中的步驟。

27、第四方面，本發(fā)明提供一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)第一方面所述的基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法中的步驟。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果為：

29、本發(fā)明基于時序點過程的信息傳播來預(yù)測cpins上的信息傳播規(guī)模。首先，通過構(gòu)建一個cpin模型來捕捉物理和信息網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性和交互性，并基于該包含實際隨機性的模型建立一個基于時序點過程的信息傳播模型(tpp-idm)。在tpp-idm模型中，基于時序點過程來描述信息傳播的隨機演化，并利用ctmc預(yù)測信息傳播的規(guī)模概率分布。這種概率分布為傳播規(guī)模預(yù)測提供了更準(zhǔn)確的解決方案，減少了采用傳統(tǒng)確定性方法引起的偏差。

30、本發(fā)明基于極大似然估計的強度學(xué)習(xí)方法，從歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)tpp-idm的最合適強度，實現(xiàn)了進一步提高預(yù)測傳播規(guī)模的準(zhǔn)確性。

31、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，所述信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過信息連邊連接；所述物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過物理連邊連接。

3.如權(quán)利要求1所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，所述節(jié)點狀態(tài)包括物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點感染狀態(tài)，物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點易感狀態(tài)，信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點感染狀態(tài)和信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點易感狀態(tài)。

4.如權(quán)利要求3所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，所述隨機傳播事件包括信息轉(zhuǎn)發(fā)事件和信息遺忘事件。

5.如權(quán)利要求4所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，所述節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系包括：

6.如權(quán)利要求1所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，所述根據(jù)無向圖中節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系，構(gòu)建傳播規(guī)模概率分布，具體包括：

7.如權(quán)利要求1所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法，其特征在于，所述利用極大似然估計優(yōu)化事件發(fā)生的速率，具體為：

8.一種基于時序的信息-物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法中的步驟。

10.一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項所述的傳播規(guī)模預(yù)測方法中的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本公開提出基于時序的信息?物理交互網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)模預(yù)測方法及系統(tǒng)，方法包括：獲取信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，基于信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點得到信息連邊、物理連邊和交互連邊，根據(jù)節(jié)點和連邊構(gòu)建信息?物理交互網(wǎng)絡(luò)無向圖；所述交互連邊連接信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；根據(jù)無向圖中節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移和隨機傳播事件之間的關(guān)系，構(gòu)建傳播規(guī)模概率分布，并利用極大似然估計優(yōu)化事件發(fā)生的速率。通過綜合考慮CPINs上的異質(zhì)性、交互性和隨機性特征來預(yù)測信息傳播規(guī)模，符合現(xiàn)實世界中信息傳播的動態(tài)過程，提高信息傳播規(guī)模預(yù)測的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：陸佃杰,陳靜,田杰,徐衛(wèi)志,張桂娟
受保護的技術(shù)使用者：山東師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24