复杂网络及其matlab模拟

基于复杂网络的配电网拓扑模型研究谷骞;李红娇;马路林;谷曦【摘要】利用Matlab工具将无尺度网络、小世界网络、随机网络3种典型的复杂网络可视化,通过随机删除网络结点模拟网络攻击,比较了3种网络模型的关键参数和趋势走向.根据地区特点和对配电网的要求,选择合适的模型结构.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2017(033)005【总页数】5页(P487-490,510)【关键词】配电网;复杂网络;拓扑分析;网络结构【作者】谷骞;李红娇;马路林;谷曦【作者单位】上海电力学院计算机科学与技术学院,上海200090;上海电力学院计算机科学与技术学院,上海200090;上海电力学院计算机科学与技术学院,上海200090;漳泽电力侯马热电分公司发电运行部,山西临汾043000【正文语种】中文【中图分类】TP393.02;TM715随着化石能源的日益枯竭和电能需求的增大,分布式能源和储能技术的应用越来越广泛.国内外学者提出了“能源互联网”的概念[1],利用互联网及其他相关技术,促进能源之间的信息交互,实现能源生产与消耗的实时平衡.而直接与用户相连接的配电网决定了用户侧的供电可靠性和安全性,是新能源接入的重要载体.配电网结构复杂,有多种网络模型,不同地区对配电网的需求也不相同.根据复杂网络的主要参数和特点,将配电网模型抽象化,并进行相应的拓扑分析,通过比较关键参数的走向,选择适用的模型结构.复杂网络属于图的一部分.数学建模中用邻接矩阵来表示图模型.一个具有n个结点的图G用n×n阶邻接矩阵A表示[2]:目前,典型的复杂网络模型主要有无尺度网络模型(Scale Free Network,1996年由美国圣母大学BArabasi与Albert发现,简称BA网络),随机网络模型(Random Network,1959年由匈牙利数学家Erdos和Renyi发现,简称ER网络)和小世界网络模型(Small World Network,1998年由美国康奈尔大学的Watts和Strogatz 提出,简称WS网络).BA网络是一种在成长过程中的连接偏好依附性的网络.BA网络会不断地添加新结点,并且在连接时会优先选择结点度较高的结点.WS网络是介于随机网络和规则网络之间的一种网络模型.由一个具有N个结点的环开始,环上每一个结点与两侧各有m条边相连,然后对每条边以概率p随机重连.ER网络则是在由N个顶点和条边构成的图中,随机连接g条边形成的,记为GN,g,由这样的N个结点、g条边组成的网络共有种,每一个网络出现的概率是相等的.相同结点的3种网络模型如图1所示. 度(Degree)也称为连通度(Connectivity),结点的度指的是与该结点连接的边数.度可以表征结点的影响力和重要程度,度越大,其影响力就越大.某简单网络结构如图2所示.由图2可以看出,结点1,结点2,结点5的度为1,结点3的度为3,结点4的度为2.BA网络的大部分结点度数处于均匀状态,存在少数度数很高的结点.WS网络和ER 网络的整体度分布则相对比较均匀[3].平均最短路径(Average Path Length,APL)表示可连通性,一个网络结点数为n的无向网络中,整个网络的平均最短路径L定义为所有结点对i和j之间的最短路径的平均值,在配电网中,平均路径越短,则传输成本越低.较短的平均路径表示传输效率较高.计算公式为:式中:dij——结点i和j之间的最短路径.聚集系数(Clustering Coefficient)又称簇系数,指的是网络的集团化程度,往往与度分布有一定的联系.结点i的簇系数描述的是网络中与该结点直接相连的结点之间的连接关系,计算公式为:式中:ki——结点i的度;ei——结点i的邻接点之间实际存在的边数.网络的簇系数C为所有结点簇系数的算术平均值,即:效率是所有可能结点对之间最短路径的调和平均数的倒数,计算公式为:配电网结点行为复杂,连接结构、规模巨大,具有很明显的复杂网络特征,但对配电网的复杂特性尚未有普适性结论.将配电网抽象成图模型,具体原则如下.(1) 配电网中的结点类型主要有分段开关、负荷点、断路器、熔断器、变压器、分布式电源、储能装置等.(2) 电力潮流为双向潮流,为了简便分析,所有电力线路均简化为无向有权边,权重就是线路输送的能耗.这里进行简化,所有边的权重设置为1[4].(3) 消除电网中的自环和多重边.传统配电网主要是辐射状模型,该模型结构简单,属于高度聚集的网络.随着新能源的使用,这种结构单一的网络已经远远不能满足需求.未来配电网将会有很大规模的扩充,包括电动汽车、分布式电源、储能设备等子系统的接入,使得配电网结构更加复杂和灵活,能量和信息的交换和互动日益频繁,衍生出微电网等主动型负荷.未来电网的供电单位结构如图3所示,每个用户都可以看做是可调节负荷或电源.在配电网中,度数较高的结点一般是变压器母线或负荷较高的地区.平均最短路径的变化幅度往往代表着网络的鲁棒性.聚集系数越高,表示网络中具有大量交替路径.网络效率用于测量配电网对结点或级联故障和恢复的响应,即灵活性[5-6].图4为3种网络结点参数随结点数量的变化曲线.由图4可以看出,聚集系数和网络效率都随着结点数量的增大而减小,变化幅度越来越小,APL则相反.结点数量相同时,APL的大小顺序为WS网络>ER网络>BA网络;聚集系数的大小顺序为WS网络>BA网络>ER网络;网络效率的大小顺序为BA网络>ER网络>WS网络[7-9].根据定义,某国家A地区配电网结构类似于WS模型,B地区配电网结构类似于ER模型,以及BA网络1 000个结点模型,抽象为图模型后具体参数如表1所示.攻击分为主动攻击和随机攻击.对于任何网络来说,主动攻击的破坏力远大于随机攻击.