物理學科中複雜網路的研究與數學、計算科學中的圖論的研究有什麼異同?

物理學科中複雜網路的研究與數學、計算科學中的圖論的研究有什麼異同?章彥博2017-12-05 11:23:13

還是有些差別的。個人總結的是:數學、計算機中的圖論,追求的是精確且簡潔;而統計物理中研究的複雜網路,則已經放棄了絕對的精確。

上面說的精確是什麼意思呢?比如說圓周率,我若用π表示,則是精確的;但若用3。1415……表示,則是不精確的。另外一層意思是,統計物理中,很多規律,實際是統計平均的結果。比如Barabasi的優先連線模型,可以用平均場推出冪律分佈,而且與很多實際資料都吻合。這個冪律分佈是平均場推出的,但即使是理想化的計算機模擬,也不一定會得到全然精確的冪律分佈;而「與實際資料吻合」,也不是像數學研究中那樣的,完完全全相同,而是有一定的容錯率。小於這個容錯率,則認為是吻合的。

但同時,複雜網路中又大量使用圖論的工具。可以說,圖論是複雜網路的最根本的基礎。但圖論中研究的很多圖都是非常特殊、無缺陷的圖,用到真實世界的複雜網路中,就顯得無能為力了。但圖論中的很多概念,如圖的度、度分佈、圖的直徑等等,都用來度量一個複雜網路的性質。前面說到的「優先連線模型」,其要表達的性質,就是真實世界中觀測到的度分佈,這個度分佈是冪律下降的。然而一個隨機圖的度分佈卻不是這樣的。為此,Barabasi提出了「新加入網路的節點,傾向於和已有連邊多的節點相連」,這就如同我們上微博喜歡關注大V一樣。這裡複雜網路的關注點就是「度分佈」,但同時,也會忽略很多東西,比如聚類係數、中心度等資料,則與實際資料有較大偏差。可以說,圖論提供的很多測量工具可以用來檢測一個複雜網路模型是否有效。

所以總而言之,複雜網路與圖論的關係非常緊密,但方法論上有較大的差別。