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小世界和无标度网络是复杂网络研究中两种重要的网络模型。小世界网络具有较高的集聚系数和较短的路径长度,而无标度网络则呈现幂律度分布特征。这两种网络模型在社交网络、生物网络和技术网络中都有广泛应用。
生成小世界网络通常采用Watts-Strogatz模型。该模型从一个规则的环状网络开始,以概率p随机重连边。当p较小时,网络保持较高的集聚系数但路径长度显著缩短。无标度网络的生成则常用Barabási-Albert模型,它通过优先连接机制模拟网络的增长过程,新加入的节点倾向于连接到已有高度数的节点,从而形成少数高度连接的中心节点。
网络分析的关键指标包括度分布和集聚系数。度分布描述网络中节点度数的概率分布,无标度网络的度分布服从幂律分布。集聚系数衡量节点邻居之间相互连接的程度,计算方式包括全局集聚系数和局部集聚系数。全局集聚系数是网络中所有三角形闭合路径的比例,而局部集聚系数则针对单个节点计算其邻居间的连接密度。
在实际分析中,还需要考虑网络的其他统计特性,如平均路径长度、网络直径等。这些指标的计算通常需要遍历网络结构,可通过广度优先搜索等算法实现。对于大规模网络,还需要考虑计算效率和近似算法。
网络分析工具通常提供可视化功能,能直观展示网络结构和关键节点。通过分析这些网络特性,可以深入理解复杂系统的组织和行为模式。