A Barabási-Albert-féle gráfmodell

Hasonló dokumentumok
Véletlen gráfok, hálózatok

Komplex hálózatok: alapfogalmak, modellek, módszerek

Hálózatok fejlődése A hatványtörvény A preferential attachment A uniform attachment Vertex copy. SZTE Informatikai Intézet

Betekintés a komplex hálózatok világába

Csima Judit BME, SZIT február 18.

Társadalmi és gazdasági hálózatok modellezése

Véletlen gráfok. Backhausz Ágnes Eötvös Loránd Tudományegyetem és MTA Rényi Alfréd Matematikai Kutatóintézet december 2.

Hierarchikus skálafüggetlen gráfok generálása fraktálokkal

Csima Judit BME, SZIT február 17.

Szalai Péter. April 17, Szalai Péter April 17, / 36

Összefoglalás és gyakorlás

Társadalmi és gazdasági hálózatok modellezése

Doktori disszertáció. szerkezete

Bevezete s a ha ló zatók vila ga ba II.

Diszkrét matematika 2.

Szociális hálózatok geográfiai beágyazódása

A hazai elszámolásforgalom hálózati elemzése

A MATEMATIKA NÉHÁNY KIHÍVÁSA

Lokális tulajdonságok véletlen. Nagy Gábor

Zsidók, tudomány és hálózatok?

SzA II. gyakorlat, szeptember 18.

Statisztikai módszerek a skálafüggetlen hálózatok

Pál Judit - Vörös András. Budapesti Corvinus Egyetem. Kapcsolatháló- és Oktatáskutató Központ március 1.

Közösségek keresése nagy gráfokban

Szociális hálózatok Gráf alapú módszerek. Adatbányászat. Klaszterezés Szociális hálózatok. Szegedi Tudományegyetem. Adatbányászat

Diszkrét matematika 1. estis képzés

PÁROS HOSSZÚ KÖRÖK GRÁFOKBAN

Diszkrét matematika 2.C szakirány

A társadalom hálózati jelenségeinek adatvezérelt vizsgálata I: Társadalmi terjedés. Magyar Tudomány Ünnepe 2017 Számítógépes Társadalomtudomány

KERESKEDELMI HÁLÓZATOK ELEMZÉSE HÁLÓZATELMÉLETI MÓDSZEREKKEL

A Bitcoin tranzakcióhálózat fejlődésének vizsgálata adatbányász módszerekkel

Ádám Réka. Szakdolgozat Alkalmazott matematikus MSc, Sztochasztika szakirány

Összetett hálózatok a híradástechnikában

Diszkrét matematika 2.

INFORMÁCIÓTERJEDÉS MODELLEZÉSE HÁLÓZATOKON DIFFERENCIÁLEGYENLETEKKEL

HAMILTON KÖR: minden csúcson PONTOSAN egyszer áthaladó kör. Forrás: (

Babeş-Bolyai Tudományegyetem Fizika Kar, Kolozsvár. Hegyi Géza. Filozofia és Történelem Kar, Kolozsvár. M.A. Santos, R. Coelho és J.J.

Matematika tanmenet 11. évfolyam (középszintű csoport)

Síkbarajzolható gráfok Április 26.

1. tétel - Gráfok alapfogalmai

Közösség detektálás gráfokban

Gráf-algoritmusok ERŐS / GYENGE KÖTÉSEK

Társadalmi és gazdasági hálózatok modellezése

Számítógép hálózatok, osztott rendszerek 2009

Diszkrét matematika 2. estis képzés

1: Bevezetés: Internet, rétegmodell Alapok: aszimptótika, gráfok. HálózatokII, 2007

HAMILTON ÚT: minden csúcson PONTOSAN egyszer áthaladó út

Az ügyfélelvándorlás kereskedelmi banki modellezése

Szociális hálók klaszterezése

Hálózati Algoritmusok

Debreceni Egyetem, Informatikai Kar, Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Hálózati elemzések az üzleti életben. Kovács Gyula Sixtep Kft.

