基于复杂网络理论探讨城市交通网络的优化
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个节 点 的连 接边 数 。 ２ Ｉ ３ 度 与度 分 布 网 络节 点 的 度指 的是 与陔节 点 连接 的 节 点 的数 量 ， 节点 的度 越 大表 示 该 节点 在 阿 络 巾的 作 ｊ １ 】 越大 ， 就 交通 网络 而 言道 路 的度 越 大 表示 道路 的重要 性越 大 。以往 的研究 成 果 中 示 随机 网络 节点 的 度 分布 一 般 服从 泊 松 分 布或 二项 分 布 ， 此 外 在实 际 『 １ １ 还 有 不少 网络 的 度分 布 服从 幂律 分 布或 指 数 分布 。在 对 长沙 市 道路 网 络的 度 分布 进 行 统 计 计 算 之 后 可 以看 川在 长 沙 『 Ｈ 的 道路 网络 ｒ ｆ ｌ 骨 干 道 路 所 占的 比例 不 足道 路 网络 整体 的 ４ 成， 此 外 知 道 了长 沙 市 道 路 网络 的度 分 布不 满 足幂 律 分 布 ， 闪 此 可 以判 定 长沙 市道 路 网络 并 是 无 标 度 网
特 征值表 点数
边 数 Fra Baidu bibliotek
数值
７７
２ ７ ７
平均 路径 长度 聚类系数
２ ． ５ ５ ０ ． ０ ９ ４
扑 图 的建 立 主 要 有 两种 方 法 ．一 是 以 道 路 交 叉 口为拓 扑结 构 的 点， 以 连接 交 叉 ［ ］ 的道 路 为 边 ； 二 是 将 道 路抽 象 成 拓扑 网络 中 的 节 点， 将 道 路 交 叉 口抽 象 成 拓扑 网络 中 的边 。 这 种方 法 就是 对 偶 拓扑 ， 也 可 以看 作 是 第 一种 方 法 的对 偶 。 两种 拓 扑 网络 建模 方 法各 有 特 点， 第 一 种方 法 简 单直 观 ， 可 以保 留城 市道 路 网络 的 布局 形 式 。 而 对 偶 方 法忽 略 了道 路 宽 度等 具 有 实 体特 性 的因 素 ， 更适 合对 城 市道 路 网 络进 行 深 入 的研 究 。 因此 ， 本 文 对长 沙 城 市交通 网络 采 取对 偶 拓 扑 的 方法 进 行 建模 。通 过 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ 平 白选取 平 均 路 径 长度 、聚类 系 数、 度 与度 分 布 ｉ个 指 标 对其 网络 结 构进 行 分 析 并建 立 交 通 网络 数 据模 型 。 ２ 。 １平 均 路径 长 度 的分 析 平 均路 径 长度 也 叫做 特 征路 径 长 度 ， 它指的是『 叙 ］ 络 节 点对 距 离 的平 均 值 ， 是 对 网络 节点 离 散程 度估 量 的重 要指 标 。表 示 为 ：
路 栽 枝
２ ０ １ ７ 年 第１ ２ 期ｌ 科技创新与应用
基于复杂网络理论探讨城市交通 网络的优化
范 文 婷
（ 内蒙古交通设计研 究院有限责任公 司， 内蒙古 呼和浩特 ０ １ ０ ０ １ ０ ）
摘 要： 利 用复 杂 网络 理论 对 长 沙 市道路 交通 网络 的特 性进 行 研 究 ， 采 用 对偶拓 扑 的 方 法进 行 建 模 ， 分 析 长 沙 市道 路 交通 网络 特 征指标 ． 在 对 网络 特 征 指标 进 行 分析 的基 础上 具 体提 出优 化 长 沙 市道路 交通 网络 存 在 的 问题 并提 出优化 的措 施 。 关键 词 ： 复 杂 网络 理 论 ； 道路 交通 网络 ； 对偶 拓 扑 ； 小世 界 网络 ； 优化
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量… ｄ： 节点 ｉ 和节 点 ｉ 问最 短 距 离 ） 。 ２ － ２聚 类 系数 的分析 聚 类 系数 是 川来 表 网络 中节点 聚集 程度 的一 个 重 要指 标 ． ． 聚 类系数用数学公式可以表示为 ， ｃ ＝ １ 一 ∑ Ｉ ｌ
ｌ概述 随 着 网络 技 术 的快 速 发 展 ， 人 们 的生 活 已被 各式 各 样 复 杂 的 网 络所包 嗣， 女 ｉ ］ ， ／ Ｉ － ． 物网络 、 电信网络 、 人 际 关 系 网络 、 交 通 网 络 等 。 因 此， 最 近 十年 来 针 对 复 杂 网络 的研 究 口趋 增 加 ， 尤 其存 复杂 网络 殚 论 面 的研 究 已逐 步 渗透 刮 多个 学 科 领域 ， 成 为 目前重 要 的研 究 容之一。 交通 网络 作 为 复杂 刚络 的一 种 ， 近十几； ， １ ３ － ＠０ Ｆ 究 口益 发 展壮 大。 