试述复杂动力网络在软件工程中的应用探析

摘要：在计算机技术应用不断深化的背景下，人类生产生活各领域中开始注重引入具有多功能特征的计算机软件。然而其在与网络技术结合后，无论在用户数量、软件系统规模等方面都呈现明显的数量级增长趋势，使软件系统更为复杂，难以被用户所控制与理解。对此，国内外许多学者开始研究能够对复杂系统软件工程问题解决的方法，将软件工程设计开发过程中引入复杂动力网络理论，一定程度上推动软件工程与复杂动力网络研究的进一步深入。本文主要对复杂动力网络的相关定义以及软件工程领域中复杂网络理论的具体应用进行探析。

关键词：复杂动力网络;软件工程;应用

随着信息技术的快速发展，复杂动力网络也成为软件工程中必不可少的应用。尤其针对现阶段网络应用中存在的传输效率问题、备受用户质疑的网络安全可信度以及由计算机软件被恶意攻击或随机错误产生的损失等问题，都需依靠网络复杂技术逐步解决。

一、复杂动力网络的相关定义

（一）复杂动力网络的基本概述

复杂网络在不断发展过程中已成为综合许多学科内容的热点研究领域，对人类生产生活活动以及其他许多科学技术的发展都产生一定的影响。从各行业领域中都可发现复杂网络的存在如互联网、电力行业中的网络、商业领域中的网络以及社会关系网络等。其表现的特点主要集中在：①网络进化特征，主要指网络边界或网络节点的形成与消失;②结构复杂特征，复杂网络中的结构以及网络节点数量庞大且具有明显的多样性特征;③连接多样性的特征，各节点连接权重既表现出一定的差异性，也具有方向性特点;④动力学复杂特征，节点动力学行为较为复杂且随时间变化节点状态也会发生一定的改变。

（二）复杂网络中的相关参数与定义分析

研究复杂网络中要求对其相关参数聚集系数、最短路径长度以及度分布等进行分析。其中在聚集系数方面，可将网络紧密程度表示出来，并描述网络各节点聚集状况，且对软件中内聚程度进行度量。根据以往学者研究表明，规模较大复杂网络中，节点聚集系数相比小型网络高出许多，而软件系统对复杂网络的应用更多考虑其聚集系数较大的优势。在路径长度方面，主要用于对节点分离度的描述，其在复杂动力网络中能够对网络消息传递的速度以及系统响应能力进行衡量，且实际研究中也不难发现发现存在“small-world”现象，即平均路径长度在大规模复杂网络中比实际现象小很多。另外，在分布方面，可将其定义为与特定节点相连的节点数目。与其他参数相比，规模较大的复杂网络中度往往以冪律形式分布，这种度的分布能够适用于软件系统中，可描述网络节点复杂程度以及节点连通特征等[1]。

二、软件工程领域复杂网络理论的应用

（一）软件工程中复杂网络建模

1小世界网络与无尺度网络的提出

软件工程中进行复杂网络模型的构建首先可引入WS网络定义，其具体指为由Watts与Strogatz所研究的小世界网络模型，该模型很大程度上能够起到随机图与规则网络间的桥梁作用。其中的规则网络主要包括星状、最近邻居以及全局三方面的耦合网络，而随机图模型则指利用概率对各节点进行连接。根据WS网络定义分析，总结小世界网络在特点上表现为各网络节点与其连接数目大体相同，而且利用指数分布描述连接数的分布情况。在此基础上，Watts与Newman对WS进行改进，提出NW模型，对节点数增加后平均路径长度的变化进一步解释，总结出实际生活中的许多网络如英特网等都为小世界网络。此外，在网络模型构建中也有国外研究人员提出无尺度网络模型，其主要在于为使网络能够连续增长要求采取增加节点的方式，其特点在于以幂指数形式进行连接数的分布，其中能够大量连接的仅有少数节点，也被叫做“集散节点”，拥有的连接数极多。但这种网络在面对网络故障、随机错误以及恶意攻击等问题时将表现较出一定的脆弱性。

2软件系统中的网络建模

根据以往国内外研究的网络模型构建，现代软件系统中引入网络拓扑结构，应用过程中具有明显的网络结构优势。在单个用户不被干扰的条件下构建真实网络，使其在不同软件环境中都具备一定的稳定特征，应用于软件系统网络建模中既能够充分发挥网络技术的作用也使软件系统稳定性得以提高[2]。

（二）软件设计中复杂网络理论的应用

由于当前计算机软件系统具有极为复杂的内部特征，为使其在开发与应用中的性能得以保证，需充分利用复杂动力网络理论，使其成为软件设计与应用的指导基础。如在分析网络化软件过程中，发现其构成单元的规模具备可伸缩的特征，而且在耦合方面也较为松散，通过利用其中的网络资源能够更好的满足用户需求。另外在优化软件系统结构方面，通过复杂网络的建模也能够对软件中存在的病毒问题进行分析，避免因恶意攻击或病毒传播为软件用户造成重大损失[3]。

结论

软件工程中复杂动力网络的应用是解决传统技术与控制理论应用存在问题的重要手段。相比传统控制手段，复杂动力网络中的拓扑结构以及存在的节点都有利于软件系统的实际开发。但需注意实际应用过程中应构建网络模型，不仅要求复杂网络理论作为软件系统开发的指导思想，而且应对软件缺陷动力学特征以及软件行为度量等方面综合分析。

参考文献：

[1]宋佳艳.浅议复杂动力网络在软件工程中的应用[J].信息系统工程，2013，11（06）：127.

[2]李桓.基于复杂网络的软件结构复杂性分析与建模[D].武汉大学，2010.

作者简介：

马刚（1968—），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨商业大学设计艺术学院教师，硕士研究生，研究方向：软件工程。