历史灾害数据挖掘与建模

自然灾害的链式规律与演化机理研究主要集中在短时间的单源灾害与次生灾害方向上，近年的案例研究证明灾害演化具有多灾种关联的复杂性和长时间的空间迁

移性。本书介绍了利用复杂网络对历史自然灾害事件进行建模，深入研究长时间序列的灾害链式规律。

首先，在历史自然灾害的时空特征及关联性分析的基础上，确定网络关键参数和抽象标准，建立一个多维的复杂

网络模型；然后，在网络中进行地图区域划分，从共现分析、时间关联、空间关联三个方面来研究各区域的灾害成链概率与时空趋势，挖掘灾害演化的关键要素和共性规律，达到有效预测灾害的目的。

本书共分7章

。第1章介绍相关的研究背景与现状分析；第2章介绍历史自然灾害的复杂网络模型；第3章以蚁群聚类为基础，提出一种新的分级和属性量化方法，以解决历史灾害记录的简约性、描述性问题，为使实验结果更为客观和

准确，在灾害相关数据的整理归一化处理中采用灰色关联法进行分析，使用蚁群自动聚类法对历史灾害的等级进行划分；第4章通过定义相似空间向量方式挖掘区域灾害的发生规律，建立了一种多维的网络模型，并将一

种利用萤火虫算法进行求解多峰路径优化问题的方法应用在向量发现中，同时为了改善GSO在收敛速度和求解精度上的不足，增加了改变步长和组亮度控制等优化策略，最终通过实验中与单纯使用GSO算法的性能对比证明

了该方法的优越性；第5章基于自然灾害的历史记录对灾害之间的相关度进行研究，根据灾害发生的时间跨距计算灾害间的共现率和引发率，以此计算被引发的次生灾害的危害度，并通过9种历史灾害记录验证该算法的合

理性，并提出了一种基于相对关联特征度的地震区域共现分析法，以9个朝代的地震灾害数据库为平台构建出以修正的Salton指数为参数的地震区域间关联度评估模型，改善了共现分析中Salton指数过高的问题，使得

Salton指数能更加接近真实关联度；第6章以各朝代历史数据为基础，研究水灾、疫灾、地震的灾害特征及各灾种与太阳活动的关系；第7章以疫灾中病毒的传播特点为基础，复杂网络为平台，分别从不同角度考虑病毒的

传播与扩散，建立数学模型，通过常微分方程定性与稳定性理论对模型进行分析得到了控制与预防病毒传播的最优策略，并且通过计算机模拟更加直观地看到病毒传播的趋势，为人们的决策提供理论依据。

本书在内

容的选取上更加注重思维习惯和研究方式，没有过多地深究公式的推导，适合对利用复杂网络研究历史灾害感兴趣的不同学科的读者借鉴和学习。在编写过程中作者的同事、同行和朋友先后提出了许多宝贵的建议，他们

对本书的写作给予了热情的关注与协助，并不同程度地对本书的完成和出版做出了贡献。本书的每一章都是由胡明生提供总体思路和初稿，由贾遂民、贾志娟、刘思、吉晓宇、雷利利、陈巧灵、张向宇、李章强、杨利珍

、樊慧芳等完善细化和修改审定。在此，衷心感谢大家的支持与帮助。

作者非常感谢郑州师范学院的支持，感谢国家自然科学基金―河南人才联合培养基金项目（项目编号：U1204703）的资助。

作者在此特别感

谢中国水利水电出版社的各位老师对本书出版的大力支持，感谢家人在我多年的科研工作中给予我最坚定的支持和无私的奉献，没有他们一如既往的鼓励、支持和理解，本书不可能顺利完成。