主动攻击容易使网络变得支离破碎,不能形成连通图,相应参数无法对比.因此,本文只考虑随机攻击.通过观察随机删除结点后各项参数的变化趋势,可以预测网络的弹性能力、连通性以及响应能力.根据配电网的特性,删除结点的比例不宜过高,因此对每种模型随机删除最多20个结点.图5为3种网络随着结点数量的删除,聚集系数、网络效率和APL的变化情况.由图5的仿真结果可以看出,WS网络的APL较BA网络和ER网络更高,虽然BA网络的APL较小,但对结点进行随机删除时表现出较大的波动性.APL的变化幅度越小,则鲁棒性越强[10].ER网络的APL变化幅度相对较小,因此具有更好的鲁棒性.随着聚集系数的增加,越来越多的交替路径存在于结点中[11].因此,一个高度平均聚集系数的网络有较多的路径,网络具有更强的弹性,但是会造成较大冗余,维护成本较高.从图5b可以看出,WS网络的聚集系数远远高于其他两种模型.图5c显示BA网络的灵活性明显高于其他两种结构.选择拓扑模型时需要参考地区特点.配电网的规划分析因素主要有可靠性、经济性、灵活性、安全性等.对于负荷密集度较高的地区来说,应该着重考虑网络的稳定性,可以优先选择WS网络.对于普通地区来说,稳定性和经济性都是需要考虑的因素,可选择BA网络,它具有较强的自我恢复能力和连通性,维护成本相对较低.而对于负荷密集度较低的地区,ER模型维护成本较低,其连通性和响应能力处于中间水平,可以作为参考重点.但是,配电网的建设和规划也会受到其他因素的限制.例如,聚集系数较大,则该模型具有较强的稳定性,但实际设备的容量不一定满足.除此之外,由于地理环境的限制,某些重要地区可能无法进行大规模集中式配电网建设.由于配电网的复杂性和规划方法的多样性,如何对配电网模型进行准确描述和处理仍然需要更深入的研究,从而为指导实际工程建设发挥应有的作用[12-13].利用复杂网络理论研究复杂系统是当今科学研究的趋势.复杂网络理论已帮助人们认识到实际的配电网结构类似于复杂网络图,利用图论进行配电网相关分析是一种相对简便的方法.通过构建几种典型复杂网络图,并模拟随机攻击来比较和总结,绘制出不同的复杂网络模型关键参数的变化趋势,为使用复杂网络相关理论研究配电网的复杂性问题提供了基础.【相关文献】[1] RIFKIN J.The third industrial revolution:how lateral power is transforming energy,the economy,and the world[M].New York:Palgrave Macmillan,2013:31-46.[2] 盛夏.复杂网络模型发展综述[J].赤峰学院学报(自然科学版),2016(5):8-10.[3] BARABASI A L,ALBERT R.Emergence of scaling in randomnetworks[J].Science,1999,286:509.[4] 束洪春,刘宗兵,朱文涛.基于图论的复杂配电网可靠性评估方法[J].电网技术,2006(21):46-49.[5] 盛万兴,段青,梁英,等.面向能源互联网的灵活配电系统关键装备与组网形态研究[J].中国电机工程学报,2015(15):3 760-3 769.[6] 刘涤尘,彭思成,廖清芬,等.面向能源互联网的未来综合配电系统形态展望[J].电网技术,2015(11):3 023-3 034.[7] 王波,王万良,杨旭华.WS与NW两种小世界网络模型的建模及仿真研究[J].浙江工业大学学报,2009(2):179-182.[8] 王光增,曹一家,包哲静,等.一种新型电力网络局域世界演化模型[J].物理学报,2009(6):3 597-3 602.[9] 冯乾,马天琳,齐程,等.发展演化的复杂电力网络鲁棒性分析[J].现代电力,2013(6):16-20.[10] 徐成,梁睿,程真何,等.面向能源互联网的智能配电网安全态势感知[J].电力自动化设备,2016(6):13-18.[11] DONG Hwan Kima,DANIEL A,EISENBERG B,et work topology and resilience analysis of South Korean power grid[J].Physica A,2017,465:13-24.[12] 梅生伟,龚媛,刘锋.三代电网演化模型及特性分析[J].中国电机工程学报,2014(7):1 003-1 012.[13] 董朝阳,赵俊华,文福拴,等.从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J].电力系统自动化,2014(15):1-11.。

复杂网络聚类系数和平均路径长度计算的MATLAB源代码复杂网络的聚类系数和平均路径长度是度量网络结构特征的重要指标。

下面是MATLAB源代码，用于计算复杂网络的聚类系数和平均路径长度。

首先，我们需要定义一个函数，用于计算节点的聚集系数。

这个函数的输入参数是邻接矩阵和节点的索引，输出参数是节点的聚类系数。

```matlabfunction cc = clustering_coefficient(adj_matrix, node_index) neighbors = find(adj_matrix(node_index, :));k = length(neighbors);if k < 2cc = 0;elseconnected_count = 0;for i = 1:k-1for j = i+1:kif adj_matrix(neighbors(i), neighbors(j))connected_count = connected_count + 1;endendendcc = 2 * connected_count / (k * (k - 1));endend```接下来，我们定义一个函数，用于计算整个网络的平均聚合系数。

