搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于复杂网络理论的北京公交网络拓扑性质分析

郑啸 陈建平 邵佳丽 别立东

引用本文:
Citation:

基于复杂网络理论的北京公交网络拓扑性质分析

郑啸, 陈建平, 邵佳丽, 别立东

Analysis on topological properties of Beijing urban public transit based on complex network theory

Zheng Xiao, Chen Jian-Ping, Shao Jia-Li, Bie Li-Dong
PDF
导出引用
  • 为分析公交复杂网络的拓扑性质, 本文以北京市为例, 选取截止到2010年7月的北京全市(14区、2县)的1165条公交线路和9618个公交站点为样本数据, 运用复杂网络理论构建起基于邻接站点的有向加权复杂网络模型. 该方法以公交站点作为节点, 相邻站点之间的公交线路作为边, 使得网络既具有复杂网络的拓扑性质同时节点(站点)又具有明确的地理坐标. 对网络中节点度、点强度、强度分布、平均最短路径、聚类系数等性质的分析显示, 公交复杂网络的度和点强度分布极为不均, 网络中前5%和前10%节点的累计强度分布分别达到22.43%和43.02%; 点强度与排列序数、累积强度分布都服从幂律分布, 具有无标度和小世界的网络特点, 少数关键节点在网络中发挥着重要的连接作用. 为分析复杂网络中的关键节点, 本文通过承载压力分析和基于"掠夺" 的区域中心节点提取两种方法, 得到了公交复杂网络中两类不同表现的关键节点. 这些规律也为优化城市公交网络及交通规划发展提供了新的参考建议.
    To analyze the topological properties of Beijing public transport network, until July 2010, we have collected 1165 bus lines and 9618 bus stops of Beijing City (14 districts and 2 counties) as the sample data to build up a directed and weighted complex network model based on neighboring stops by applying the complex network theory. In this model, bus stops are considered as nodes of the complex network, while bus lines connecting two neighboring stops as edges. Consequently, the network has the topological properties of a complex network and meanwhile the nodes (bus stops) have clear geographic coordinates. The complexity of Beijing public transport is then verified through analyzing the topological properties of node degree, node strength, strength distribution, average shortest path, clustering coefficient in the complex network. We find that the distributions of node degrees and node strengths are extremely uneven and the cumulative strength distributions of the top 5% and 10% nodes reach 22.43% and 43.02% respectively. The results also show that the node strength, ordinal number and cumulative strength distribution of the nodes all follow the power-law distribution, showing the network characteristics of scale-free and small world. Some "key nodes" play an important role in network connection. We find two kinds of "key nodes" by using high carrying pressure node analysis and extract regional central analysis. These rules provide new references for optimizing the urban transport network, managing traffic congestion and planning and developing the traffic.
    • 基金项目: 北京市教育委员会科学研究与研究教育项目(批准号: JD104910556) 和中国地质调查局基础调查类研究项目(批准号: 200415100002)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Beijing Municipal Education Commission Science Research and Research Education Program (Grant No. JD104910556), and the China Geological Survey Basic Investigative Research Projects (Grant No. 200415100002).
    [1]

    Watts D J, Strogatz S H 1998 Nature 393 440

    [2]

    Barabási A L, Albert R 1999 Science 286 509

    [3]

    Albert R, Barabasi A L 2002 Rev. Mod. Phys . 74 47

    [4]

    Wu J S, Di Z R 2004 Prog. Phys. 24 18 (in Chinese) [吴金闪, 狄增如 2004 物理学进展 24 18]

    [5]

    Li J, Wang B H, Jiang P Q, Zhou T, Wang W X 2006 Acta Phys. Sin. 55 4051 (in Chinese) [李季, 汪秉宏, 蒋品群, 周涛, 王文旭 2006 物理学报 55 4051]

    [6]

    Chen Q H, Shi D H 2006 Phys. A 360 121

    [7]

    Xu D, Li X, Wang X F 2007 Acta Phys. Sin. 56 1313 (in Chinese) [许丹, 李翔, 汪小帆 2007 物理学报 56 1313]

    [8]

    Zhang L, Liu Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 5419 (in Chinese) [张立, 刘云 2008 物理学报 57 5419]

    [9]

    Zhou L, Zhi R, Feng A X, Gong Z Q 2010Acta Phys. Sin. 59 6689 (in Chinese) [周磊, 支蓉, 冯爱霞, 龚志强 2010 物理学报 59 6689]

    [10]

    Weng W G, Ni S J, Shen S F, Yuan H Y 2007 Acta Phys.Sin. 56 1938 (in Chinese) [翁文国, 倪顺江, 申世飞, 袁宏永 2007 物理学报 56 1938]

