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基于复杂网络的供应链建模与性能分析研究

作　者: 李刚
导　师: 宋执环; 金小刚
学　校: 浙江大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 供应链复杂网络演化博弈结构模型统计特性供应中断鲁棒性策略行为合作分析
分类号: O157.5
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

供应链是具有开放性、动态性和不确定性的复杂社会经济系统。长期以来,供应链建模和分析一直是该领域研究的重点和难点。复杂网络理论的出现为供应链建模和分析提供了一种全新的方法。复杂网络理论通过对大量复杂系统的实证研究,揭示其结构的统计特征,并研究这些特征的形成机制以及它们与系统行为之间的内在联系。本文利用复杂网络理论作为工具,对供应链建模和性能分析展开研究。本文首先提出了供应链的结构演化模型。在此基础上,针对供应链的两个重要行为,网络的鲁棒性以及合作行为的演化,从拓扑结构角度进行了分析。本文主要研究工作和创新点如下：1、针对供应链的结构特征,本文提出了基于增长、偏好连接和局部选择的供应链演化模型；分析了模型的重要统计特性：网络的平均最短路径,聚类系数,度分布,结构的异质性以及度度相关性。仿真发现,模型具有小世界效应；模型的聚类系数很小,接近为零；模型结构是异质的,具有无标度特征；模型中,连接度小的节点倾向于选择度值大的节点,即模型是异配网络。这些统计特征与相关的研究结果以及实证研究是一致的,表明该模型能较好地描述供应链的拓扑结构。2、基于演化模型,本文研究了供应链的网络鲁棒性。本文将鲁棒性进一步分为静态鲁棒性和动态鲁棒性。在静态研究中,为了模拟针对供应链的不同破坏,提出了四种模拟规则,即随机删除节点,目标删除节点,随机删除连接边和目标删除连接边。考虑到节点的能力约束,动态鲁棒性研究了因节点过载而引起的级联故障对供应链的破坏力。为了模拟故障的级联效应,首次提出了供应链的故障传播算法。研究发现,针对不同类型的破坏,供应链呈现出不同的鲁棒性能。故障传播机制的引入导致了系统对随机破坏和目标破坏都表现出极为脆弱的鲁棒性能。3、研究了供应链的合作行为演化。在空间演化博弈框架下,研究了供应链的合作行为演化过程。针对实体间不同的利益关系,将两种不同类型的博弈模型,囚徒困境博弈和雪堆博弈应用于合作演化分析中。同时,根据实体策略的选择偏好和动态调整特点,提出了基于Fermi去则实体策略演化算法。研究发现,虽然两种博弈类型不同,其策略的纳什均衡也不一样,但都可以得到相同的结论：网络结构的异质性、外部竞争压力和策略收益都直接影响着最终网络的合作水平。提高结构的异质性以及增加外部竞争压力有助于提升网络的合作水平。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-15
第1章绪论  15-37
  1.1 供应链概述  15-18
  1.2 供应链建模分析现状  18-27
    1.2.1 供应链模型  18-19
    1.2.2 常用建模分析方法  19-27
  1.3 基于复杂网络的供应链建模分析  27-32
    1.3.1 供应链结构建模  27-29
    1.3.2 供应链鲁棒性分析  29-31
    1.3.3 供应链合作行为分析  31-32
  1.4 本文研究内容  32-36
    1.4.1 究动机  32-34
    1.4.2 主要研究内容  34-35
    1.4.3 组织结构  35-36
  1.5 本文主要创新点  36-37
第2章复杂网络理论概述  37-53
  2.1 引言  37-38
  2.2 复杂网络理论概述  38-41
  2.3 网络的统计特性  41-43
  2.4 网络模型  43-46
  2.5 网络的动力学行为  46-51
  2.6 本章小结  51-53
第3章供应链演化模型及统计特性分析  53-69
  3.1 引言  53-54
  3.2 供应链拓扑结构及特征  54-55
  3.3 供应链的形成机制  55-56
  3.4 供应链演化模型  56-59
    3.4.1 供应链结构的形式化描述  56-57
    3.4.2 模型算法  57-59
  3.5 统计特性分析  59-67
    3.5.1 模型的统计特性  59-66
    3.5.2 实证研究  66-67
  3.6 本章小结  67-69
第4章供应链鲁棒性能分析  69-87
  4.1 引言  69-71
  4.2 网络鲁棒性度量  71
  4.3 静态鲁棒性  71-80
    4.3.1 随机故障和攻击的模拟  72-73
    4.3.2 仿真结果及分析  73-80
  4.4 动态鲁棒性能分析  80-85
    4.4.1 扰动及扰动传播过程模拟  80-82
    4.4.2 仿真结果及分析  82-85
  4.5 本章小结  85-87
第5章供应链合作行为分析  87-101
  5.1 引言  87-88
  5.2 策略演化模拟  88-90
    5.2.1 实体策略的演化  88-90
    5.2.2 策略演化算法  90
  5.3 基于囚徒困境博弈的合作分析  90-95
    5.3.1 囚徒困境博弈  90-92
    5.3.2 囚徒困境下的合作演化  92-95
  5.4 基于雪堆博弈的合作分析  95-100
    5.4.1 雪堆博弈  96-97
    5.4.2 雪堆博弈下的合作演化  97-100
  5.5 讨论  100
  5.6 本章小结  100-101
第6章总结与展望  101-105
  6.1 本文工作总结  101-102
  6.2 未来工作展望  102-105
参考文献  105-121
攻读博士学位期间主要的研究成果  121

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