网络鲁棒性、渗流与级联失效05 / 17
鲁棒性度量:R 指标与功能性指标
单个阈值 只描述“网络何时完全碎裂”,忽略了崩溃之前的损伤程度。两个网络可能有相同的 ,但其中一个在删去 5% 的节点后就失去一半节点的连通。
R 指标(Schneider 等 2011,PNAS):按自适应度攻击逐个删除节点,记 为删去 个节点后最大连通分支的节点比例, 即攻击曲线下的面积,取值约在 (星形网络)到 (完全图)之间,可以比较不同规模的网络。对随机失效或其他攻击策略同样可以定义类似的曲线下面积。
手算例: 的星形网络,第一步删掉中心,此后每个剩余节点都孤立:,,。 的路径 0–1–2–3–4,按介数先删中点 2,剩下两段长度为 2 的路径:;再删 1 得 ;随后 ,,。路径比星形“更鲁棒”,因为它没有单点故障。
其他常用指标:
| 指标 | 定义 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 曲线与 | 最大分支比例随删除比例的变化 | 渗流意义上的整体连通 |
| 全局效率 | 删除后效率下降比例 | 不连通网络也有定义;脑网络常用 |
| 平均路径长度、直径 | Albert 等(2000)使用 | 只在连通分支内定义 |
| 第二大分支、团簇大小分布 | 临界点附近达到峰值 | 判定 |
| 功能指标 | 代谢网络的生物量合成、信号网络的输入–输出可达性 | 生物医学问题首选 |