```matlabfunction avg_cc = average_clustering_coefficient(adj_matrix) n = size(adj_matrix, 1);cc = zeros(n, 1);for i = 1:ncc(i) = clustering_coefficient(adj_matrix, i);endavg_cc = sum(cc) / n;end```然后，我们需要计算网络的平均最短路径长度。

这里我们使用了Floyd算法来计算每对节点之间的最短路径。

```matlabfunction avg_path_length =average_shortest_path_length(adj_matrix)n = size(adj_matrix, 1);dist_matrix =graphallshortestpaths(sparse(double(adj_matrix)));avg_path_length = sum(dist_matrix(:)) / (n^2 - n);end```最后，我们可以使用这些函数来计算一个复杂网络的聚类系数和平均路径长度。

如何利用Matlab进行模拟和仿真实验Matlab是一种功能强大的数学计算和数据可视化软件。

它不仅可以进行数学模拟和仿真实验，还可以处理数据、绘制图表和实施算法。

在工程、物理学、生物学等领域，Matlab被广泛用于解决各种实际问题。

本文将介绍如何利用Matlab进行模拟和仿真实验，并探讨其在实验设计和结果分析中的应用。

一. Matlab的基本功能Matlab具有很多基本功能，如矩阵操作、数值计算、符号计算等。

这些功能使得Matlab成为进行模拟和仿真实验的理想选择。

在Matlab中，可以定义和操作矩阵，进行线性代数运算，如求解方程组、矩阵求逆等。

此外，Matlab还提供了许多内置函数，可以进行数值计算和符号计算，如求解微分方程、积分、数值优化等。

二. 模拟实验的设计在进行模拟实验之前，首先需要设计实验方案。

实验设计包括选择合适的模型和参数设置，确定实验变量和观测指标等。

在Matlab中，可以使用函数或脚本来定义模型和参数，通过修改参数值来观察实验结果的变化。

比如，可以使用Matlab的模型库来选择合适的模型，然后使用函数传入参数值进行求解。

此外，Matlab还提供了绘图功能，可以绘制实验结果的图表，以便更直观地分析数据。

三. 仿真实验的实施在设计好实验方案后，就可以开始进行仿真实验了。

在Matlab中，可以使用已定义的模型和参数进行仿真计算。

可以通过Matlab的编程功能来实现计算过程的自动化。

比如，可以使用循环语句来迭代计算，以观察参数变化对结果的影响。

此外，Matlab还提供了随机数生成和统计分析函数，可以用于生成随机变量和分析实验数据。

四. 实验结果的分析在完成仿真实验后，需要对实验结果进行分析。

Matlab提供了丰富的数据处理和分析工具，可以对实验数据进行统计分析、绘图和可视化展示。

可以使用Matlab的数据处理函数来计算均值、标准差、相关系数等统计指标。

此外，Matlab还可以通过绘图函数来绘制直方图、散点图、线图等图形，以便更好地理解和展示数据。

利用Matlab进行数值模拟的方法引言数值模拟是现代科学领域中不可或缺的一种工具，它通过数学模型和计算机算法，模拟和预测实际系统的行为。

随着科学技术的不断发展，数值模拟方法逐渐成为各个学科的重要组成部分。

Matlab作为一种强大的科学计算工具，为数值模拟提供了丰富的函数库和易于使用的编程环境。

本文将介绍一些利用Matlab进行数值模拟的方法，以及其在不同领域的应用。

一、常微分方程的数值解法常微分方程在物理、工程、生物等领域中广泛存在。

利用Matlab进行常微分方程的数值解法，可以有效地求得方程的近似解。

Matlab中的ode45函数是常用的数值解法之一，它基于龙格-库塔算法，可以处理非刚性和刚性问题。

通过设定初始条件和方程形式，利用ode45函数可以得到系统的数值解，并绘制出相应的曲线图。

例如，考虑一个一阶常微分方程dy/dx = -2xy，初始条件为y(0) = 1。

可以通过以下代码进行数值模拟：```Matlabfun = @(x, y) -2*x*y;[x, y] = ode45(fun, [0, 10], 1);plot(x, y)xlabel('x')ylabel('y')title('Solution of dy/dx = -2xy')```运行以上代码后，可以得到方程解的图像，从而对其行为有更直观的理解。

二、偏微分方程的数值解法偏微分方程在物理、流体力学、电磁学等领域中具有重要应用。

常用的偏微分方程的数值解法有有限差分法(Finite Difference Method)和有限元法(Finite Element Method)等。

在Matlab中，可以利用pdepe函数进行偏微分方程的数值模拟，其中包含了一维和二维问题的求解算法。

以热传导方程为例，假设一个长为L的均匀杆子，其温度分布满足偏微分方程∂u/∂t = α*∂²u/∂x²，其中u(x, t)表示温度分布。

Matlab中的复杂网络与图论分析方法在当今数字时代，数据网络正在成为各行各业的核心，这就给研究网络结构和分析网络行为提供了前所未有的机会。

而复杂网络和图论分析方法则成为了研究数据网络的一种重要手段。

本文将介绍在Matlab中应用的复杂网络和图论分析方法，探讨其原理和应用。

