复杂网络的基础知识

第二章  复杂网络的基础知识
2.1 网络的概念
所谓“网络”(networks,实际上就是节点(node)和连边(edge)的集合。如果节点对(ij)与(jzigbee模块通信i)对应为同一条边,那么该网络为无向网络(undirected networks),否则为有向网络(directed networks)。如果给每条边都赋予相应的权值,那么该网络就为加权网络(weighted networks),否则为无权网络(unweighted networks),如图2-1所示。
2-1  网络类型示例
(a) 无权无向网络    (b) 加权网络    (c) 无权有向网络防伪打印机
如果节点按照确定的规则连边,所得到的网络就称为“规则网络”(regular networks,如图2-2所示。如果节点按照完全随机的方式连边,所得到的网络就称为“随机网络”(random networks。如果节点按照某种(自)组织原则的方式连边,将演化成各种不同的网络,称为“复杂网络”(complex networks
2-2  规则网络示例
(a) 一维有限规则网络    (b) 二维无限规则网络
2.2 复杂网络的基本特征量
描述复杂网络的基本特征量主要有:平均路径长度average path length)、簇系数(clustering efficient)、度分布(degree distribution)、介数(betweenness)等,下面
介绍它们的定义
2.2.1 平均路径长度(average path length)蓝牙门禁
定义网络中任何两节点ij之间的距离lij从其中一个节点出发到达另一节点所要经过的边的最少数目。定义网络的直径(diameter)为网络中任意两个节点之间距离的最大值。即
                      (2-1)
定义网络的平均路径长度L为网络中所有节点对之间距离的平均值。即
                      (2-2)
其中N物联网天线为网络节点数,不考虑节点自身的距离。网络的平均路径长度L又称为特征路径长度(characteristic path length)。
网络的平均路径长度L和直径D主要用来衡量网络的传输效率。
2.2.2 簇系数(clustering efficient)
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假设网络中的一个节点iki条边将它与其它节点相连,这ki个节点称为节点i的邻居节点,在这ki个邻居节点之间最多可能有ki(ki-1)/2条边。节点iki个邻居节点之间实际存在的边数Ni和最多可能有的边数ki(ki-1)/2之比就定义为节点i系数,记为Ci。即
                          (2-3)
整个网络的聚类系数定义为网络中所有节点i的聚类系数Ci的平均值,记为C。即
                      (2-4)
显然,0 C 1之间。当C=0时,说明网络中所有节点均为孤立节点,即没有任何连边。当C=1时,说明网络中任意两个节点都直接相连,即网络是全局耦合网络。
2.2.3 度分布(degree distribution)
网络中某个节点i的度ki定义为与该节点相连接的其它节点的数目,也就是该节点的邻数。通常情况下,网络中不同节点的度并不相同,所有节点i的度k汽车轮胎模具i的的平均值称为网络的(节点)平均度,记为<k>。即
                      (2-5)
网络中节点的分布情况一般用度分布函数P(k)来描述。度分布函数P(k)表示在网络中任意取一点,该节点的度恰好k概率
                (2-6)
通常,一个节点的度越大,意味着这个节点属于网络中的关键节点,在某种意义上也越“重要”。
2.2.4 介数(betweenness)
节点i的介数定义为网络中所有的最短路径中,经过节点i的数量。用Bi表示。即

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