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世界海运网作为最古老的交通运输网络,承载着世界各地的货物往来,它的正常运行是世界经济全球化的重要保证。世界航运网是基础设施网络,其相关变动会危及世界经济,如2011年日本发生地震海啸牵动了全球经济链;2015年天津港爆炸事件给世界经济带来冲击。本文运用数值模拟的方法研究世界海运网的鲁棒性,从而确定世界海运网对随机故障和蓄意攻击的承受能力。 本文研究了世界海运网中的节点(港口)出现随机故障和遭受蓄意攻击时网络的鲁棒性。当网络中的节点(港口)发生随机故障时,网络的平均度、聚类系数、最大连通片的大小和传输效率都缓慢减小,显示出网络具有很好的鲁棒性;当网络中的节点(港口)遭到蓄意攻击时,网络的平均度、聚类系数、最大连通片的大小和传输效率都迅速减小,显示出网络较差的鲁棒性。其中,度中心性、介数中心性、特征向量中心性和模态分析这四种蓄意攻击方式对网络平均度的影响差别不大;特征向量中心性攻击方式对网络的聚类系数影响特别显著,当节点删除比例f=0.28时聚类系数C=0;介数中心性攻击方式对最大连通片的大小和网络传输效率的破坏性最强,当节点删除比例f=0.15时,最大连通片的大小S和网络的传输效率E约为0。 本文还研究了网络中的连边出现随机故障和遭受蓄意攻击时网络的鲁棒性。网络中的连边出现随机故障或者遭受蓄意攻击时,网络的聚类系数、孤立节点数目和最大连通片的大小变随删除连边比例化缓慢,网络的连通性很好。拉普拉斯能量在随机故障时随删除连边比例变化缓慢,而在权重较大的连边遭受蓄意攻击时,拉普拉斯能量迅速减小,表现得极其脆弱。 从模拟结果可以看出,世界海运网的部分港口发生随机故障时网络能够维持功能,但是蓄意攻击重要的节点时,网络很容易被瓦解;而航线出现随机故障和蓄意攻击时,网络的连通性影响不大,但是蓄意攻击权重大的航线时,网络的能量会快速降低。