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复杂网络之无标度网络

2025/4/28 12:12:29 来源:https://blog.csdn.net/weixin_64443786/article/details/144173471  浏览:    关键词:复杂网络之无标度网络

一、无标度性质

现实世界中的许多网络的度分布都具有无标度(幂律分布)性质,如万维网、因特网、电影演员网、蛋白质交互网、国际贸易网、交通网。

幂律分布的离散形式:

幂律分布的连续形式:

离散形式中的p_{k}有明确的含义:一个随机选择的节点其度为k的概率。相比之下,连续形式中具有物理意义的只有p(k)的积分。例如,一个随机选择的节点其度介于k_{1}k_{2}之间的概率为:

\int_{k_{1}}^{k2}p(k)dk

综上所述,度分布服从幂律分布的网络被称为无标度网络。如果网络是有向的,无标度性质分别适用于入度和出度。

无标度网络的枢纽节点:

随机网络和无标度网络的主要区别现在度分布的尾部,即Pk中k比较大的区域。

图中,紫色为幂律分布,绿色为泊松分布

无标度网络中大量小度节点和少量拥有很多链接的枢纽节点共存。而网络图中每个节点的大小和它的度成正比。

 对于无标度网络:k_{max} = k_{min}N^{\frac{1}{\gamma - 1}}

因此,网络越大,其最大枢纽节点的度就越大。k_{max}对于N的多项式依赖意味着,在大型无标度网络中,最大度k_{max}和最小度k_{min}之间可能存在好几个数量级的差异。

枢纽节点在随机网络中不存在,在无标度网络却自然出现。

二、无标度的含义

随机网络有标度

随机选择的节点:k = \left \langle k \right \rangle \pm \left \langle k \right \rangle^{1/2}

标度:\left \langle k \right \rangle

无标度网络没有标度

随机选择的节点:k = \left \langle k \right \rangle \pm \circ \circ

标度:无 

如何验证网络是无标度的:

① 绘制度分布

② 测量度指数

③ 真实网络中Pk的形状

如何使用networkx库生成符合幂律分布的度序列

from networkx.utils import powerlaw_sequence
import powerlaw
import matplotlib.pyplot as plt#幂律分布的指数设为2.5
degree_seq = powerlaw_sequence(10000, exponent=2.5)
int_deg = [int(di) for di in degree_seq]
# print(int_deg)fit = powerlaw.Fit(int_deg)
print(fit)
kmin = fit.power_law.xmin
print("kmin:", kmin)
print("gamma:", fit.power_law.alpha)
print("D:", fit.power_law.D)plt.figure(figsize=[6, 4.8])
fig = fit.plot_pdf(marker = 'o', color='b', linewidth=1)
fit.power_law.plot_pdf(color='b', linestyle='-', ax=fig)
plt.show()

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