Hvordan samfundsstruktur påvirker et netværks modstandskraft

Netværksteori er en metode til at analysere forbindelserne mellem noder i et system. Et af de mest overbevisende aspekter af netværksteori er, at opdagelser relateret til ét felt, såsom cellulær biologi, kan abstraheres til en form, der gælder direkte for et helt andet felt, som mellemstatslige trafikmønstre. Den mest kendte anvendelse af netværksteori er sociale netværk. I et socialt netværk, hver person er en knude forbundet med andre knudepunkter. Derudover en brøkdel af noder inden for et netværk, såkaldte interlinks, vil oprette forbindelse til noder i tilstødende netværk.

Denne type kompleks, overlappende netværk omtales som en samfundsstruktur. Karakterisering af disse strukturer er grundlæggende i studiet af netværkssystemer, men forskere har ikke helt forstået, hvordan samfundsstrukturen påvirker netværkets modstandsdygtighed. Et internationalt samarbejde af forskere har udviklet den første teoretiske ramme, der viser, at fællesskabsstrukturen i væsentlig grad påvirker et systems modstandsdygtighed; deres resultater har bred anvendelse inden for sociale, teknologisk, biologiske og klimatiske systemer. De har offentliggjort deres nye teoretiske rammer i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Systemresiliens er en måde at beskrive et netværks robusthed på. At udforske virkningerne af samfundsstruktur på modstandskraft, forskerne anvendte en teori kaldet perkolation. I bund og grund, perkolationsteori søger sandsynligheden for en åben sti over et netværk. Perkolation er stærkt påvirket af antallet af indbyrdes forbundne noder i et netværk.

Det er ikke muligt for alle noder i et netværk at blive sammenkoblinger. Som et eksempel, forfatterne citerer internationale lufthavne:"Kun nogle lufthavne har de længere landingsbaner, toldadministration, og paskontrol påkrævet for internationale flyvninger, og når en lufthavnsknude allerede har sammenkoblinger, omkostningerne ved at tilføje yderligere sammenkoblinger er væsentligt lavere." en mindre lufthavn uden disse infrastrukturelle fordele ville ikke være i stand til at forbinde til lufthavne i andre lande. Dette er analogt med folk, der har den sociale facilitet til at sammenkæde forskellige netværkskvarterer, eller hjerneceller, der har den morfologiske kapacitet til at sammenkæde hjernestrukturer.

Forskerne fandt ud af, at de indbyrdes forbindelser mellem forskellige samfund dybt påvirker perkolationsfaseovergangen - de sammenligner fraktionen af ​​noder med sammenkoblinger med et eksternt felt i en fysisk faseovergang. De rapporterer, at systemer bliver mere stabile og modstandsdygtige, efterhånden som andelen af ​​knudepunkter med sammenkoblinger stiger. Med hensyn til sociale netværk, jo større antallet af populære, mennesker på tværs af samfund i et netværk, jo mere modstandsdygtigt vil netværket være over for eksterne kræfter som politiske omvæltninger eller naturkatastrofer.

Forfatterne understreger, at deres resultater gælder for andre typer netværk. De skriver, "Selvom vores teori anvendes her til at studere modstandsdygtigheden af ​​moduler inden for et enkelt netværk, det kan udvides til at studere modstandskraften af ​​indbyrdes afhængige netværk og multipleks netværk."

© 2018 Phys.org