Evolution of Cooperation on Spatially Embedded Networks
在这项工作中，我们研究了经典的两个人，两个战略的进化游戏的行为网络嵌入在一个欧几里得二维空间与不同种类的度分布和拓扑结构，从规则到随机，和无标度的。使用几个模仿微观动力学，我们研究了上述网络类的全球合作的演变，并发现，特定的拓扑结构具有层次结构和不均匀的程度分布，如阿波罗和网格为基础的网络，是非常有利于合作。空间无标度网络仍然有利于合作，但程度较低。这两类网络通过移动合作区域和缺陷区域之间的边界，增强了所有游戏中相对于标准随机几何图和规则网格的平均合作。这些发现可能是有用的交互结构的设计，保持合作时，代理人被限制在物理二维空间。
2013-07-02 cs.SI physics.soc-ph
Limits of Predictability of Cascading Overload Failures in Spatially-Embedded Networks with Distributed Flows
级联故障是复杂信息或基础设施网络的一个关键弱点。在这里，我们调查的属性基于负载的级联故障在真实和合成的空间嵌入式网络结构，并提出缓解策略，以减少这种故障造成的损害的严重程度。我们引入了一个随机的方法，以固定的总成本的资源（节点容量）的最佳异构分布。此外，我们设计和比较网络的性能与N-稳定和（N-1）-稳定的网络容量分配触发级联使用各种现实世界中的节点攻击和节点故障的情况。我们表明，通过增加节点保护的故障缓解可以有效地实现对单节点故障。然而，由于可能故障的组合增加，减轻多个节点故障要困难得多。我们分析了系统的鲁棒性，增加保护，并发现存在一个临界容差，在该系统经历了相变，并在该网络几乎完全生存的攻击。此外，我们表明，级联尺寸分布测量在这个区域表现出幂律衰减。最后，我们发现由单个节点和节点集引起的级联大小之间存在很强的相关性。我们还表明，网络拓扑结构本身是一个薄弱的因素，在确定级联故障的进展。
2017-06-14 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.comp-ph
Evolution of spatially embedded branching trees with interacting nodes
我们研究了嵌入在欧氏空间中的分支树的演化与抑制分支的空间接近的节点。这种合作分支过程解释了嵌入空间中节点过度拥挤的影响，并模仿了生命过程的进化（所谓的“生命之树”），其中新的复杂性水平出现了一个短暂的过渡，随后是一个长期的逐渐进化甚至完全灭绝。我们考虑分支树的模型，其中每个新的节点可以产生两个树枝在单位距离内的节点在欧几里得空间，但这种分支被抑制，如果新生的节点比距离$a$从上一代节点之一。这导致初始阶段的爆炸性（指数）增长，并且在小$a$的一些交叉时间$t_x \sim \ln(1/a)$之后，导致缓慢（幂律）增长。这个特殊点，也是网络科学从“小话”到“大话”的一个过渡。我们表明，如果空间受到限制，那么这种进化可能会以灭绝而告终。
2011-10-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cs.SI
A new nature inspired modularity function adapted for unsupervised learning involving spatially embedded networks: A comparative analysis
Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔分校）；Washington University in Saint Louis（圣路易斯华盛顿大学）
无监督机器学习方法在许多传统的工程学科中可以提供很大的帮助，在这些学科中，大量的标记数据不容易获得，或者生成起来非常困难或成本高昂。两个具体的例子包括粒状材料的结构和金属玻璃的原子结构。虽然前者对数千亿美元的全球产业至关重要，但后者仍然是基础科学中的一个大难题。这两个例子中有一个共同点，即粒子是嵌入在欧几里得空间中的集合的元素，人们可以创建一个空间嵌入网络来表示它们的关键特征。最近的一些研究表明，聚类，一般指的是无监督学习，在划分这些网络方面有很大的希望。在许多复杂网络中，节点的空间信息在决定网络性质方面起着非常重要的作用。因此，了解这种网络的结构是非常重要的。我们已经比较了我们新开发的模块化功能与一些著名的模块化功能的性能。我们通过在2D和3D颗粒组装中找到最佳分区来进行这种比较。我们表明，在这篇文章中考虑的网络类，我们的方法产生更好的结果比竞争的方法。
2020-07-18 cs.LG physics.soc-ph stat.ML
Spatially localized attacks on interdependent networks: the existence of a finite critical attack size
现实世界中的许多复杂系统如基础设施、通信和交通网络都是嵌入在空间中的，其中一个系统的实体可能依赖于其他系统的实体。由于恶意攻击或自然灾害，这些系统容易发生地理上局部的故障。在这里，我们研究的弹性系统组成的两个相互依赖的空间嵌入式网络本地化的地理攻击。我们发现，如果一个攻击是大于一个有限的（零分数的系统）的临界大小，它会蔓延到整个系统，并导致其完全崩溃。如果攻击低于临界大小，它将保持局部性。相反，在随机攻击下，系统的有限部分需要被移除以启动系统崩溃。我们提出了数值模拟和理论方法来分析和预测本地攻击的效果和临界攻击大小。我们的研究结果表明，相互依赖的空间嵌入式基础设施的本地攻击的高风险，可以用于设计更具弹性的系统。
