复杂网络的分类及基本特性
(2013-07-29 19:27:16)
标签:
复杂网络分类复杂网络统计特性介数同配性和异配性 |
分类: complexnetworks |
网络的定义:
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统计物理学角度:网络是由许多个体以及个体之间相互作用的系统
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图论的角度:网络可用图G=(V,E,A)来描述,其中V={1,2,…,N}是非空节点集合,E∈V×V为边的集合,矩阵A=(aij)∈RN×N是描述节点与边之间关系的邻接矩阵(AdjacentMatrix)。边集中的每一条边都有点集中的一对节点与之对应,其中的节点表示系统中的基本单元,边表示相互作用或关系。
网络的分类:
无向网络(UndirectedNetwork):所有边的节点对没有顺序。
有向网络(DirectedNetwork):所有边的节点对没有顺序。
加权网络(WeightedNetwork):每一条边都有相应的权值。
无权网络(UnweightedNetwork):每一条边都无相应的权值或每一条边 相应的权重都等于1。
网络的统计特征量:
节点对距离:连接该节点对对应节点之间最短距离的边数。
特征路径长度(平均路径长度):所有节点对之间距离的平均值。
聚类系数:假设网络有N个节点组成,其中第i(1≤i≤N)个节点通过Ki条边与其它Ki个节点相连接。若这Ki个节点都相互连接,则它们之间应该存在Ki(Ki -1)/2条边。节点i的聚类系数C(i)定义为这Ki个节点之间实际存在的边数Ei与Ki(Ki -1)/2之比,即c(i)=2E/ Ki(Ki -1)。网络的聚类系数c则是整个网络中所有节点的聚类系数的平均值。显然,0≤C≤1。C=0当且仅当网络中没有任意三个节点是相互连接的,比如平均度为2的环形网络;C=l当且仅当网络是全局耦合的,即网络中任意两个节点都直接相连。
度与度的分布:节点i的度Ki为节点i连接的边的总数目。度是描述网络局部特性的基本参数。网络中节点的度的分布情况可用分布函数P(k)表示,其含义为从网络中随机选取一个节点,该节点具有k条边的概率。度分布函数反映了网络的宏观统计特征。分布函数的尾部遵从规律P(k)=ck-λ,并将这种具有幂律型度分布的网络称之为"无标度"网络。值得注意的是,"无标度"不是没有标度,也不是没有均值,而是指幂律度分布具有标度不变性。
介数(节点介数和边的介数):
节点介数:节点介数(Node Betweenness)反映了某节点在网络中的重要性。令节点i和节点j之间最短路径的条数为nij这两个节点之间经过节点k的最短路径条数记为nij (k),则节点k的介数定义为:
某个节点的介数越大,说明在信息传递过程中通过该节点的信息量也越多,于是也越容易发生信息拥塞。
边介数(Edge Betweenness):衡量网络的边的性能的一个重要参数,同样可以通过衡量通过某一条边的最短路径的条数来定义。
同配性(assortatvity)与异配性(disassortatvity): 在不改变节点度分布的情况下,可以使度大的节点倾向于和其它度大的节点连接。网络中的这个重要的结构特性,称之为节点之间的相关性(Correlation)。如果网络中的节点趋于和它近似的节点相连,就称该网络是同配的(Assortative);反之,就称该网络是异配的(Disassortative)。网络同配性(或异配性)的程度可用同配系数(也称Pearson Coefficient----皮尔森系数)r来刻画。r>0表示整个网络呈现同配性结构,度大的节点倾向于和度大的节点相连;r<0表示整个网络呈现异配性;r=0表示网络结构不存在相关性。

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