一、复杂网络：拓扑结构的研究复杂网络是指由大量节点和链接组成的网络，其中节点代表实体，链接代表实体之间的关系。

通过研究复杂网络的拓扑结构，我们可以揭示数据网络中的规律和性质，了解网络中节点的连接模式和信息传播机制。

1.1 网络拓扑结构的描述在复杂网络研究中，一种常用的描述方法是邻接矩阵和度矩阵。

邻接矩阵是一个由0和1组成的矩阵，其中的元素表示节点之间的连接关系，1表示连接，0表示未连接。

度矩阵是一个对角矩阵，用于描述每个节点的度数，即与该节点相连的链接数。

1.2 网络节点的度分布节点的度数是指与该节点相连的链接数，而节点的度分布则是指不同度数的节点在网络中的分布情况。

在复杂网络中，节点的度分布往往符合幂律分布，即少数节点的度数非常大，而大部分节点的度数相对较小。

通过分析节点的度分布，可以了解网络中的核心节点和边缘节点，以及网络的鲁棒性和可靠性。

1.3 网络中的社区结构社区结构是指网络中节点的聚集现象，即节点之间的连接更密集，而与其他社区的联系较弱。

通过识别和研究网络中的社区结构，可以帮助我们揭示网络中的隐含规律、发现重要节点和子网络，并理解网络的分层结构和功能。

二、图论分析：探索网络行为的机制图论是研究网络结构和图形模型的数学理论，主要关注网络中节点和链接之间的关系。

通过图论分析，我们可以量化和描述网络中的节点和链接的特性，揭示网络的演化机制和行为规律。

2.1 网络中的中心性度量中心性是衡量网络中节点重要性的指标，可以帮助我们识别重要节点和影响网络动态行为的因素。

在复杂网络中，常用的中心性度量包括度中心性、接近中心性和介数中心性等。

使用Matlab进行复杂系统的建模与仿真技巧使用 Matlab 进行复杂系统的建模与仿真技巧概述:在当今科技高速发展的时代，越来越多的系统趋于复杂化。

因此，建立准确的模型以进行系统建模和仿真是至关重要的。

Matlab 是一款功能强大的科学计算软件，它提供了丰富的工具和函数以便于系统建模和仿真的研究。

本文将介绍使用Matlab 进行复杂系统建模和仿真的一些技巧和方法。

第一部分: 建立系统模型1.1 了解系统特性在开始建模之前，必须对所研究的系统有一个清晰的了解。

这包括系统的输入、输出、状态和参数等。

通过对系统特性的分析，可以帮助我们确定建立适合的模型类型和仿真方法。

1.2 选择合适的模型类型根据系统的特性，选择合适的模型类型是至关重要的。

在 Matlab 中，常用的模型类型包括线性模型、非线性模型、离散模型和连续模型等。

根据系统的特点选择适合的模型类型能够更好地反映系统的行为和响应。

1.3 系统建模方法系统建模是根据实际情况将系统抽象成一个数学模型的过程。

在 Matlab 中，可以使用不同的建模方法，如物理建模、数据建模和基于状态空间法的建模等。

根据系统的特征选择合适的建模方法能够提高模型的准确性和可靠性。

第二部分: 数学工具与仿真技巧2.1 使用符号计算工具Matlab 提供了符号计算工具箱，可以对数学表达式进行符号计算，如求解方程、导数和积分等。

使用符号计算工具能够简化复杂系统的数学推导和计算。

2.2 优化算法与工具在系统建模过程中，通常需要优化模型参数以使模型与实际系统更好地匹配。

Matlab 提供了各种优化算法和工具，如遗传算法、模拟退火算法和最小二乘法等，可以帮助我们自动化地调整参数并优化模型。

2.3 频域分析与控制设计频域分析是研究系统在不同频率下的响应特性的方法。

Matlab 提供了丰富的频域分析工具，如傅里叶变换、频谱分析和波特图等，可以帮助我们更好地理解系统的频率响应，并设计相应的控制系统。

matlab通信仿真实例在Matlab中进行通信系统的仿真，可以涉及到多种不同的通信技术和协议，包括调制解调、信道编码、多址接入等。

以下以OFDM系统为例，介绍Matlab 中通信仿真的实例。

OFDM（正交频分复用）是一种常用于现代通信系统中的技术，它将高速数据流分割成多个较低速的子流，并将每个子流分配到不同的子载波上。

优点是能够抵抗多径效应和频率选择性衰落，并提供高数据速率。

首先，我们需要创建一个包含OFDM系统参数的结构体。

例如：ofdmParam.M = 16; % 子载波数量ofdmParam.K = 4; % 用于混合多路复用的用户数量ofdmParam.N = ofdmParam.M * ofdmParam.K; % 总子载波数量ofdmParam.CP = 16; % 循环前缀长度接下来，我们可以生成用于OFDM仿真的数据流。

例如，我们可以使用随机整数生成器生成一系列整数，并将其转换为复数形式的调制符号：data = randi([0, ofdmParam.M-1], 1, ofdmParam.N);dataMod = qammod(data, ofdmParam.M);然后，我们可以创建一个包含OFDM信号的函数。

在OFDM系统中，生成的数据符号将分配到不同的子载波上，然后在时域中通过插入循环前缀进行叠加：function[ofdmSignal] = createOFDMSignal(dataMod, ofdmParam) ofdmSignal = [];for k = 0:ofdmParam.K-1% 提取相应的数据符号，并进行IFFTofdmData =ifft(dataMod(k*ofdmParam.M+1:(k+1)*ofdmParam.M));% 添加循环前缀ofdmDataWithCP = [ofdmData(end-ofdmParam.CP+1:end), ofdmData];% 将OFDM符号添加到OFDM信号中ofdmSignal = [ofdmSignal, ofdmDataWithCP];endend将OFDM信号传输到信道中，我们可以使用加性高斯白噪声（AWGN）信道模型来模拟实际通信环境：EbNo = 10; % 信噪比snr =10*log10(ofdmParam.N*ofdmParam.M/(ofdmParam.N*ofdmParam.M+1 )*(10^(EbNo/10)));ofdmSignalNoisy = awgn(ofdmSignal, snr, 'measured');最后，我们可以对接收到的OFDM信号进行解调和信号恢复。