2013-10-03 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
A Random Growth Model for Power Grids and Other Spatially Embedded Infrastructure Networks
我们提出了一个模型来创建合成网络，也可以作为某种基础设施网络演变的叙述。它包括一个初始化阶段的网络扩展树状的最小成本和一个增长阶段的附件规则之间的权衡成本优化和冗余。此外，我们实现了一些线被分裂的网格的演变过程中的功能。我们表明，由此产生的度分布有一个指数尾，可能会显示在度2，适合现实世界的电网网络的观察最大。特别地，可以部分独立地控制指数衰减的平均度和斜率。为了验证我们的分析形式在多大程度上描述了度分布，我们进行了统计检验，表明指数尾的假设对于我们的模型数据是可以接受的。
2016-02-08 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Generation of Spatially Embedded Random Networks to Model Complex Transportation Networks
随机网络越来越多地用于分析复杂的运输网络，如航线，公路和铁路网络。到目前为止，这方面的研究一直集中在描述的网络的性质的帮助下，随机网络，往往没有考虑其空间特性。在这篇文章中，提出了一种方法来创建随机网络保持其空间属性。所产生的随机网络并不是要成为正在研究的真实世界网络的精确模型，而是要用于深入了解网络的功能，同时考虑其空间特性，这在许多类型的分析中可能是有用的，例如估计网络相关的风险。所提出的方法结合了空间非均匀点的顶点创建过程，占空间分布的顶点，考虑网络的聚类效应和混合连接模型的边缘创建。为了说明所提出的方法被用来深入了解一个真实世界的网络的能力，它是用来估计标准的结构统计的一部分，瑞士的道路网络，然后将这些与已知的值进行比较。
2017-09-18 physics.soc-ph
Analysis of contagion maps on a class of networks that are spatially embedded in a torus
网络上的传播过程受网络底层空间结构的影响，研究传播过程在多大程度上遵循这种结构是有意义的。我们考虑一个阈值传染模型的网络，其节点嵌入在一个流形，并有两个“几何边缘”，这方面的几何基础流形，和“非几何边缘”，不受该几何约束。基于Taylor等人\cite{Taylor2015}的思想，我们研究了传染病何时以波的形式沿着节点嵌入圆环的网络传播，以及何时通过长的非几何边缘跳跃到网络的偏远地区。我们建立了一个“传染病地图”的传染病传播这样一个“嘈杂的几何网络”，以产生一个点云，我们研究的维度，几何形状和拓扑结构的点云，以检查这个传播过程的定性属性。我们确定了一个区域中的参数空间中的传染传播主要通过波前传播。我们考虑不同的概率分布，用于构建非几何边缘-反映不同的衰减率相对于节点之间的距离在底层流形-和检查的影响，这样的选择上的扩散动力学的定性性质。我们的工作推广了Taylor等人的分析，并巩固了传染图作为研究空间网络传播行为的工具和流形学习的技术。
2021-04-05 cs.SI math.AT math.DS
Cascading failures in spatially-embedded random networks
连锁故障是互联系统的一个重要弱点。在这里，我们专注于研究这种故障的网络中，节点的连通性受到地理距离的限制。具体而言，我们使用随机几何图作为这种空间网络的代表性例子，并研究在分布式流的存在下，它们的级联故障的性质。这项研究的关键发现是，级联故障的过程是非自平均的空间网络，因此，从分析这样的网络的合奏聚合推理导致不正确的结论时，应用到一个单一的网络，无论网络有多大。我们证明，这种缺乏自我平均消失了引入一小部分的远程链接到网络中。我们模拟了良好的研究抢占节点删除级联缓解策略，并表明它在很大程度上是无效的空间网络的情况下。我们引入了一个利他主义的策略，旨在限制网络节点的级联触发失败的情况下，损失，并表明它比抢占式的策略表现得更好。最后，我们考虑一个现实世界的空间网络，即。欧洲电力传输网络和验证，我们的研究结果从随机几何图形的研究也证实了级联故障的经验网络上的模拟。
2014-01-07 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Impact of embedding on predictability of failure-recovery dynamics in networks
从交通运输结构到人体，许多空间嵌入式网络系统都存在故障、损伤扩散和恢复问题。在这里，我们研究嵌入式和非嵌入式网络中的自发损伤，诱导故障和恢复之间的相互作用。在我们的模型中，网络的组件遵循三个捕捉这些特征的现实过程：（i）独立于邻域的部件的自发失效（内部故障），（ii）由失效的相邻节点引起的失效（外部故障）和（iii）一个组件的自发恢复。我们确定了一个亚稳域的全球网络相图跨越模型的控制参数，其中戏剧性的滞后效应并且观察到两个共存状态之间的随机切换。由于这些影响的可预测性的损失取决于嵌入式系统的特征链路长度。特别是对于欧几里德格，滞后和开关只发生在一个非常狭窄的区域的参数空间相比，随机网络。我们开发了一个统一的理论，联系我们的模型的动态接触过程。我们的统一框架可能有助于更好地理解空间嵌入式和随机网络的可预测性和可控性，其中组件的自发恢复可以减轻全球网络中的自发故障和损害传播。
