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网络结构指标与随机图10 / 19

k 核分解与核数

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k 核(k-core;Seidman 1983):图中所有节点度都不小于 kk 的极大子图。节点的核数(coreness,或 k-shell 指数)ks(i)k_s(i) 是包含它的最大 k 核的 kk 值;核数恰为 kk 的节点组成第 kk 壳(k-shell)。

算法(剥洋葱):反复删除当前度小于 kk 的节点(删除后邻居的度会减小,可能引发连锁删除),剩下的就是 k 核;令 k=1,2,…k=1,2,\dots 依次剥离,得到每个节点的核数。按当前度排序的桶实现(Batagelj 与 Zaversnik 2003)总代价 O(M)O(M),适合百万级网络。

算例:一个三角形 {a,b,c}\{a,b,c\} 加一个只连在 aa 上的节点 dd:dd 的度为 1,先被剥离,核数为 1;剩下的三角形每个节点度为 2,核数为 2。注意 aa 的度为 3,但核数只有 2,核数衡量的是节点所处“核心”的稠密程度,而不只是自己的度。空手道网络的最大核数为 4,最内层的 4 核包含 10 个节点(含两位核心人物 0 与 33)。

性质与用途:

  • 核数是粗粒度的排序,大量节点并列,适合分层而不是精细排名;
  • 核数对“位于边缘的枢纽”有区分力:一个连接着许多叶子的高度节点,核数可能很低。Kitsak 等(2010)在几个社会网络上做 SIR 模拟,发现单个传播源最终感染范围更好地由核数预测,而不是度或介数(论文精读:Kitsak 2010;传播背景见网络上的传播与免疫);
  • 加权推广为 s 核(所有节点强度 ≥s\ge s 的极大子图,BCT 的 score_wu);
  • ER 网络中 k≥3k\ge3 的 k 核以不连续方式突然出现(Pittel、Spencer 与 Wormald 1996),这与巨分支的连续相变形成对照;不同度分布下 k 核的组织见 Dorogovtsev 等(2006)。

Wuchty 与 Almaas(2005, Proteomics)对酵母 PPI 网络做 k 核分解,发现从外层到最内层的核,蛋白为必需基因和进化保守的概率依次升高,并且这一结论对相互作用数据中的假阳性、假阴性较为稳健。它为致死性与中心性的争论提供了另一个视角:起作用的可能不是“度大”,而是“处在网络稠密核心”。