Adlyder alle netværk loven om skalafri? Måske ikke

Som Benjamin Franklin engang jokede, død og skatter er universelle. Skalafri netværk er muligvis ikke, i hvert fald ifølge en ny undersøgelse fra CU Boulder.

Forskningen udfordrer en populær, to årtier gammel teori om, at netværk af alle slags, fra Facebook og Twitter til interaktioner mellem gener i gærceller, følge en fælles arkitektur, som matematikere kalder "skalafri".

Sådanne netværk passer ind i en større kategori af netværk, der er domineret af nogle få hubs med mange flere forbindelser end langt de fleste knudepunkter – tænk på Twitter, hvor for hver Justin Bieber (105 millioner følgere) derude, du kan finde tusindvis af brugere med kun en håndfuld fans.

I forskning offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Naturkommunikation , CU Boulders Anna Broido og Aaron Clauset satte sig for at sætte teorien på prøve. De brugte beregningsværktøjer til at analysere et enormt datasæt med mere end 900 netværk, med eksempler fra biologiens områder, transport, teknologi og mere.

Deres resultater tyder på, at død og skatter måske ikke har megen konkurrence, i hvert fald i netværk. Baseret på Broido og Clausets analyse, tæt på 50 procent af rigtige netværk opfyldte ikke engang den mest liberale definition af, hvad der gør et netværk skalafrit.

Disse resultater betyder noget, Broido sagde, fordi et netværks form bestemmer meget om dets egenskaber, herunder hvor modtagelig den er over for målrettede angreb eller sygdomsudbrud.

"Det er vigtigt at være omhyggelig og præcis i at definere ting som, hvad det vil sige at være et skalafrit netværk, " sagde Broido, en kandidatstuderende på Institut for Anvendt Matematik.

Clauset, en lektor ved Institut for Datalogi og BioFrontiers Institute, er enig.

"Idéen om skalafrie netværk har været et samlende, men kontroversielt tema i netværksteori i næsten 20 år, " sagde han. "At løse kontroversen har været vanskelig, fordi vi manglede gode værktøjer og brede data. Det, vi har fundet nu, er, at der er lidt bevis for klassisk skalafri netværk undtagen nogle få specifikke steder. De fleste netværk ser slet ikke skalafri ud."

Beslutning om, hvorvidt et netværk er "skalafrit, " dog kan være tricky. Mange typer netværk ligner på afstand.

I skalafrie netværk, imidlertid, mønstrene af forbindelser, der kommer ind og ud af noder, følger en præcis matematisk form kaldet en magtlovfordeling.

For at tage sådanne netværk ud af spekulationens område, Clauset og Broido henvendte sig til Index of Complex Networks (ICON). Dette arkiv, som blev samlet af Clausets forskningsgruppe på CU Boulder, viser data på tusindvis af netværk fra alle videnskabelige domæner. De inkluderer de sociale forbindelser mellem Star Wars-karakterer, interaktioner mellem gærproteiner, venskaber på Facebook og Twitter, flyrejser og meget mere.

Deres resultater var skarpe. Forskerne beregnede, at kun omkring 4 procent af de netværk, de undersøgte, opfyldte de strengeste kriterier for at være skalafri. Disse specielle netværk omfattede nogle typer proteinnetværk i celler og visse former for teknologiske netværk.

Langt fra at være en nedtur, Clauset ser disse nulresultater i et positivt lys:Hvis skalafri ikke er normen, så er forskerne fri til at udforske nye og mere præcise strukturer for de netværk, folk møder hver dag.

"Mangfoldigheden af ​​rigtige netværk præsenterer et mysterium, " sagde han. "Hvad er de almindelige former for netværkene? Hvordan samler og vedligeholder forskellige slags netværk deres struktur over tid? Jeg er glad for, at vores resultater åbner plads til at udforske nye ideer."