2016-09-26 physics.soc-ph
Null Models for Community Detection in Spatially-Embedded, Temporal Networks
在网络的研究中，使用算法来确定诸如“社区结构”之类的中尺度特征通常是有见地的，其中密集连接的节点集构成与其他社区有稀疏连接的“社区”。最流行的算法检测社区的方法是优化称为模块化的质量函数。当优化模块化时，人们将（静态或时间相关的）网络中的实际连接与从随机图集成（作为空模型）中获得的连接进行比较。社区则是相对于空模型的预期，彼此紧密连接的节点集合。显然，社区检测的过程从根本上取决于空模型的选择，因此，重要的是要开发和分析新的空模型，考虑到所研究的系统的适当功能。本文研究了引入空间信息的零模型的效果，提出了一种基于辐射模型的人口扩散零模型。我们还开发了新的合成空间基准网络，其中实体之间的连接是基于节点之间的距离或流量，我们比较了静态和时间相关的辐射零模型的性能，标准（“纽曼-格文”）零模型的模块化优化和最近提出的重力零模型。在我们的比较中，我们使用了上述合成基准和时间依赖的相关网络，我们使用秘鲁全国登革热发病率数据构建。我们还评估了最近提出的相关空模型，这是专门为相关网络，从时间序列构建，在mathemic相关数据。
2015-01-22 cs.SI nlin.AO physics.bio-ph
Detecting spatial homogeneity in the world trade web with Detrended Fluctuation Analysis
在空间嵌入式网络中，即节点可以在坐标系中唯一确定的网络中，链接的权重可能会受到耦合每对节点（二元）的度量距离的影响。为了评估度量距离在多大程度上影响空间嵌入式网络中的关系（链接的权重），我们提出了一种基于DFA（去趋势波动分析）的方法。DFA是一种很好的方法来评估自相关性和估计长期行为的时间序列。我们认为，它可以进一步扩展到空间有序序列，以评估值的自相关性。标度指数为0.5（不相关的数据）将表示嵌入网络的完美齐次空间。我们将所提出的方法应用于世界贸易网（WTW）在1949年至2000年期间，我们发现，在一些对比重力模型的预测，贸易关系的距离的影响力下降。
2013-11-11 physics.data-an physics.soc-ph q-fin.GN
Nucleation phenomena and extreme vulnerability of spatial k-core systems
本研究针对二维空间嵌入k-core网络的渗流过程，发现连接长度可调控相变类型并存在亚稳相，揭示其极端脆弱性，为鲁棒空间网络设计及相关相变机制研究提供新见解。
2024-07-10 physics.soc-ph
Structure of n-clique networks embedded in a complex network
我们提出了一个强有力的工具来理解的组合高度互连的子图的全局结构的n-团网络，并提供了理论预测的统计性质的n-团网络嵌入在一个复杂的网络使用的度分布和聚类谱。此外，使用我们的理论预测，我们发现，3-团网络和原始网络之间的统计特性是不变的几个可观察的现实世界的网络与无标度连接和层次模块。结果表明，3团网络与原始网络的结构性质相同。
2007-02-20 physics.soc-ph q-bio.MN
A complex network approach to robustness and vulnerability of spatially organized water distribution networks
在这项工作中，水分配系统被视为大型稀疏平面图与复杂的网络特性和网络的重要拓扑特征（即结构的鲁棒性和循环冗余）和系统的弹性之间的关系，被视为结构脆弱性的反义词，进行评估。利用复杂网络和谱图理论的确定性技术来量化所研究的基准网络中的良好连通性和估计环路冗余。通过使用图的连通性和扩展属性，对节点/链路故障和隔离的需求节点从源（S）的系统鲁棒性进行评估和网络容忍随机故障和有针对性的攻击，其桥梁和割集进行了分析。在其他测量中，提出了两个度量的网状性和代数连通性的候选人量化的冗余和鲁棒性，分别在优化设计模型。简要讨论了供水系统运行可靠性分析中所提供测量的范围和局限性。
2010-08-11 cs.CE cs.SI math.CO
Targeted Recovery as an Effective Strategy against Epidemic Spreading
我们提出了一个有针对性的干预方案，其中恢复仅限于具有最少数量的感染邻居的个人。我们的恢复策略在任何类型的网络上都是高效的，因为与自发恢复的基线场景相比，流行病爆发是最小的。在空间嵌入式网络的情况下，我们发现，一种流行病保持强烈的空间限制与特征长度尺度经历随机游走。我们证明了数值和分析，这种动力学导致一个流行点，具有平坦的表面结构和半径，线性增长的蔓延率。
2017-10-16 physics.soc-ph q-bio.PE
Degree Correlations in Random Geometric Graphs
空间嵌入式网络在许多学科中都很重要。我们假设的原型空间网络是随机几何图，其许多属性都是已知的。在这里，我们提出了新的结果的两点度关联函数的聚类系数的图形的二维空间，特别是扩展到任意有限维。
2013-03-19 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
