【BA无标度网络(无限规模)的传播阈值推导过程】

news/2025/2/12 8:48:31/

在BA无标度网络中,每个节点的度数是随机增长的,遵循幂律分布。假设节点 v v v的度数为 k v k_v kv,则节点 v v v将以概率 p = k v ∑ k k P ( k ) p=\frac{k_v}{\sum_{k} kP(k)} p=kkP(k)kv选择与之相连的邻居节点,其中 ∑ k k P ( k ) \sum_{k} kP(k) kkP(k)表示网络中所有节点的度数之和。

考虑传播过程,假设在时间 t = 0 t=0 t=0时刻,只有一个节点被感染,我们把它称为"Patient Zero"。在每个时间步中,已经被感染的节点以一定的传播概率 p p p将疾病传给它的邻居节点。

现在推导传播阈值。假设节点 v v v在时间 t t t时刻已经被感染,我们想知道它在时间 t + 1 t+1 t+1时刻是否能够成功传染给它的邻居。

节点 v v v能够成功传染给它的邻居节点的概率取决于两个因素:

  1. 节点 v v v的度数 k v k_v kv:节点 v v v有多少个邻居节点可以被传染。
  2. 邻居节点的传播概率:节点 v v v的邻居节点已经被传染的概率。

我们假设传播概率为 p p p,则节点 v v v能够成功传染给它的邻居的概率为 p ⋅ k v p \cdot k_v pkv。这是因为节点 v v v的每个邻居都有独立的概率 p p p被传染,并且节点 v v v k v k_v kv个邻居。

如果我们希望传播过程能够持续下去,也就是疾病能够在网络中蔓延开来,那么传播概率 p ⋅ k v p \cdot k_v pkv必须大于 1 1 1。这样,每个感染节点平均会传染给多于一个的邻居节点,从而导致疾病的传播。

因此,传播阈值可以定义为:
p c = 1 k avg p_c = \frac{1}{k_{\text{avg}}} pc=kavg1

其中, k avg k_{\text{avg}} kavg表示网络的平均度数,它是节点度数的期望值。

传播阈值 p c p_c pc是一个重要的临界点,当传播概率 p p p小于 p c p_c pc时,疾病无法在网络中蔓延开来;当传播概率 p p p大于 p c p_c pc时,疾病有可能在网络中蔓延开来。


http://www.ppmy.cn/news/96542.html

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