胡彌亨

摘要：目前，現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)信息交互技術(shù)在解決智慧交互問題時尚存在不足，主要表現(xiàn)在未能體現(xiàn)出物聯(lián)實(shí)體間多維的、動態(tài)的、復(fù)雜的網(wǎng)狀交互關(guān)系，不能滿足物聯(lián)實(shí)體間智慧交互的要求。該文針對實(shí)體間多維動態(tài)網(wǎng)狀的數(shù)據(jù)特征，基于超圖理論構(gòu)建了一個物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型。該模型能有效的匹配物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特征，并能夠有效的對實(shí)體間隱性關(guān)系進(jìn)行預(yù)測。該文基于麻省理工學(xué)院的現(xiàn)實(shí)挖掘數(shù)據(jù)集進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在真實(shí)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，該文所構(gòu)造的模型相比基于超網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型準(zhǔn)確率提高了5.9個百分點(diǎn)，體現(xiàn)了該模型的有效性。

關(guān)鍵詞：超圖理論；物聯(lián)網(wǎng)；智能物聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)建模；節(jié)點(diǎn)相似度

1背景

智慧物聯(lián)是指物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體能像人一樣具有自主思維能力，能夠智能地提供服務(wù)和應(yīng)用。目前，現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)信息交互技術(shù)在解決智慧交互問題時尚存在不足，主要表現(xiàn)在未能體現(xiàn)出物聯(lián)實(shí)體間多維的、動態(tài)的、復(fù)雜的網(wǎng)狀交互關(guān)系，不能滿足物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體間智慧交互的要求。因此，有必要依據(jù)實(shí)體間多維動態(tài)網(wǎng)狀的交互特征，構(gòu)建出可以準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體間關(guān)系演化的實(shí)體交互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型。

通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體交互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型，以此來促進(jìn)信息交互，通過模型的動態(tài)演化，可以預(yù)測新加入物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體與已有的實(shí)體之間的關(guān)系，同時也可以用于分析社會關(guān)系或者社交網(wǎng)絡(luò)中的人與人之間的交互關(guān)系。

2相關(guān)工作

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建的主要方法有：

1）基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)建模。圣母大學(xué)的Barabsi和Abert在Science上發(fā)表的論文，提出了BA無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型，揭示了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度特性和節(jié)點(diǎn)連接的度優(yōu)先機(jī)制。BA模型的出現(xiàn)，讓復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)入了一個新的紀(jì)元。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)不只局限于數(shù)學(xué)的范疇，而是開始從物理學(xué)、生物學(xué)、社會科學(xué)等學(xué)科得到了應(yīng)用。Kumpula發(fā)布了KOSKK模型算法，是在原有MVS模型中加入關(guān)系連接權(quán)重，即節(jié)點(diǎn)間的連線是不一樣的。使用權(quán)重可以表示此關(guān)系連接的親密程度和在關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。使用KOSKK算法模擬的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型是一個有權(quán)的網(wǎng)絡(luò)，較好地反映了社會網(wǎng)絡(luò)社區(qū)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。但是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)也有其限制性，它無法描述多層網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系。而物聯(lián)網(wǎng)多為綜合網(wǎng)絡(luò)，這些綜合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、邊與邊之間都不同質(zhì)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)無法描述網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用。

2）基于超網(wǎng)絡(luò)模型的建模。對照復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的含義，可以說超網(wǎng)絡(luò)也是一類特殊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，一些學(xué)者通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究提供的經(jīng)驗(yàn)深人研究超網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，Emesto等人將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的集聚系數(shù)參數(shù)推廣到了超網(wǎng)絡(luò)中；Wang Z P等學(xué)者則研究網(wǎng)絡(luò)圖的一些參數(shù)性質(zhì)及其應(yīng)用，并用類似的方法和參數(shù)來研究超網(wǎng)絡(luò)。目前對于一些多維、多屬性、網(wǎng)絡(luò)中嵌套網(wǎng)絡(luò)的問題，一些學(xué)者開嘗試采用超網(wǎng)絡(luò)的思想來解決這類問題。Naguraney將多分層多標(biāo)準(zhǔn)的超網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上，這些模型描述了供應(yīng)鏈中不同決策者的獨(dú)立行為以及決策者之間相互影響的競爭行為，進(jìn)而得到了供應(yīng)鏈系統(tǒng)達(dá)到均衡的條件，確定了供應(yīng)鏈中所涉及的交易價格與交易量。Hammond和Beullens綜合了供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)均衡模型和回收超網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建了一個由生產(chǎn)商和需求市場組成的閉環(huán)供應(yīng)鏈超網(wǎng)絡(luò)模型。

目前，除了Nagurney等學(xué)者著重研究的多層超網(wǎng)絡(luò)外，還有一類基于超圖來定義的超網(wǎng)絡(luò)。超圖概念是C.Berge提出的，第一次系統(tǒng)的建立了無向超圖理論，并應(yīng)用擬陣結(jié)構(gòu)來研究超圖理論在運(yùn)籌學(xué)方面的應(yīng)用。由于超圖理論比較復(fù)雜抽象，研究者很不容易入門，超圖理論的發(fā)展一直比較緩慢。近年來，隨著智能物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)研究的不斷深入，智能物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)理論及應(yīng)用研究得到了前所未有的蓬勃發(fā)展。然而，現(xiàn)實(shí)世界中的許多系統(tǒng)是復(fù)雜多變的，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，僅憑原有的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型建模難以模擬節(jié)點(diǎn)之間的多維異質(zhì)的關(guān)系。在這種情況下，如果用原來的簡單圖的方法來處理這類問題，就很難理清楚各類網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，而超圖中的超邊可包含任意多個節(jié)點(diǎn)來表示三維或更多維的關(guān)系。因此，基于超圖結(jié)構(gòu)的超網(wǎng)絡(luò)越來越為人們所重視，超圖理論及其應(yīng)用的研究已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的一個重要研究方向。JiaJun Bu等人年提出了一種通過超圖模型來進(jìn)行興趣推薦的方法。Flora Amato等人則提出了基于超圖的社會網(wǎng)絡(luò)建模的方法。

3基于超圖的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體關(guān)系模型

3.1超圖基本定義

在本文物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系模型中，實(shí)體可以分為以下三類：

·主觀實(shí)體：物聯(lián)網(wǎng)中需要實(shí)現(xiàn)智慧交互的實(shí)體集合。主觀實(shí)體一般是手機(jī)、汽車等物體，可以類比為社會網(wǎng)絡(luò)中的人、用戶這一概念。在本模型中，主觀實(shí)體可以擁有自己的基本信息、歷史數(shù)據(jù)。