    [11]

    Marco A J, Brian H W, Jenny L, 2000 Nick Abel Ecological Modelling 131 249

    [12]

    Vamsi K, Vishal S, Aaron C, Cristopher M 2006 arXiv:0510198

    [13]

    Xu X P, Hu J H, Liu F, Liu L S 2007 Phys. A 374 441

    [14]

    Zhou S, Mondragon R J 2004 arXiv:0308036

    [15]

    Gao Z Y, Wu J J, Mao B H, Huang H J 2005 J. Tran. Sys. Eng. & Info. Tech. 5 79 (in Chinese) [高自友, 吴建军, 毛保华, 黄海军 2005 交通运输系统工程与信息 5 79]

    [16]

    Yook S H, Jeong H, Barabási A L, Tu Y 2001 Phys. Rev. Lett. 86 5835

    [17]

    Song C M, Havlin S, Makse H A 2006 Nature Physics 2 275

    [18]

    Li S B, Wu J J, Gao Z Y, Lin Y, Fu B B 2011 Acta Phys. Sin. 60 050701 (in Chinese) [李树彬, 吴建军, 高自友, 林勇, 傅白白 2011 物理学报 60 050701]

    [19]

    Holme P 2002 Phys. Rev. E 66 036119

    [20]

    Yin C Y, Wang B H, Wang W X, Zhou T, Yang H J 2006 Physics Letters A 351 220

    [21]

    Zhao M 2007 Ph. D. Dissertation (Hefei: University of Science and Technology of China) (in Chinese) [赵明 2007 博士学位论文 (合肥: 中国科学技术大学)]

  • [1]

    Watts D J, Strogatz S H 1998 Nature 393 440

    [2]

    Barabási A L, Albert R 1999 Science 286 509

    [3]

    Albert R, Barabasi A L 2002 Rev. Mod. Phys . 74 47

    [4]

    Wu J S, Di Z R 2004 Prog. Phys. 24 18 (in Chinese) [吴金闪, 狄增如 2004 物理学进展 24 18]

    [5]

    Li J, Wang B H, Jiang P Q, Zhou T, Wang W X 2006 Acta Phys. Sin. 55 4051 (in Chinese) [李季, 汪秉宏, 蒋品群, 周涛, 王文旭 2006 物理学报 55 4051]

    [6]

    Chen Q H, Shi D H 2006 Phys. A 360 121

    [7]

    Xu D, Li X, Wang X F 2007 Acta Phys. Sin. 56 1313 (in Chinese) [许丹, 李翔, 汪小帆 2007 物理学报 56 1313]

    [8]

    Zhang L, Liu Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 5419 (in Chinese) [张立, 刘云 2008 物理学报 57 5419]

    [9]

    Zhou L, Zhi R, Feng A X, Gong Z Q 2010Acta Phys. Sin. 59 6689 (in Chinese) [周磊, 支蓉, 冯爱霞, 龚志强 2010 物理学报 59 6689]

    [10]

    Weng W G, Ni S J, Shen S F, Yuan H Y 2007 Acta Phys.Sin. 56 1938 (in Chinese) [翁文国, 倪顺江, 申世飞, 袁宏永 2007 物理学报 56 1938]

    [11]

    Marco A J, Brian H W, Jenny L, 2000 Nick Abel Ecological Modelling 131 249

    [12]

    Vamsi K, Vishal S, Aaron C, Cristopher M 2006 arXiv:0510198

    [13]

    Xu X P, Hu J H, Liu F, Liu L S 2007 Phys. A 374 441

    [14]

    Zhou S, Mondragon R J 2004 arXiv:0308036

    [15]

    Gao Z Y, Wu J J, Mao B H, Huang H J 2005 J. Tran. Sys. Eng. & Info. Tech. 5 79 (in Chinese) [高自友, 吴建军, 毛保华, 黄海军 2005 交通运输系统工程与信息 5 79]

    [16]

    Yook S H, Jeong H, Barabási A L, Tu Y 2001 Phys. Rev. Lett. 86 5835

    [17]

    Song C M, Havlin S, Makse H A 2006 Nature Physics 2 275

    [18]

    Li S B, Wu J J, Gao Z Y, Lin Y, Fu B B 2011 Acta Phys. Sin. 60 050701 (in Chinese) [李树彬, 吴建军, 高自友, 林勇, 傅白白 2011 物理学报 60 050701]

    [19]

    Holme P 2002 Phys. Rev. E 66 036119

    [20]

    Yin C Y, Wang B H, Wang W X, Zhou T, Yang H J 2006 Physics Letters A 351 220

    [21]

