復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)探測方法及在輪機(jī)故障診斷中應(yīng)用的研究.pdf

1、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為一門結(jié)合了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和社會(huì)學(xué)等多種知識(shí)的新興技術(shù)，是21世紀(jì)各領(lǐng)域研究人員關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)由大量的節(jié)點(diǎn)和邊組成，絕大部分真實(shí)網(wǎng)絡(luò)都由一些內(nèi)部連接稠密而彼此之間連接稀疏的節(jié)點(diǎn)群組成，即具有社團(tuán)結(jié)構(gòu)。社團(tuán)探測是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的一個(gè)重要研究方向，幫助人們從中觀角度了解復(fù)雜系統(tǒng)及其代表的各種現(xiàn)象。Newman快速算法與標(biāo)簽傳播算法是兩種經(jīng)典的社團(tuán)探測方法，由于探測速度快且不需要預(yù)先指定社團(tuán)數(shù)目，得到了普遍的關(guān)注

2、。社團(tuán)探測方法的應(yīng)用多在于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)聚類，對(duì)于聚類問題的另一大分支——數(shù)據(jù)聚類則研究甚少，而數(shù)據(jù)聚類一直是解決船舶柴油機(jī)故障診斷問題的一個(gè)重要手段。船舶柴油機(jī)是船舶的心臟，利用Newman快速算法和標(biāo)簽傳播算法的優(yōu)勢解決船舶柴油機(jī)故障診斷問題對(duì)維護(hù)航行安全有著重要意義。本論文從實(shí)際應(yīng)用的需求出發(fā)，研究了標(biāo)簽傳播算法的推廣與改進(jìn)策略和基于社團(tuán)探測理論的船舶柴油機(jī)故障診斷方法，主要研究工作包含以下幾方面內(nèi)容。
　　1.利用Newman快

3、速算法在聚類問題中自行確定類數(shù)的特點(diǎn)，提出基于Newman快速算法的船舶柴油機(jī)故障診斷方法。以樣本為節(jié)點(diǎn)、樣本間相似度為邊權(quán)，構(gòu)建有權(quán)無向的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并以Newman快速算法中的準(zhǔn)則函數(shù)作為自底向上的層次聚類的準(zhǔn)則函數(shù)，建立聚類方法模型，對(duì)船舶柴油機(jī)故障樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)聚類，并使用聚類結(jié)果對(duì)待識(shí)別樣本進(jìn)行故障類型識(shí)別。診斷實(shí)例和影響因素試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)類數(shù)等初始條件要求低、運(yùn)行時(shí)間短、準(zhǔn)確率高且具有一定的穩(wěn)定性，能夠識(shí)別出歷史數(shù)據(jù)中不

4、存在的故障類型。
　　2.為提高標(biāo)簽傳播算法的實(shí)用性，推廣了標(biāo)簽傳播算法，使其適用于有權(quán)網(wǎng)絡(luò)，從而能夠用于船舶柴油機(jī)故障數(shù)據(jù)聚類。通過分析得知標(biāo)簽傳播算法的三個(gè)關(guān)鍵因素為標(biāo)簽初始分配、標(biāo)簽傳播規(guī)則和傳播終止條件，根據(jù)多重邊的原則計(jì)算兩相鄰節(jié)點(diǎn)同社團(tuán)的概率，加權(quán)了標(biāo)簽傳播規(guī)則和標(biāo)簽傳播的終止條件，從而將標(biāo)簽傳播算法推廣到有權(quán)情況。網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)探測試驗(yàn)結(jié)果表明，推廣后的標(biāo)簽傳播算法適用于有權(quán)網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)探測;同時(shí)經(jīng)典測試數(shù)據(jù)集和柴油機(jī)供油系統(tǒng)

5、故障數(shù)據(jù)集的聚類試驗(yàn)結(jié)果表明，推廣后的標(biāo)簽傳播算法適用于數(shù)據(jù)聚類。
　　3.針對(duì)標(biāo)簽傳播過程中容易出現(xiàn)平凡解的問題，提出了基于逾滲轉(zhuǎn)變預(yù)測過程的標(biāo)簽傳播算法。原標(biāo)簽傳播算法的隨機(jī)性導(dǎo)致了平凡解的出現(xiàn)，影響了算法的速度和準(zhǔn)確性。通過轉(zhuǎn)化標(biāo)簽傳播過程為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程，將隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)生成過程中的逾滲轉(zhuǎn)變現(xiàn)象與平凡解的出現(xiàn)聯(lián)系起來，從而通過在標(biāo)簽傳播過程中添加逾滲轉(zhuǎn)變的預(yù)測過程來減少平凡解的出現(xiàn)。推廣鄰居純度的概念到有權(quán)網(wǎng)絡(luò)，并給出考慮被更新標(biāo)

6、簽的節(jié)點(diǎn)度的不完全更新條件來節(jié)省計(jì)算時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)后的標(biāo)簽傳播算法對(duì)小社團(tuán)的敏感度與解的穩(wěn)定性，不完全更新條件使算法更加省時(shí);船舶柴油機(jī)故障數(shù)據(jù)集上的聚類試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法不容易遺漏規(guī)模較小的類，對(duì)故障診斷中樣本不均的情況同樣適用。
　　4.針對(duì)故障診斷過程中單次聚類方法容易引起信息損失，多重聚類方法需要調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)參數(shù)或方法的問題，利用標(biāo)簽傳播算法可能獲得多種解的特點(diǎn)，提出了基于多次標(biāo)簽傳播的船舶柴油機(jī)故障診斷方