网络拓扑图多层K划分模式轻点匹配研究

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图划分是一个重要的研究问题,在广范的应用领域中起作用。包括科学计算、超大规模集成电路设计,任务安排,现代战争模拟等。  图划分问题是将一个由顶点和边组成的图,划分为k个部分,同时使每个部分尽量相等,不同部分之间的关联尽可能少。这样群集计算机的每个节点负责相应部分的工作,所有节点同时工作,达到并行高速处理的目的。  当图的顶点和边较多时,直接进行k路划分难度较大。为此,可将图压缩为粗图后再进行k路划分,这样比较容易。然后再把这个k划分后的粗图还原到原始图,这就是多层k划分的核心思想。多层k划分共有三个阶段:粗化阶段,初始划分阶段和细化求精阶段。压缩顶点和边的过程是粗化过程,多层k划分的粗化阶段的压缩过程主要采取匹配算法。匹配算法主要有随机匹配、重边匹配、改进的重边匹配、轻边匹配等,它们在非规则图的划分过程中可以起到很好的作用。  本文讨论图划分方法,首先介绍得到广泛研究的多种二分法,包括谱二分法、Kernighan-Lin及其改进算法、图增长划分算法(GGP)、贪心图增长划分算法(GGGP),然后对非规则图的多层k路划分模式中的压缩过程采用的匹配算法加以改进。针对网络拓扑图中树状结构较多、顶点权重与边权重存在正比联系的特点,提出采用轻点匹配的多层k路划分算法。它对于现实Internet网络的拓扑结构有很好的适应性,可以很好地改进重边匹配带来的节点权重过大带来的弊端。在研究随机匹配,重边匹配,改进的重边匹配和轻边匹配的基础上,首次提出轻点匹配的概念,  通过划分实验,将轻点匹配与其它匹配的分割效果进行对比,证明轻点匹配在网络拓扑图的划分上,具有较小的边切割和更好的平衡度,划分效果很好。最后,把划分结果用于网络蠕虫扩散模拟系统,验证轻点匹配的良好效果。
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