    Zhao M 2007 Ph. D. Dissertation (Hefei: University of Science and Technology of China) (in Chinese) [赵明 2007 博士学位论文 (合肥: 中国科学技术大学)]

  • [1] 刘金良. 具有随机节点结构的复杂网络同步研究. 物理学报, 2013, 62(4): 040503. doi: 10.7498/aps.62.040503
    [2] 李雨珊, 吕翎, 刘烨, 刘硕, 闫兵兵, 常欢, 周佳楠. 复杂网络时空混沌同步的Backstepping设计. 物理学报, 2013, 62(2): 020513. doi: 10.7498/aps.62.020513
    [3] 周漩, 杨帆, 张凤鸣, 周卫平, 邹伟. 复杂网络系统拓扑连接优化控制方法. 物理学报, 2013, 62(15): 150201. doi: 10.7498/aps.62.150201
    [4] 丁益民, 杨昌平. 考虑人类流动行为的动态复杂网络研究. 物理学报, 2012, 61(23): 238901. doi: 10.7498/aps.61.238901
    [5] 吕天阳, 谢文艳, 郑纬民, 朴秀峰. 加权复杂网络社团的评价指标及其发现算法分析. 物理学报, 2012, 61(21): 210511. doi: 10.7498/aps.61.210511
    [6] 周漩, 张凤鸣, 周卫平, 邹伟, 杨帆. 利用节点效率评估复杂网络功能鲁棒性. 物理学报, 2012, 61(19): 190201. doi: 10.7498/aps.61.190201
    [7] 吕翎, 柳爽, 张新, 朱佳博, 沈娜, 商锦玉. 节点结构互异的复杂网络的时空混沌反同步. 物理学报, 2012, 61(9): 090504. doi: 10.7498/aps.61.090504
    [8] 刘刚, 李永树. 基于引力约束的复杂网络拥塞问题研究. 物理学报, 2012, 61(10): 108901. doi: 10.7498/aps.61.108901
    [9] 周漩, 张凤鸣, 李克武, 惠晓滨, 吴虎胜. 利用重要度评价矩阵确定复杂网络关键节点. 物理学报, 2012, 61(5): 050201. doi: 10.7498/aps.61.050201
    [10] 王亚奇, 杨晓元. 一种无线传感器网络簇间拓扑演化模型及其免疫研究. 物理学报, 2012, 61(9): 090202. doi: 10.7498/aps.61.090202
    [11] 郝崇清, 王江, 邓斌, 魏熙乐. 基于稀疏贝叶斯学习的复杂网络拓扑估计. 物理学报, 2012, 61(14): 148901. doi: 10.7498/aps.61.148901
    [12] 崔爱香, 傅彦, 尚明生, 陈端兵, 周涛. 复杂网络局部结构的涌现:共同邻居驱动网络演化. 物理学报, 2011, 60(3): 038901. doi: 10.7498/aps.60.038901
    [13] 刘甲雪, 孔祥木. 无标度立体Koch网络的建立及其结构性质研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2244-2249. doi: 10.7498/aps.59.2244
    [14] 陈卫东, 徐华, 郭琦. 国际石油价格复杂网络的动力学拓扑性质. 物理学报, 2010, 59(7): 4514-4523. doi: 10.7498/aps.59.4514
    [15] 陈华良, 刘忠信, 陈增强, 袁著祉. 复杂网络的一种加权路由策略研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6068-6073. doi: 10.7498/aps.58.6068
    [16] 李涛, 裴文江, 王少平. 无标度复杂网络负载传输优化策略. 物理学报, 2009, 58(9): 5903-5910. doi: 10.7498/aps.58.5903
    [17] 王丹, 于灏, 井元伟, 姜囡, 张嗣瀛. 基于感知流量算法的复杂网络拥塞问题研究. 物理学报, 2009, 58(10): 6802-6808. doi: 10.7498/aps.58.6802
    [18] 吕翎, 张超. 一类节点结构互异的复杂网络的混沌同步. 物理学报, 2009, 58(3): 1462-1466. doi: 10.7498/aps.58.1462
    [19] 许 丹, 李 翔, 汪小帆. 复杂网络病毒传播的局域控制研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1313-1317. doi: 10.7498/aps.56.1313
    [20] 李 季, 汪秉宏, 蒋品群, 周 涛, 王文旭. 节点数加速增长的复杂网络生长模型. 物理学报, 2006, 55(8): 4051-4057. doi: 10.7498/aps.55.4051
计量
  • 文章访问数:  8928
  • PDF下载量:  1238
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-07
  • 修回日期:  2012-04-05

/

返回文章
返回