Seks grader af adskillelse:Hvorfor det trods alt er en lille verden

Det er trods alt en lille verden – og nu har videnskaben forklaret hvorfor. En undersøgelse foretaget af University of Leicester og KU Leuven, Belgien, undersøgt, hvordan små verdener opstår spontant i alle slags netværk, herunder neuronale og sociale netværk, giver anledning til det velkendte fænomen "seks grader af adskillelse".

Mange systemer viser komplekse strukturer, hvoraf et særpræg er en lille verden netværksorganisation. De opstår i samfundet såvel som økologiske og proteinnetværk, pattedyrshjernens netværk, og endda menneskeskabte netværk såsom Boston metro og World Wide Web.

Forskerne satte sig for at undersøge, om det er en tilfældighed, at sådanne strukturer er så udbredte, eller er der en fælles mekanisme, der driver deres fremkomst?

En undersøgelse for nylig offentliggjort i Videnskabelige rapporter af et internationalt team af akademikere fra University of Leicester og KU Leuven viste, at disse bemærkelsesværdige strukturer nås og vedligeholdes af netværksdiffusionen, dvs. den trafikstrøm eller informationsoverførsel, der finder sted på netværket.

Forskningen præsenterer en løsning på det mangeårige spørgsmål om, hvorfor langt de fleste netværk omkring os (WWW, hjerne, veje, elnetinfrastruktur) kan have en ejendommelig, men fælles struktur:topologi i den lille verden.

Undersøgelsen viste, at disse strukturer opstår naturligt i systemer, hvor der tages højde for informationsstrømmen i deres udvikling.

Nicholas Jarman, der for nylig afsluttede sin ph.d. -grad på Institut for Matematik, og er førsteforfatter til undersøgelsen, sagde:"Algorithmer, der fører til netværk i den lille verden, har været kendt i det videnskabelige samfund i mange årtier. Watts-Strogatz-algoritmen er et godt eksempel. Watts-Strogatz-algoritmen, imidlertid, var aldrig beregnet til at løse problemet med, hvordan den lille verdens struktur opstår gennem selvorganisering. Algoritmen ændrer bare et netværk, der allerede er meget organiseret."

Professor Cees van Leeuwen, som ledede forskningen ved KU Leuven sagde:"Netværksdiffusionen styrer netværksudviklingen mod fremkomsten af ​​komplekse netværksstrukturer. Fremkomsten effektueres gennem adaptiv omledning:progressiv tilpasning af strukturen til brug, skabe genveje, hvor netværksdiffusion er intensiv, mens underudnyttede forbindelser tilintetgøres. Produktet af diffusion og adaptiv omledning er universelt en struktur i en lille verden. Den samlede diffusionshastighed styrer systemets tilpasning, forspændende lokale eller globale tilslutningsmønstre, sidstnævnte giver et fortrinsret tilknytningsregime til adaptiv omledning. De resulterende småverdensstrukturer skifter tilsvarende mellem decentraliserede (modulære) og centraliserede. Ved deres kritiske overgang, netværksstrukturen er hierarkisk, afbalancering af modularitet og centralitet - et karakteristisk træk fundet i, for eksempel, den menneskelige hjerne. "

Dr. Ivan Tyukin fra University of Leicester tilføjede:"Det faktum, at diffusion over netværksgraf spiller en afgørende rolle for at holde systemet på en lidt homøostatisk ligevægt, er særligt interessant. Her kunne vi vise, at det er diffusionsprocessen, dog små eller store giver anledning til småverdenskonfigurationer, der forbliver i denne særegne tilstand over lange intervaller. I hvert fald så længe vi var i stand til at overvåge netværksudviklingen og den kontinuerlige udvikling ”.

Alexander Gorban, Professor i anvendt matematik, University of Leicester kommenterede:

"Netværk i den lille verden, hvor de fleste noder ikke er naboer til hinanden, men de fleste noder kan nås fra hver anden knude ved et lille antal trin, blev beskrevet i matematik og opdaget i naturen og det menneskelige samfund for længe siden, i midten af ​​forrige århundrede. Spørgsmålet, hvordan disse netværk udvikler sig fra naturens side og samfundet, forblev ikke fuldstændigt løst på trods af mange indsatser, der er blevet gjort i løbet af de sidste tyve år. N. Jarmans arbejde med medforfattere opdager en ny og realistisk mekanisme for fremkomsten af ​​sådanne netværk. Svaret på det gamle spørgsmål blev meget klarere! Jeg er glad for, at University of Leicester er en del af denne spændende forskning. "