复杂网络聚类系数和平均路径长度计算的MA TLAB源代码申明：文章来自百度用户carrot_hy复杂网络的代码总共是三个m文件，复制如下：第一个文件，function [Cp_Global, Cp_Nodal] = CCM_ClusteringCoef(gMatrix, Types)% CCM_ClusteringCoef calculates clustering coefficients.% Input:% gMatrix adjacency matrix% Types type of graph:'binary','weighted','directed','all'(default).% Usage:% [Cp_Global, Cp_Nodal] = CCM_ClusteringCoef(gMatrix, Types) returns% clustering coefficients for all nodes "Cp_Nodal" and average clustering% coefficient of network "Cp_Global".% Example:% G = CCM_TestGraph1('nograph');% [Cp_Global, Cp_Nodal] = CCM_ClusteringCoef(G);% Note:% 1) one node have vaule 0, while which only has a neighbour or none.% 2) The dircted network termed triplets that fulfill the follow condition % as non-vacuous: j->i->k and k->i-j,if don't satisfy with that as% vacuous, just like: j->i,k->i and i->j,i->k. and the closed triplets % only j->i->k == j->k and k->i->j == k->j.% 3) 'ALL' type network code from Mika Rubinov's BCT toolkit.% Refer:% [1] Barrat et al. (2004) The architecture of the complex weighted networks.% [2] Wasserman,S.,Faust,K.(1994) Social Network Analysis: Methods and % Applications.% [3] Tore Opsahl and Pietro Panzarasa (2009). "Clustering in Weighted % Networks". Social Networks31(2).% See also CCM_Transitivity% Written by Yong Liu, Oct,2007% Center for Computational Medicine (CCM),% National Laboratory of Pattern Recognition (NLPR),% Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences (IACAS), China.% Revise by Hu Yong, Nov, 2010% E-mail:% based on Matlab 2006a% $Revision: , Copywrite (c) 2007error(nargchk(1,2,nargin,'struct'));if(nargin < 2), Types = 'all'; endN = length(gMatrix);gMatrix(1:(N+1):end) = 0;%Clear self-edgesCp_Nodal = zeros(N,1); %Preallocateswitch(upper(Types))case 'BINARY'%Binary networkgMatrix = double(gMatrix > 0);%Ensure binary networkfor i = 1:Nneighbor = (gMatrix(i,:) > 0);Num = sum(neighbor);%number of neighbor nodestemp = gMatrix(neighbor, neighbor);if(Num > 1), Cp_Nodal(i) = sum(temp(:))/Num/(Num-1); end endcase 'WEIGHTED'% Weighted network -- arithmetic meanfor i = 1:Nneighbor = (gMatrix(i,:) > 0);n_weight = gMatrix(i,neighbor);Si = sum(n_weight);Num = sum(neighbor);if(Num > 1),n_weight = ones(Num,1)*n_weight;n_weight = n_weight + n_weight';n_weight = n_weight.