旧外， Ａ ｍ ａ ｒ ａ ｌ Ｉ － Ｉ 等 对 世 界航 夺 网络 拓 扑结 构 的研 究 认 为 ， 世 界航 空 网络 实 际 Ｊ 一 个小 『 １ ｊ ＝ 界 网络 ； Ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ａ和 Ｍ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｏ ｎ ￣ ’ 对 波 士 顿 地 铁 作 网络 特 性进 行 了深 入 的研 究 ． ． 存罔内， 张 勇 和杨 晓 光 基 于复 杂网络理论对合肥 『 城 ｒ 轨 道 交通 路 网 的 复杂 性 和 町靠 性 进 行 ｒ 仿 真 研究 ， 拓 展 了城 『 Ｈ交通 网络 的发 展 思 路 ； 上 志 强 和徐 瑞 华【 ４ １ 以仿 真的方法对 ｆ Ｉ 海 市远 景 规 划 城 市 轨道 交通 网络 的可 靠 性 进 行 了较 为 详 细 的研 究 ， 这 一研 究结 果将 为 以后 城 市 轨道 交通 提 供 基础 性 的 建 设 意 ； 吴炼 、 高 一友 等从 城 市 交 通 系 统 Ⅲ发 ， 利 用 多 种 复杂 网络 的最 新 研 究 成 果来 研 究城 市交 通 问题 ； 赵 俊红 等 基 于 复杂 网络 理 论 研 究 了天 津 ｍ公 共 交 通 网络 ， 为天 津 市 公 共交 通 网络 的优 化 与改 进 提 ＿ ｒ 宝 贵 的 建 设性 意 见 。闪 此 ， 本 文 以 湖 南省 长 沙 ｍ道路 网络 为 研 究对 象 ， 采 川 埘偶 拓 扑 建模 的方 式 、 利 用 复 杂 网 络理 论 ， 将 长 沙 市 道路 网络 抽 象 为 网络模 型 ， 研 究 长 沙 市 道路 交通 网 络 的 特 目标 与 复杂 性 ， 为长 沙 市道 路 网络 的优 化提 ｍ可 靠 措施 。 ２ 长沙城 市交通 网络 特征 的统 汁指 标 及 分析 委对 长沙 市 道 路 网络 进 行 研究 ， 首先 要 建 立 城 市道路 网络 的 拓 扑 ， 水 文采 川 埘偶 拓 扑 的 方法 来 建 立 模 。 当 ｆ ｊ 仃 城 市 交通 网络 拓 表 １ 为 长沙 市道路 交通 网络 模型 特征 指 标 值
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特 征值表 点数
边 数 Fra Baidu bibliotek
数值
７７
２ ７ ７
平均 路径 长度 聚类系数
２ ． ５ ５ ０ ． ０ ９ ４
扑 图 的建 立 主 要 有 两种 方 法 ．一 是 以 道 路 交 叉 口为拓 扑结 构 的 点， 以 连接 交 叉 ［ ］ 的道 路 为 边 ； 二 是 将 道 路抽 象 成 拓扑 网络 中 的 节 点， 将 道 路 交 叉 口抽 象 成 拓扑 网络 中 的边 。 这 种方 法 就是 对 偶 拓扑 ， 也 可 以看 作 是 第 一种 方 法 的对 偶 。 两种 拓 扑 网络 建模 方 法各 有 特 点， 第 一 种方 法 简 单直 观 ， 可 以保 留城 市道 路 网络 的 布局 形 式 。 而 对 偶 方 法忽 略 了道 路 宽 度等 具 有 实 体特 性 的因 素 ， 更适 合对 城 市道 路 网 络进 行 深 入 的研 究 。 因此 ， 本 文 对长 沙 城 市交通 网络 采 取对 偶 拓 扑 的 方法 进 行 建模 。通 过 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ 平 白选取 平 均 路 径 长度 、聚类 系 数、 度 与度 分 布 ｉ个 指 标 对其 网络 结 构进 行 分 析 并建 立 交 通 网络 数 据模 型 。 ２ 。 １平 均 路径 长 度 的分 析 平 均路 径 长度 也 叫做 特 征路 径 长 度 ， 它指的是『 叙 ］ 络 节 点对 距 离 的平 均 值 ， 是 对 网络 节点 离 散程 度估 量 的重 要指 标 。表 示 为 ：
路 栽 枝
２ ０ １ ７ 年 第１ ２ 期ｌ 科技创新与应用
基于复杂网络理论探讨城市交通 网络的优化
范 文 婷
（ 内蒙古交通设计研 究院有限责任公 司， 内蒙古 呼和浩特 ０ １ ０ ０ １ ０ ）
摘 要： 利 用复 杂 网络 理论 对 长 沙 市道路 交通 网络 的特 性进 行 研 究 ， 采 用 对偶拓 扑 的 方 法进 行 建 模 ， 分 析 长 沙 市道 路 交通 网络 特 征指标 ． 在 对 网络 特 征 指标 进 行 分析 的基 础上 具 体提 出优 化 长 沙 市道路 交通 网络 存 在 的 问题 并提 出优化 的措 施 。 关键 词 ： 复 杂 网络 理 论 ； 道路 交通 网络 ； 对偶 拓 扑 ； 小世 界 网络 ； 优化
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一ｌ
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