节点的度与网络稀疏性
一、度與平均度
度:與節(jié)點直接相連的邊的數(shù)目。
平均度:網(wǎng)絡中所有節(jié)點的度的平均值,記為。
用ki_ii?表示節(jié)點i的度。
給定網(wǎng)絡G的鄰接矩陣A=(aij_{ij}ij?)N?N_{N*N}N?N?,我們有
網(wǎng)絡節(jié)點的度與網(wǎng)絡邊數(shù)M有如下關系:
亦既有
二、出度與入度
1、有向網(wǎng)絡的度
有向網(wǎng)絡節(jié)點的度包括出度和入度,節(jié)點i的出度是指從節(jié)點i指向其它節(jié)點的邊的個數(shù),節(jié)點i的入讀是指其它節(jié)點指向節(jié)點i的邊的數(shù)目。
節(jié)點的出度和入讀也可以通過鄰接矩陣的元素來表示:
在有向網(wǎng)絡中單個點的出度和入度可能不相同,單平均出度和平均入度是相同的。即以下等式成立:
2、加權網(wǎng)絡的度
對于加權網(wǎng)絡而言,除了度的概念,還可以定義節(jié)點的強度。給定一個包含N個節(jié)點的加權網(wǎng)絡G及其權值矩陣W=(wij_{ij}ij?)。
2.1 無向加權網(wǎng)絡
如果G是無向加權網(wǎng)絡,那么節(jié)點i的強度定義為:
2.2 有向加權網(wǎng)絡
如果G是有向加權網(wǎng)絡,那么節(jié)點i的出強度和入強度分別為:
三、網(wǎng)絡稀疏性與稠密化
1、網(wǎng)絡密度定義
一個包含 N個節(jié)點的網(wǎng)絡的密度ρ\rhoρ定義為網(wǎng)絡中實際存在的邊數(shù)M與最大可能的邊數(shù)之比。
(1)無向網(wǎng)絡密度
(2)有向網(wǎng)絡密度
2、稀疏性
如果當N→∞\infty∞時網(wǎng)絡密度趨于零或網(wǎng)絡平均度趨于一個常數(shù),就表明網(wǎng)絡中實際存在的邊數(shù)是比N2^22低階的,那么我們就可以認為該網(wǎng)絡是稀疏的;此時,鄰接矩陣中非零元素的比例也會趨于零。
3、稠密性
如果當N→∞\infty∞時網(wǎng)絡密度趨于一個非零常數(shù),就表明網(wǎng)絡中實際存在的邊數(shù)是與N2^22同階的,那么我們就可以認為該網(wǎng)絡是稠密的;此時,鄰接矩陣中非零元素的比例也會趨于一個常數(shù)。
4、平均度與網(wǎng)絡密度之間的關系
將時刻t網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)和邊數(shù)分別記為N(t)和M(t)。如果兩者呈線性比例關系,即M(t)~N(t) ,那么由上式可見,平均度為一常數(shù)。另一方面,如果兩者呈平方關系,即M(t)~N2^22(t),那么就意味著,平均而言,每個節(jié)點都會與網(wǎng)絡中一定比例的其他節(jié)點直接相連,整個網(wǎng)絡會演化為一個非常稠密的網(wǎng)絡。研究表明,許多實際網(wǎng)絡的演化是介于上述兩種情形之間的,即服從如下的超線性關系,也稱為稠密化冪律。
這意味著,一方面,相對而言,實際網(wǎng)絡會隨著時間的演化而變得越來越稠密;另一方面,與稠密的全耦合網(wǎng)絡相比,實際網(wǎng)絡仍然是稀疏的。
總結
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