*(gMatrix(neighbor, neighbor) > 0);Cp_Nodal(i) = sum(n_weight(:))/(2*Si*(Num-1));endend%case 'WEIGHTED'% Weighted network -- geometric mean% A = (gMatrix~= 0);% G3 = diag((gMatrix.^(1/3) )^3);)% A(A == 0) = inf; %close-triplet no exist,let CpNode=0 (A=inf)% CpNode = G3./(A.*(A-1));case 'DIRECTED', % Directed networkfor i = 1:Ninset = (gMatrix(:,i) > 0); %in-nodes setoutset = (gMatrix(i,:) > 0)'; %out-nodes setif(any(inset & outset))allset = and(inset, outset);% Ensure aji*aik > 0,j belongs to inset,and k belongs to outsettotal = sum(inset)*sum(outset) - sum(allset);tri = sum(sum(gMatrix(inset, outset)));Cp_Nodal(i) = tri./total;endend%case 'DIRECTED', % Directed network -- clarity format (from Mika Rubinov, UNSW) % G = gMatrix + gMatrix'; %symmetrized% D = sum(G,2); %total degree% g3 = diag(G^3)/2; %number of triplet% D(g3 == 0) = inf; %3-cycles no exist,let Cp=0 % c3 = D.*(D-1) - 2*diag(gMatrix^2); %number of all possible 3-cycles% Cp_Nodal = g3./c3;%Note: Directed & weighted network (from Mika Rubinov)case 'ALL',%All typeA = (gMatrix~= 0); %adjacency matrixG = gMatrix.^(1/3) + (gMatrix.').^(1/3);D = sum(A + A.',2); %total degreeg3 = diag(G^3)/2; %number of tripletD(g3 == 0) = inf; %3-cycles no exist,let Cp=0c3 = D.*(D-1) - 2*diag(A^2);Cp_Nodal = g3./c3;otherwise,%Eorr Msgerror('Type only four: "Binary","Weighted","Directed",and "All"');endCp_Global =sum(Cp_Nodal)/N;%%第二个文件：function [D_Global, D_Nodal] = CCM_AvgShortestPath(gMatrix, s, t)% CCM_AvgShortestPath generates the shortest distance matrix of source nodes % indice s to the target nodes indice t.% Input:% gMatrix symmetry binary connect matrix or weighted connect matrix % s source nodes, default is 1:N% t target nodes, default is 1:N% Usage:% [D_Global, D_Nodal] = CCM_AvgShortestPath(gMatrix) returns the mean% shortest-path length of whole network D_Global,and the mean shortest-path % length of each node in the network% Example:% G = CCM_TestGraph1('nograph');% [D_Global, D_Nodal] = CCM_AvgShortestPath(G); % See also dijk, MEAN, SUM% Written by Yong Liu, Oct,2007% Modified by Hu Yong, Nov 2010% Center for Computational Medicine (CCM),% Based on Matlab 2008a% $Revision: , Copywrite (c) 2007% ###### Input check #########error(nargchk(1,3,nargin,'struct'));N = length(gMatrix);if(nargin < 2 | isempty(s)), s = (1:N)';else s = s(:); endif(nargin < 3 | isempty(t)), t = (1:N)';else t = t(:); end% Calculate the shortest-path from s to all nodeD = dijk(gMatrix,s);%D(isinf(D)) = 0;D = D(:,t); %To target nodesD_Nodal = (sum(D,2)./sum(D>0,2));% D_Nodal(isnan(D_Nodal)) = [];D_Global = mean(D_Nodal);第三个文件：function D = dijk(A,s,t)%DIJK Shortest paths from nodes 's' to nodes 't' using Dijkstra algorithm.