Bevezete s a ha ló zatók vila ga ba

Komplex hálózatok szerkezetének és dinamikájának feltárása és modellezése statisztikus fizikai módszerekkel

Gráf csúcsainak színezése. The Four-Color Theorem 4 szín tétel Appel és Haken bebizonyították, hogy minden térkép legfeljebb 4 színnel kiszínezhető.

Fertőzés: hálózatok háborúja földön, vízen, levegőben

EGYSZERŰ, NEM IRÁNYÍTOTT (IRÁNYÍTATLAN) GRÁF

Farkas Illés Az MTMT által csatolt publikációs lista

Teljesítmény Mérés. Tóth Zsolt. Miskolci Egyetem. Tóth Zsolt (Miskolci Egyetem) Teljesítmény Mérés / 20

Komplex hálózatok moduláris szerkezete

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Gráfelméleti alapfogalmak

Gráfelméleti alapfogalmak-1

Algoritmuselmélet. Függvények nagyságrendje, elágazás és korlátozás, dinamikus programozás. Katona Gyula Y.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

III. Gráfok. 1. Irányítatlan gráfok:

EÖTVÖS LÓRÁND TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR SZAKDOLGOZAT. Bodor Andrea. Matematika BSc Tanári szakirány. Témavezető: Munkácsy Katalin

24. tétel. Kombinatorika. A grá fok.

Gráfok csúcsszínezései

REKLÁMPSZICHOLÓGIA. 1/a. TÁRSTUDOMÁNYOK és ÚJ TUDOMÁNYÁGAK

Természettudományi Kar. Rokob Sándor. Véletlen gráfok duplikációs modelljei. Matematika Bsc szakdolgozat

Matematika MSc záróvizsgák (2015. június )

A Győri agglomeráció közforgalmú közlekedési rendszerének vizsgálata*

Gráfelmélet/Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 13. Előadás

Algoritmuselmélet. Függvények nagyságrendje, elágazás és korlátozás, dinamikus programozás. Katona Gyula Y.

Gráfelméleti feladatok. c f

1. zárthelyi,

Scafida: egy energiahatékony adatközpont-struktúra

e (t µ) 2 f (t) = 1 F (t) = 1 Normális eloszlás negyedik centrális momentuma:

MÛHELY A KAPCSOLATHÁLÓ REGÉNYE. Letenyei László

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Mázsár Noémi. A járványterjedés modellezése véletlen gráfokon

KOMBINATORIKA ElŐADÁS Matematika BSc hallgatók számára. Klikkek gráfokban-1. Definíció. Egy G gráfban egy K V(G) csúcshalmazt klikknek nevezünk, ha K

Valószínűségszámítás és statisztika a fizikában március 12.

1. Gráfelmélet alapfogalmai

A zsebrádiótól Turán tételéig

Sali Attila Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. I. B. 137/b március 16.

Szimmetrikus kombinatorikus struktúrák MSc hallgatók számára. Ramsey-gráfok

Gépi tanulás a gyakorlatban. Kiértékelés és Klaszterezés

LÖVÉSZ ZÁSZLÓALJ KAPCSOLATI RENDSZEREINEK VIZSGÁLATA HÁLÓZATELEMZÉSI MÓDSZEREKKEL 1. RÉSZ

Feladatok, amelyek gráfokkal oldhatók meg 1) A königsbergi hidak problémája (Euler-féle probléma) a

A magyar vasúti infrastruktúra gráfelméleti elemzése

Magyar és angol szóasszociációs hálózatok vizsgálata. Orosz Katalin Kovács László Pollner Péter

Diszkrét matematika 2. estis képzés

A hálózatelmélet banki alkalmazása

TANTÁRGYI PROGRAM Matematikai alapok 2. útmutató

Alapfogalmak. Ha a gráf valamely két csúcsát egynél több él köti össze, akkor azt többszörös élnek nevezzük.