由于作者水平有限，书

中疏漏与不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正，共同进步。

作者

2013年9月

第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 相关研究现状分析 2
1.2.1 灾害
链和网的研究 2
1.2.2 灾害系统及演化研究 4
1.2.3 复杂网络的应用及相关研究 8
1.2.4 复杂网络链路预测 11
1.2.5 复杂网络在灾害演化方面的应用 14
1.3 主要工作与贡
献 22
第2章 历史自然灾害的复杂网络模型 25
2.1 复杂网络相关定义与参数介绍 25
2.2 灾害复杂网络模型整体架构 28
2.3 灾害链式演化机理研究思路 31
2.4 本章小结
32
第3章 灾害节点属性的量化及分级方法 33
3.1 以蚁群聚类为基础的历史灾害分级方法 33
3.1.1 研究现状分析 33
3.1.2 蚁群聚类思想 34
3.1.3 历史灾害记录的属性
定义 35
3.1.4 蚁群聚类算法描述 36
3.1.5 性能分析 38
3.2 基于混合模糊算法的历史地震烈度判定方法 40
3.2.1 研究现状分析 40
3.2.2 混合模糊历史地震烈度判定模
型 43
3.2.3 实例分析 47
3.3 本章小结 48
第4章 区域灾害链挖掘以及灾害社团的划分方法 49
4.1 以改进萤火虫为基础的区域灾害链挖掘算法 49
4.1.1 研究现状分
析 49
4.1.2 解决思路 50
4.1.3 IGSO区域灾害链挖掘算法 51
4.1.4 性能分析 53
4.2 基于TSP路径信息素的复杂网络社团划分方法 55
4.2.1 研究现状分析 55
4.2.2 灾害社团划分与TSP问题 56
4.2.3 TSPP算法 59
4.2.4 实验及性能分析 61
4.3 本章小结 62
第5章 基于复杂网络的灾害关联研究 63
5.1 共现分析 63
5.2 地震区域关联度分析 65
5.2.1 构造共现矩阵 65
5.2.2 相对关联度计算 66
5.2.3 修正的Salton指数 68
5.3 不同灾种关联度分析 69
5.3.1 构造共现矩阵
69
5.3.2 关联度的计算 71
5.3.3 基于时间跨距的关联度分析 72
5.3.4 自然灾害之间的引发率 73
5.3.5 自然灾害的危害度 74
5.4 基于引发率的灾种复杂网络建模 75
5.4.1 初始模型的建立 75
5.4.2 连锁反应网络模型的构建 76
5.4.3 灾种的重要性评估 76
5.4.4 聚类系数分析 78
5.5 本章小结 80
第6章 各种灾害的特征及其
相关实验 81
6.1 水灾的灾害特征及其与虫灾、太阳黑子活动的关系研究 81
6.1.1 研究意义 81
6.1.2 水灾的灾害特征 81
6.1.3 水灾与太阳活动，主要是太阳黑子的关系
93
6.1.4 水灾与虫灾之间的联系 95
6.2 疫灾的灾害特征及其与饥荒、战乱和虫灾活动的关系研究 99
6.2.1 研究意义 99
6.2.2 疫灾的灾害特征 99
6.2.3 疫灾与其他灾害、战
乱的联系 105
6.3 地震的灾害特征及其与疫灾、太阳黑子的关系研究 109
6.3.1 研究意义 109
6.3.2 地震的灾害特征 109
6.3.3 地震与疫灾、太阳黑子的关系 114
6.4 本章小结 117
第7章 疫灾中病毒传播规律研究 118
7.1 引言 118
7.2 经典的传染病模型 118
7.3 小世界网络中具有饱和传染率的病毒传播模型 120
7.3.1 研
究现状分析 120
7.3.2 小世界网络中的SIRS传播模型 121
7.3.3 平衡点的分析 122
7.3.4 免疫策略 125
7.4 基于常数输入的病毒传播模型及其分析 127
7.4.1 研究现状分
析 127
7.4.2 建立模型 128
7.4.3 仿真与实验 129
7.5 竞争环境下疫灾病毒传播的动力学分析与仿真 132
7.5.1 引言 132
7.5.2 建立模型 132
7.5.3 平衡点及其
稳定性分析 134
7.6 本章小结 139
参考文献 140

1. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
2. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
3. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
4. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
5. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
6. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
7. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
8. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
9. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
10. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
11. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
12. C程序设计实践教程 [刘卫国]
13. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
14. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
15. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
16. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
17. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
18. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
19. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
20. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
21. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
22. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
23. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
24. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
25. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
26. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
27. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
28. HCIA-Datacom认证题库分类精讲 [主 编 韩立刚]
29. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
30. 网络规划设计师备考一本通 [夏杰 编著]