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The structure of networks that evolve under a combination of growth, via node addition and random attachment, and contraction, via random node deletion
arXiv - PHYS - Disordered Systems and Neural Networks Pub Date : 2022-09-20 , DOI: arxiv-2209.10027 Barak Budnick, Ofer Biham, Eytan Katzav
arXiv - PHYS - Disordered Systems and Neural Networks Pub Date : 2022-09-20 , DOI: arxiv-2209.10027 Barak Budnick, Ofer Biham, Eytan Katzav
We present analytical results for the emerging structure of networks that
evolve via a combination of growth (by node addition and random attachment) and
contraction (by random node deletion). To this end we consider a network model
in which at each time step a node addition and random attachment step takes
place with probability $P_{add}$ and a random node deletion step takes place
with probability $P_{del}=1-P_{add}$. The balance between the growth and
contraction processes is captured by the parameter $\eta=P_{add}-P_{del}$. The
case of pure network growth is described by $\eta=1$. In case that $0<\eta<1$
the rate of node addition exceeds the rate of node deletion and the overall
process is of network growth. In the opposite case, where $-1<\eta<0$, the
overall process is of network contraction, while in the special case of
$\eta=0$ the expected size of the network remains fixed, apart from
fluctuations. Using the master equation we obtain a closed form expression for
the time dependent degree distribution $P_t(k)$. The degree distribution
$P_t(k)$ includes a term that depends on the initial degree distribution
$P_0(k)$, which decays as time evolves, and an asymptotic distribution
$P_{st}(k)$. In the case of pure network growth ($\eta=1$) the asymptotic
distribution $P_{st}(k)$ follows an exponential distribution, while for
$-1<\eta<1$ it consists of a sum of Poisson-like terms and exhibits a
Poisson-like tail. In the case of overall network growth ($0 < \eta < 1$) the
degree distribution $P_t(k)$ eventually converges to $P_{st}(k)$. In the case
of overall network contraction ($-1 < \eta < 0$) we identify two different
regimes. For $-1/3 < \eta < 0$ the degree distribution $P_t(k)$ quickly
converges towards $P_{st}(k)$. In contrast, for $-1 < \eta < -1/3$ the
convergence of $P_t(k)$ is initially very slow and it gets closer to
$P_{st}(k)$ only shortly before the network vanishes.
中文翻译:
在增长(通过节点添加和随机附着)和收缩(通过随机节点删除)的组合下演化的网络结构
我们提出了新兴网络结构的分析结果,这些结构通过增长(通过节点添加和随机连接)和收缩(通过随机节点删除)的组合发展。为此,我们考虑一个网络模型,在该模型中,在每个时间步,以概率 $P_{add}$ 发生节点添加和随机附着步骤,以概率 $P_{del}=1-P_ 发生随机节点删除步骤{添加}$。增长和收缩过程之间的平衡由参数 $\eta=P_{add}-P_{del}$ 捕获。纯网络增长的情况用 $\eta=1$ 来描述。如果$0<\eta<1$,则节点添加率超过节点删除率,整个过程是网络增长。反之,$-1<\eta<0$,整个过程是网络收缩,而在 $\eta=0$ 的特殊情况下,除了波动之外,网络的预期大小保持不变。使用主方程,我们获得了时间相关度数分布 $P_t(k)$ 的封闭形式表达式。度分布 $P_t(k)$ 包括一个依赖于初始度分布 $P_0(k)$ 的项,它随着时间的推移而衰减,以及一个渐近分布 $P_{st}(k)$。在纯网络增长 ($\eta=1$) 的情况下,渐近分布 $P_{st}(k)$ 遵循指数分布,而对于 $-1<\eta<1$,它由泊松的总和组成-like 项,并表现出类似 Poisson 的尾巴。在整体网络增长的情况下($0 < \eta < 1$),度分布 $P_t(k)$ 最终收敛到 $P_{st}(k)$。在整体网络收缩的情况下($-1 < \eta < 0$) 我们确定了两种不同的制度。对于 $-1/3 < \eta < 0$,度分布 $P_t(k)$ 迅速收敛到 $P_{st}(k)$。相反,对于 $-1 < \eta < -1/3$,$P_t(k)$ 的收敛最初非常缓慢,并且仅在网络消失前不久才接近 $P_{st}(k)$。
更新日期:2022-09-22
中文翻译:
在增长(通过节点添加和随机附着)和收缩(通过随机节点删除)的组合下演化的网络结构
我们提出了新兴网络结构的分析结果,这些结构通过增长(通过节点添加和随机连接)和收缩(通过随机节点删除)的组合发展。为此,我们考虑一个网络模型,在该模型中,在每个时间步,以概率 $P_{add}$ 发生节点添加和随机附着步骤,以概率 $P_{del}=1-P_ 发生随机节点删除步骤{添加}$。增长和收缩过程之间的平衡由参数 $\eta=P_{add}-P_{del}$ 捕获。纯网络增长的情况用 $\eta=1$ 来描述。如果$0<\eta<1$,则节点添加率超过节点删除率,整个过程是网络增长。反之,$-1<\eta<0$,整个过程是网络收缩,而在 $\eta=0$ 的特殊情况下,除了波动之外,网络的预期大小保持不变。使用主方程,我们获得了时间相关度数分布 $P_t(k)$ 的封闭形式表达式。度分布 $P_t(k)$ 包括一个依赖于初始度分布 $P_0(k)$ 的项,它随着时间的推移而衰减,以及一个渐近分布 $P_{st}(k)$。在纯网络增长 ($\eta=1$) 的情况下,渐近分布 $P_{st}(k)$ 遵循指数分布,而对于 $-1<\eta<1$,它由泊松的总和组成-like 项,并表现出类似 Poisson 的尾巴。在整体网络增长的情况下($0 < \eta < 1$),度分布 $P_t(k)$ 最终收敛到 $P_{st}(k)$。在整体网络收缩的情况下($-1 < \eta < 0$) 我们确定了两种不同的制度。对于 $-1/3 < \eta < 0$,度分布 $P_t(k)$ 迅速收敛到 $P_{st}(k)$。相反,对于 $-1 < \eta < -1/3$,$P_t(k)$ 的收敛最初非常缓慢,并且仅在网络消失前不久才接近 $P_{st}(k)$。