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  • 复杂网络上的动力学过程

          图论与复杂网络的根本区别在于后者不仅研究网络的静态结构,而且还关注网络的动力学特性。接下来讨论五种动态过程:随机游走、惰性随机游走、自避行走、游客漫步和流行病传播。还有一些其他的动力学过程,如信息传播,规则网络和复杂网络上的渗流和振荡器(节点)同步。(参考书籍:基于复杂网络的机器学习方法)

    1.随机游走

    随机游走是一系列由连续随机步组成的轨迹的数学表示。图上的每个离散马尔科夫链可以被认为是随机游走。离散马尔科夫链是随机过程,其未来状态在条件上独立于过去的状态,因此只要知道当前状态即可。

    从状态(节点)q到u的转移概率:q到u的边权重越大,就越有可能在两点之间产生转移。

    转移矩阵完全表征了马尔科夫过程。

    在随机游走过程中,采用传代时间函数来计算给定节点被访问的次数。

    势能矩阵:表示当我们从任何给定的其他节点开始,每个节点被访问的预期次数。

    这里仅存在两种状态:循环状态和过渡状态。此种情况下,如果j不是周期性的,那么它一定是短暂性的。

    2.惰性随机游走:解决周期性问题

    3.自避行走:网络上的节点仅被访问一次。

    4.游客漫步:遵循一个确定性规则。

    5.流行病传播

           流行病传播属于网络动力学过程,大家主要关心的是网络结构如何减弱或放大疾病传播。疫情的扩展可能与半监督学习中的数据标签传播直接相关。    

           流行病模型应用最广泛的是SIR和SIS模型。

           SIR模型,每个人都有三种状态:易感染,感染,恢复。SIR模型的动力学过程可以描述为:

        

            其中,x,y,z分别为全部群体中易感染者、感染者和免疫者所占的比例。

            SIS模型:与SIR模型的区别是,在SIS模型中,感染者在恢复之后可能会再次回到易感染状态。SIS模型的动力学过程定义为:

           

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