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复杂网络的基本原理

时间:2022-08-28 百科知识 版权反馈
【摘要】:为了理解网络结构和网络行为之间的关系,就需要对实际网络的结构特征进行分析,并在此基础上建立合适的网络结构模型。小世界网络是既具有较短的平均路径长度又具有较高的聚类系数的网络。其中,任意两个不同的节点之间至多只能有一条边,并且每一个节点都不能有边与自身相连。这类网络的节点连接度没有明显的特征长度,是无标度网络的重要特征。

在现实生活中,我们往往需要研究两个或多个行动者之间的关系,这种关系的复杂性往往会导致结构的复杂。为了理解网络结构和网络行为之间的关系,就需要对实际网络的结构特征进行分析,并在此基础上建立合适的网络结构模型(汪小凡等,2009)。

1.规则网络

一般规则网络有全局耦合网络、最近邻耦合网络和星形网络三种。全局耦合网络是指任意两个点之间都有边直接相连;最近邻耦合网络是指每一个节点只和其周围的邻居节点相连;星形网络是指只有一个中心点,其余点只和中心点相连,而彼此之间互不连接的网络类型。

2.随机网络

随机网络是与规则网络完全相反的网络,其中一个典型就是由厄多斯等人(1960)开发的ER随机模型,所谓的ER随机模型就是:如果当N→∞时产生一个具有性质Q的ER随机图的概率为1,那么就称几乎每一个ER随机图都具有性质Q。随机网络模型是我们整个研究的基础模型,为了进一步刻画其基本原理,我们模拟了其演化过程:假设初始状态有N个点(示意模型里面给出45个点),我们以概率为p连接两点,这样就会得到一个典型的EP随机图(见图2-4)。

图2-4 随机网络演化过程图

3.小世界网络模型

小世界网络是既具有较短的平均路径长度又具有较高的聚类系数的网络。本章从NW小世界模型构造开始介绍小世界网络模型。①从规则图开始:考虑一个含有N个点的最近邻耦合网络,它们围成一个环,其中每个节点都与它左右相邻的各K/2节点相连,K是偶数。②随机化加边:以概率p在随机选取的一对节点之间加上一条边。其中,任意两个不同的节点之间至多只能有一条边,并且每一个节点都不能有边与自身相连(汪小凡等,2009)。根据以上连接规则,作者通过计算机仿真模拟做出小世界网络连接示意图(见图2-5)。

4.无标度网络模型

近年来的研究发现Internet、www以及神经网络等的连接度分布函数具有幂律形式。这类网络的节点连接度没有明显的特征长度,是无标度网络的重要特征。BA模型是一个典型的无标度网络模型,是由Barabasi等人(1999)提出的。该网络具有两个重要特性:一个是增长特性,另一个是优先连接特性。

图2-5 小世界网络连接示意图

5.局域世界演化模型

在现实经济社会的网络中,由于局域世界连接性的存在,会形成具有各自局域世界的节点,它们占据和使用整个网络的局部连接信息。局域世界演化网络模型就是用来描述这种情形的,它是在BA无标度网络模型的基础上改进而来的(Li&Jin,2003)。

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