25. tétel: Bizonyítási módszerek és bemutatásuk tételek bizonyításában, tétel és megfordítása, szükséges és elégséges feltétel

IFFK 2015 Budapest, október Autóipari logisztikai hálózatok sztochasztikus modellezéséhez szükséges paraméterek elemzése

Átírás:

A Barabási-Albert-féle gráfmodell és egyéb véletlen gráfok Papp Pál András

Gráfok, hálózatok modelljei Rengeteg gráfokkal modellezhető terület: Pl: Internet, kapcsolati hálók, elektromos hálózatok, stb. Különböző modellek: Erdős-Rényi modell Watts-Strogatz modell Barabási-féle webgráf

Valós gráfok jellemzői Smallworld tulajdonság rövid átlagos úthossz Általában a csúcsok számában logaritmikus Magas klaszterezettség (clustering) Globális: zárt hármasok (tripletek) száma Lokális: csúcs szomszédjai közt futó élek és lehetséges élek aránya Megfelelő fokszámeloszlás

Erdős-Rényi modell Két különböző konstrukciót is jelöl: G(n, p) modell: n pont, minden él p valószínűséggel egymástól függetlenül G(n, M) modell: minden n pontú, M élű gráf azonos valószínűséggel

Erdős-Rényi modell G(n, p) modell Élek várható száma: G(n, M) modell Élek száma: pontosan M Egy adott e élű gráf valószínűsége: Minden M élű gráf valószínűsége: Élek egymástól függetlenek Élek egymástól nem függetlenek

Erdős-Rényi modell Néhány példa összetettebb tulajdonságra: Ha n p<1, akkor majdnem biztosan minden komponens mérete O(logn) alatt marad Ha a gráfban izolált pont Ha biztosan összefüggő lesz, akkor majdnem biztosan lesz, akkor a gráf majdnem

Erdős-Rényi modell Határ (threshold): Azt mondjuk, hogy egy p 0 =p 0 (n) függvény határ egy T tulajdonságra, ha p=p(n) esetén P(T) 0, ha p/p 0 0 P(T) 1, ha p/p 0 Például T= a gráf tartalmaz kört p 0 (n)=1/n határ T= a gráf összefüggő p 0 (n)=ln(n)/n határ

Erdős-Rényi modell Monoton tulajdonságok: Egy T gráftulajdonság monoton, ha olyan G(V, E 1 ) és G (V, E 2 ) gráfra, amelyre E 1 E 2, fennáll a következő: T teljesül G-re T teljesül G -re Tétel (Bollobás & Thomason): Ha T nemtriviális monoton gráftulajdonság, akkor létezik p 0 (n) határ a G(n, p) gráfokra.

Watts-Strogatz modell Kiindulási állapot: körgyűrű (ring lattice) Minden csúcs mindkét irányban a K/2 legközelebbi szomszédjával összekötve Majd: Minden él nagyobb sorszámú végpontját b valószínűséggel cseréljük Azonos valószínűséggel választunk azon végpontok között, melyekkel a gráf egyszerű marad

Watts-Strogatz modell Small-world tulajdonság Átlagos úthossz: b = 0 -ra: b 1 esetben: Klaszterezettség (clustering) b = 0 -ra: b 1 esetben:

Korlátozott véletlengráf folyamatok Restricted random graph process -ek Rucinski & Wormald: Egyenletes választás azon élek közül, amelyekkel a fokszám d alatt marad Erdős, Suen & Winkler: Egyenletes választás azon élek közül, amelyekkel nem keletkezik háromszög

Fokszámeloszlások Erdős-Rényi: Binomiális (Poisson) Watts-Strogatz: δ K / binomiális

Fokszámeloszlások Valós példákban: Csomópontok (hub-ok) Nagyon sok levél, kis fokszámú csúcs Néhány példa: Internet (webgráf) Hivatkozási gráf tudományos cikkeknél Szociális hálók (pl. filmszínészek) Nyugat-USA elektromos hálózata

