选取一种拓扑控制算法,编程实现该算法并用图形显示效果。要求有执行算法前后拓扑对比图、链路数量统计对比(拓扑发现算法要显示拓扑最终状态并对节点角色进行标注)。节点数目最少 50 个,随机分布,其他如通信半径、部署区域大小等自行选取。考虑到连通性问题,要求应用拓扑控制的初始网络为全连通网络,即每个节点与其他任意节点至少存在一条链路(可在随机生成节点位置时多试几次或增加节点密度)。
时间: 2023-08-09 15:10:10 浏览: 50
很高兴接受您的编程挑战。根据您的要求,我将使用Python编程语言实现一种拓扑控制算法,并使用matplotlib库来可视化拓扑结构的变化。
我选择了一种基于信任度的拓扑控制算法,该算法根据节点之间的交互来计算它们之间的信任度,并基于信任度来决定是否建立或断开链接。该算法是一种分布式算法,每个节点仅需要知道它与其它节点的直接邻居节点即可。
首先,让我们来生成一个随机的全连通网络。我们可以使用networkx库来生成一个50个节点的随机网络。代码如下:
```python
import networkx as nx
import random
# 生成一个50个节点的随机网络
G = nx.connected_watts_strogatz_graph(50, 4, 0.3)
```
这里采用了Watts-Strogatz模型来生成一个随机网络。其中,4表示每个节点的平均度数,0.3表示重新连接概率。这个模型可以生成一个具有小世界特性的随机网络,即节点之间的距离比较短,但是网络仍然具有较高的聚集性。
接下来,我们需要为每个节点计算它们之间的信任度。为简单起见,我们假设每个节点只能够感知到它们之间的交互。我们定义信任度为每个节点与其它节点之间交互的次数。代码如下:
```python
# 计算每个节点之间的信任度
trust = {}
for i in G.nodes():
trust[i] = {}
for j in G.neighbors(i):
trust[i][j] = 0
for i in G.nodes():
for j in G.neighbors(i):
for k in G.neighbors(j):
if k != i and not G.has_edge(i, k):
trust[i][k] += 1
```
在上述代码中,我们先初始化每个节点之间的信任度为0,并且计算每个节点i与它的邻居节点j之间的交互情况。对于每个节点j的邻居节点k,如果k不是节点i本身并且节点i与节点k之间没有建立链接,那么节点i与节点k之间的信任度就会增加1。
接下来,我们根据信任度来决定是否建立或断开链接。具体来说,如果节点i与节点k之间的信任度超过了一个阈值,那么就会建立链接;如果节点i与节点j之间的信任度低于一个阈值,那么就会断开链接。代码如下:
```python
# 根据信任度来建立或断开链接
threshold = 2
for i in G.nodes():
for j in G.neighbors(i):
for k in G.neighbors(j):
if k != i and not G.has_edge(i, k):
if trust[i][k] > threshold:
G.add_edge(i, k)
elif trust[i][j] < threshold:
G.remove_edge(i, j)
```
在上述代码中,我们定义了一个信任度的阈值为2。如果节点i与节点k之间的信任度超过了这个阈值,那么就会建立链接;如果节点i与节点j之间的信任度低于这个阈值,那么就会断开链接。
最后,我们可以使用matplotlib库绘制拓扑结构的变化。具体来说,我们可以使用networkx库提供的函数来绘制网络,并且根据节点的角色来对节点进行不同的标注。代码如下:
```python
import matplotlib.pyplot as plt
# 绘制拓扑结构
pos = nx.spring_layout(G)
nx.draw(G, pos, with_labels=True)
# 对节点进行标注
trustworthy = [i for i in G.nodes() if sum(trust[i].values()) > threshold*len(G.neighbors(i))]
untrustworthy = [i for i in G.nodes() if sum(trust[i].values()) < threshold*len(G.neighbors(i))]
isolated = [i for i in G.nodes() if len(G.neighbors(i)) == 0]
nx.draw_networkx_nodes(G, pos, nodelist=trustworthy, node_color='green')
nx.draw_networkx_nodes(G, pos, nodelist=untrustworthy, node_color='red')
nx.draw_networkx_nodes(G, pos, nodelist=isolated, node_color='black')
plt.show()
```
在上述代码中,我们首先使用spring_layout函数来计算每个节点的位置,并且使用draw函数绘制网络。然后,我们根据信任度来对节点进行分类,可信节点用绿色标注,不可信节点用红色标注,孤立节点用黑色标注。最后,我们使用show函数将图像显示出来。
下面是完整的代码实现: