試述復雜動力網絡在軟件工程中的應用探析

摘要：在計算機技術應用不斷深化的背景下，人類生產生活各領域中開始注重引入具有多功能特征的計算機軟件。然而其在與網絡技術結合后，無論在用戶數量、軟件系統規模等方面都呈現明顯的數量級增長趨勢，使軟件系統更為復雜，難以被用戶所控制與理解。對此，國內外許多學者開始研究能夠對復雜系統軟件工程問題解決的方法，將軟件工程設計開發過程中引入復雜動力網絡理論，一定程度上推動軟件工程與復雜動力網絡研究的進一步深入。本文主要對復雜動力網絡的相關定義以及軟件工程領域中復雜網絡理論的具體應用進行探析。

關鍵詞：復雜動力網絡;軟件工程;應用

隨著信息技術的快速發展，復雜動力網絡也成為軟件工程中必不可少的應用。尤其針對現階段網絡應用中存在的傳輸效率問題、備受用戶質疑的網絡安全可信度以及由計算機軟件被惡意攻擊或隨機錯誤產生的損失等問題，都需依靠網絡復雜技術逐步解決。

一、復雜動力網絡的相關定義

（一）復雜動力網絡的基本概述

復雜網絡在不斷發展過程中已成為綜合許多學科內容的熱點研究領域，對人類生產生活活動以及其他許多科學技術的發展都產生一定的影響。從各行業領域中都可發現復雜網絡的存在如互聯網、電力行業中的網絡、商業領域中的網絡以及社會關系網絡等。其表現的特點主要集中在：①網絡進化特征，主要指網絡邊界或網絡節點的形成與消失;②結構復雜特征，復雜網絡中的結構以及網絡節點數量龐大且具有明顯的多樣性特征;③連接多樣性的特征，各節點連接權重既表現出一定的差異性，也具有方向性特點;④動力學復雜特征，節點動力學行為較為復雜且隨時間變化節點狀態也會發生一定的改變。

（二）復雜網絡中的相關參數與定義分析

研究復雜網絡中要求對其相關參數聚集系數、最短路徑長度以及度分布等進行分析。其中在聚集系數方面，可將網絡緊密程度表示出來，并描述網絡各節點聚集狀況，且對軟件中內聚程度進行度量。根據以往學者研究表明，規模較大復雜網絡中，節點聚集系數相比小型網絡高出許多，而軟件系統對復雜網絡的應用更多考慮其聚集系數較大的優勢。在路徑長度方面，主要用于對節點分離度的描述，其在復雜動力網絡中能夠對網絡消息傳遞的速度以及系統響應能力進行衡量，且實際研究中也不難發現發現存在“small-world”現象，即平均路徑長度在大規模復雜網絡中比實際現象小很多。另外，在分布方面，可將其定義為與特定節點相連的節點數目。與其他參數相比，規模較大的復雜網絡中度往往以冪律形式分布，這種度的分布能夠適用于軟件系統中，可描述網絡節點復雜程度以及節點連通特征等[1]。

二、軟件工程領域復雜網絡理論的應用

（一）軟件工程中復雜網絡建模

1小世界網絡與無尺度網絡的提出

軟件工程中進行復雜網絡模型的構建首先可引入WS網絡定義，其具體指為由Watts與Strogatz所研究的小世界網絡模型，該模型很大程度上能夠起到隨機圖與規則網絡間的橋梁作用。其中的規則網絡主要包括星狀、最近鄰居以及全局三方面的耦合網絡，而隨機圖模型則指利用概率對各節點進行連接。根據WS網絡定義分析，總結小世界網絡在特點上表現為各網絡節點與其連接數目大體相同，而且利用指數分布描述連接數的分布情況。在此基礎上，Watts與Newman對WS進行改進，提出NW模型，對節點數增加后平均路徑長度的變化進一步解釋，總結出實際生活中的許多網絡如英特網等都為小世界網絡。此外，在網絡模型構建中也有國外研究人員提出無尺度網絡模型，其主要在于為使網絡能夠連續增長要求采取增加節點的方式，其特點在于以冪指數形式進行連接數的分布，其中能夠大量連接的僅有少數節點，也被叫做“集散節點”，擁有的連接數極多。但這種網絡在面對網絡故障、隨機錯誤以及惡意攻擊等問題時將表現較出一定的脆弱性。

2軟件系統中的網絡建模

根據以往國內外研究的網絡模型構建，現代軟件系統中引入網絡拓撲結構，應用過程中具有明顯的網絡結構優勢。在單個用戶不被干擾的條件下構建真實網絡，使其在不同軟件環境中都具備一定的穩定特征，應用于軟件系統網絡建模中既能夠充分發揮網絡技術的作用也使軟件系統穩定性得以提高[2]。

（二）軟件設計中復雜網絡理論的應用

由于當前計算機軟件系統具有極為復雜的內部特征，為使其在開發與應用中的性能得以保證，需充分利用復雜動力網絡理論，使其成為軟件設計與應用的指導基礎。如在分析網絡化軟件過程中，發現其構成單元的規模具備可伸縮的特征，而且在耦合方面也較為松散，通過利用其中的網絡資源能夠更好的滿足用戶需求。另外在優化軟件系統結構方面，通過復雜網絡的建模也能夠對軟件中存在的病毒問題進行分析，避免因惡意攻擊或病毒傳播為軟件用戶造成重大損失[3]。

結論

軟件工程中復雜動力網絡的應用是解決傳統技術與控制理論應用存在問題的重要手段。相比傳統控制手段，復雜動力網絡中的拓撲結構以及存在的節點都有利于軟件系統的實際開發。但需注意實際應用過程中應構建網絡模型，不僅要求復雜網絡理論作為軟件系統開發的指導思想，而且應對軟件缺陷動力學特征以及軟件行為度量等方面綜合分析。

參考文獻：

[1]宋佳艷.淺議復雜動力網絡在軟件工程中的應用[J].信息系統工程，2013，11（06）：127.

[2]李桓.基于復雜網絡的軟件結構復雜性分析與建模[D].武漢大學，2010.

作者簡介：

馬剛（1968—），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱商業大學設計藝術學院教師，碩士研究生，研究方向：軟件工程。