% D = dijk(A,s,t)% A = n x n node-node weighted adjacency matrix of arc lengths% (Note: A(i,j) = 0 => Arc (i,j) does not exist;% A(i,j) = NaN => Arc (i,j) exists with 0 weight) % s = FROM node indices% = [] (default), paths from all nodes% t = TO node indices% = [] (default), paths to all nodes% D = |s| x |t| matrix of shortest path distances from 's' to 't'% = [D(i,j)], where D(i,j) = distance from node 'i' to node 'j'%% (If A is a triangular matrix, then computationally intensive node% selection step not needed since graph is acyclic (triangularity is a% sufficient, but not a necessary, condition for a graph to be acyclic)% and A can have non-negative elements)%% (If |s| >> |t|, then DIJK is faster if DIJK(A',t,s) used, where D is now% transposed and P now represents successor indices)%% (Based on Fig. 4.6 in Ahuja, Magnanti, and Orlin, Network Flows,% Prentice-Hall, 1993, p. 109.)% Copyright (c) 1998-2000 by Michael G. Kay% Matlog Version 29-Aug-2000%% Modified by JBT, Dec 2000, to delete paths% Input Error Checking ****************************************************** error(nargchk(1,3,nargin,'struct'));[n,cA] = size(A);if nargin < 2 | isempty(s), s = (1:n)'; else s = s(:); endif nargin < 3 | isempty(t), t = (1:n)'; else t = t(:); endif ~any(any(tril(A) ~= 0)) % A is upper triangularisAcyclic = 1;elseif ~any(any(triu(A) ~= 0)) % A is lower triangularisAcyclic = 2;else % Graph may not be acyclicisAcyclic = 0;endif n ~= cAerror('A must be a square matrix');elseif ~isAcyclic & any(any(A < 0))error('A must be non-negative');elseif any(s < 1 | s > n)error(['''s'' must be an integer between 1 and ',num2str(n)]);elseif any(t < 1 | t > n)error(['''t'' must be an integer between 1 and ',num2str(n)]);end% End (Input Error Checking) ************************************************A = A'; % Use transpose to speed-up FIND for sparse A D = zeros(length(s),length(t));P = zeros(length(s),n);for i = 1:length(s)j = s(i);Di = Inf*ones(n,1); Di(j) = 0;isLab = logical(zeros(length(t),1));if isAcyclic == 1nLab = j - 1;elseif isAcyclic == 2nLab = n - j;elsenLab = 0;UnLab = 1:n;isUnLab = logical(ones(n,1));endwhile nLab < n & ~all(isLab)if isAcyclicDj = Di(j);else % Node selection[Dj,jj] = min(Di(isUnLab));j = UnLab(jj);UnLab(jj) = [];isUnLab(j) = 0;endnLab = nLab + 1;if length(t) < n, isLab = isLab | (j == t); end[jA,kA,Aj] = find(A(:,j));Aj(isnan(Aj)) = 0;if isempty(Aj), Dk = Inf; else Dk = Dj + Aj; endP(i,jA(Dk < Di(jA))) = j;Di(jA) = min(Di(jA),Dk);if isAcyclic == 1 % Increment node index for upper triangular A j = j + 1;elseif isAcyclic == 2 % Decrement node index for lower triangular Aj = j - 1;end%disp( num2str( nLab ));endD(i,:) = Di(t)';end。

Matlab中的无线通信系统建模与仿真无线通信技术的应用正在日益广泛，对于研究人员和工程师来说，了解和掌握无线通信系统的建模与仿真技术至关重要。

Matlab作为一种强大的数学软件工具，提供了丰富的函数库和工具箱，可以帮助我们实现无线通信系统的建模与仿真。

一、无线通信系统概述在进入具体的建模与仿真之前，先让我们对无线通信系统有一个基本的了解。

无线通信系统是指通过无线介质传输信息的系统，在现代社会中起着关键的作用。

无线通信系统通常由无线信号发射端、传输介质和无线信号接收端组成。

无线通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两种类型。

模拟通信系统使用模拟信号进行传输，而数字通信系统使用数字信号进行传输。

在建模与仿真中，我们主要关注的是数字通信系统。

二、建模与仿真的重要性在无线通信系统的设计和优化过程中，建模与仿真起着关键的作用。

通过建立合适的数学模型，我们可以更好地分析和理解系统的性能特点，并进行系统参数优化。

仿真可以帮助我们在实际系统部署之前，进行性能验证和预测，节省了大量的时间和成本。

三、建模与仿真的步骤1. 系统需求分析在进行建模与仿真之前，首先需要对系统的需求进行分析。

了解系统的工作频段、传输速率、覆盖范围等关键参数，有助于我们确定建模与仿真的范围和目标。

2. 信道建模在无线通信系统中，信道起着至关重要的作用。

信道的特点直接影响到系统的传输性能。

在建模与仿真中，我们需要准确地描述信道的衰落特性、多径效应以及噪声等因素。

常用的信道模型包括AWGN信道模型、瑞利衰落信道模型和多径衰落信道模型等。

3. 发送端建模发送端是无线通信系统的核心部分，它负责将数字信号转换成适用于无线传输的信号。

在建模与仿真中，我们需要考虑发送端的调制方式、编码方式和功率控制等因素。

常用的调制方式包括BPSK、QPSK和16QAM等。

4. 接收端建模接收端负责接收无线信号，并将其转换为数字信号进行处理。

在建模与仿真中，我们需要对接收端的解调方式、译码方式和误码控制等进行建模。

• 139•针对通信原理课程的教学特点和传统实验教学存在的问题，讨论了将Matlab软件引入到通信原理课程教学的必要性。

以模拟调制系统为例，利用Matlab的工具箱和Simulink界面对通信系统进行可视化教学，并给出了仿真结果。

实践证明，不仅在课堂教学中以更加直观的方式进行讲解，而且补充和完善传统实验的不足，提高学生学习积极性，教学效果得到较大提升。

随着5G通信的到来，通信技术在人们日常生活中是无处不在，现代通信技术取得了显著进展。

通信原理作为高校通信工程和电子信息等本科专业课程体系中重要的专业基础课，系统阐述了模拟和数字通信系统的基本概念、基本原理和基本分析方法，为学生学习后续课程储备专业素养（王海华，Matlab/Simulink仿真在“通信原理”教学中的应用研究：湖北理工学院学报，2015）。

然而这门课程理论内容丰富，系统模型抽象，数学公式多，推理过程繁琐，学生普遍感到枯燥难懂，抓不住重点，学习吃力，不能顺利学好本课程（基于Matlab_Simulink的通信原理虚拟仿真实验教学方法研究：现代电子技术，2015；邵玉斌，Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析：清华大学出版社，2008）。

为此，在教学过程中引入Matlab仿真技术，理论联系实践开展教学工作，通过simulink界面搭建系统模型，调整参数，观察通信系统性能，激发学生的学习积极性，提升教学质量，实现良好的教学模式。

1 Matlab软件介绍Matlab在工程数值运算和系统仿真方面具有强大的功能，主要包括数值分析、仿真建模、系统控制和优化等功能（牛磊，赵正平，郭博，Matlab仿真在通信原理教学中的应用：阜阳师范学院学报，2014）。

在Matlab的Communication Toolbox（通信工具箱）中提供了许多仿真函数和模块，用于对通信系统进行仿真和分析。

Simulink平台是Matlab中一种可视化仿真工具，提供了建立模型方框图的图形用户界面（GUI），可以将图形化的系统模块连接起来，从而建立直观、功能丰富的动态系统模型（黄琳，曹杉杉，熊旭辉.基于Matlab的通信原理实验课程设计：湖北师范大学学报，2017）。