Fokszámeloszlások Hatványeloszlás Legyen γ>1 valós szám. Annak a valószínűsége, hogy egy csúcs foka k: Tehát egy megfelelő c konstansra:

Fokszámeloszlások Példa kitevők: Internet (webgráf): γ 2.1 Hivatkozási gráf: γ 3 Filmszínészek: γ 2.3 Elektromos hálózat: γ 4

Barabási-Albert féle gráfmodell Két alapgondolat Folyamatos növekedés A folyamatnak nincs egy kitüntetett végállapota, újabb és újabb csúcsokat adunk a gráfhoz Preferenciális kapcsolódás (preferential attachment) Az új csúcsot annál nagyobb valószínűséggel kötjük egy régi v csúcshoz, minél nagyobb v fokszáma

Barabási-Albert féle gráfmodell Kiindulási állapot: Kezdeti véletlen gráf m 0 csúccsal Folyamatosan újabb csúcsok keletkeznek Az új csúcsot megjelenésekor összekötjük m darab, már jelenlévő csúccsal. Ha az i-edik csúcs fokszáma k i, akkor annak a valószínűsége, hogy összekötjük vele:

Barabási-Albert féle gráfmodell Skálafüggetlenség A modell során a fokszámeloszlás nem változik meg az idő múlásával 0,018 0,016 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 60000 70000 80000 90000 0,004 0,002 0 0 5 10 15 20 25 30

Barabási-Albert féle gráfmodell Skálafüggetlenség A modell során a fokszámeloszlás nem változik meg az idő múlásával 1,2 1 0,8 0,6 0,4 60000 70000 80000 90000 0,2 0 0 5 10 15 20 25 30

Barabási-Albert féle gráfmodell Tulajdonságai: Átlagos úthossz: Klaszterezettség: Robusztusság (a hubok egyaránt erősségek és gyengeségek)

Barabási-Albert féle gráfmodell Az alapösszetevők nélkül Növekedés nélkül: Egy idő után elveszti a skálafüggetlen tulajdonságát, végül teljes gráf lesz Preferenciális kapcsolódás nélkül: Azonos valószínűséggel minden csúcshoz

Barabási-Albert féle gráfmodell Egyéb kiegészítések Csúcsok törlése időnként A modellben jelenleg lineáris preferenciát használtunk, és az ezzel kapott eloszlás: Így ha γ 3, akkor a modellen módosítani kell!

Valós gráfpéldák 0,4 0,35 0,3 Asztrofizika kollaborációs gráf Email hálózat Wikipedia szerkesztői hálózat 0,25 0,2 Astrophysics Email Wiki 0,15 0,1 0,05 0 0 5 10 15 20 25 30

Valós gráfpéldák 0,6 Amazon termékek kapcsolatai Pennsylvania közlekedési térképe 0,5 0,4 0,3 Amazon Pennsylvania 0,2 0,1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Források Barabási, Albert-László, and Réka Albert. "Emergence of scaling in random networks." science 286.5439 (1999): 509-512. Janson, Svante, Tomasz Luczak, and Andrzej Rucinski. Random graphs. Vol. 45. John Wiley & Sons, 2011. Barabási, Albert-László, Réka Albert, and Hawoong Jeong. "Mean-field theory for scale-free random networks." Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 272.1 (1999): 173-187. Barabási, Albert-László, Réka Albert, and Hawoong Jeong. "Scale-free characteristics of random networks: the topology of the world-wide web." Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 281.1 (2000): 69-77. Hein, Dipl-Inform Oliver, Dipl-Wirtsch-Ing Michael Schwind, and Wolfgang König. "Scale-free networks." Wirtschaftsinformatik 48.4 (2006): 267-275. Wikipedia szócikkek (Erdős Rényi model, Watts and Strogatz model, Barabási Albert model, Scale-free network, Preferential attachment, Clustering coefficient)

A Barabási-Albert-féle gráfmodell és egyéb véletlen gráfok Papp Pál András