Ny metode til at analysere netværk afslører skjulte mønstre i data

En ny måde at måle, hvordan relationer i et netværk ændrer sig over tid, kan afsløre vigtige detaljer om netværket, ifølge forskere ved Penn State og Korean Rural Economic Institute. For eksempel, når det anvendes på verdensøkonomien, metoden opdagede den største mængde netværksændringer i løbet af 2008-2009, tidspunktet for den globale finanskrise.

"De fleste eksisterende tilgange fanger kun relationsændringer i et netværk et netværksmedlem ad gangen, sagde Stephan Goetz, professor i landbrugs- og regionaløkonomi, Penn State, og direktør for Northeast Regional Center for Rural Development (NERCRD). "Vores mål giver os mulighed for at se, hvordan disse forhold ændrer sig over tid på tværs af hele netværket, som vil give os potentiel ny indsigt i, hvordan netværk opfører sig, såvel som virkningerne af disse ændringer."

Ifølge Goetz, netværk af alle typer er repræsenteret visuelt af individuelle knudepunkter forbundet med hinanden med linjer, eller links. Det velkendte flyselskabs hub-and-spoke-kort er et eksempel. Hver knude repræsenterer en enhed i et netværk - en lufthavn, en person, en virksomhed, eller et land, for eksempel. Forbindelserne mellem to noder repræsenterer deres forbindelse eller forhold.

"Tænk på dit eget netværk af relationer, med hver person i dit netværk repræsenteret af en node og din forbindelse til dem repræsenteret af et link. Over tid, nogle mennesker kan falde fra, andre kan komme ind, nogle forhold bliver stærkere, andre svækkes, " sagde Goetz. "Fordi de fleste netværk ændrer sig over tid, denne konfiguration af noder og links ændres også."

Denne ændring fra den ene periode til den næste er repræsenteret ved en ændring i vinklerne dannet af knudepunkterne og links, og disse vinkler er fokus for undersøgelsen, som blev offentliggjort den 24. juli i PLOS ET .

Goetz og hans medforfatter, Yicheol Han, en forsker ved Korea Rural Economic Institute i Nasu-si, Sydkorea, og tidligere forskningsassistent ved NERCRD, vendte sig til en velkendt matematisk målestok kaldet cosinus-ligheden, som traditionelt bruges til at måle orienteringen af ​​vinklerne mellem punkter og linjer, der udstråler fra punkterne. Når det anvendes til netværksvidenskab, cosinus-lighed gjorde det muligt for forskerne at måle størrelsen af ​​ændringen i et givet forhold, både i forhold til sig selv og til det overordnede netværk.

For at teste deres nye mål, forskerne anvendte det på adskillige netværk i den virkelige verden, inklusive World Input-Output (I/O)-tabellen, som dokumenterer økonomiske transaktioner på årsbasis både på tværs af og inden for nationer. Med fokus på årene 2000-2014, de fandt ud af, at den største mængde netværksændringer, som de refererer til som "omledning, " fandt sted i 2008-2009. Dette var ikke uventet, på grund af den globale finanskrise, som opstod i disse år.

"Omledning er en anden måde at tænke omorganisering på, I dette tilfælde, " sagde Goetz. "Vores resultater viser, hvilket enormt chok den globale finansielle krise var. Det er interessant, at foranstaltningen tog dette så stærkt op, og at det kan bruges som en ny måde at kvantificere, hvordan økonomien tilpassede sig efter chokket."

Deres mål viste også en udtalt nedadgående tendens i omledning efter 2010, som de antager, kan have bidraget til det usædvanligt langsomme opsving fra recessionen.

Næste, holdet så på tre individuelle lande - USA, Tyskland og Kina - for at se, hvordan omlægningen i disse landes økonomier sammenlignet. Mens USA og Tyskland fulgte et lignende mønster som den samlede verdensøkonomi, Kina udviste et væsentligt anderledes mønster, med en stigning i omledningerne, der fandt sted både før og efter finanskrisen. Imidlertid, til Goetz' overraskelse, de fandt ud af, at finanskrisen ikke var det største chok for den kinesiske økonomi i denne periode.

"Omkoblingsforanstaltningen viser, at tilslutningen til Verdenshandelsorganisationen i 2003 var et større chok for den kinesiske økonomi end den store recession, " sagde Goetz. "Jeg er ikke klar over, at nogen har vist dette ved at bruge nogen anden målestok."

Goetz og Han så også på, hvordan omledninger i flere nationers økonomiske I/O-tabeller påvirkede deres sammensatte årlige indkomstvækst pr. indbygger, den "hellige gral" af økonomiske foranstaltninger, ifølge Goetz.

"Vi fandt ud af, at om lande, der tilhører Organisationen for Økonomisk Samarbejde og Udvikling, omkoblede meget eller lidt, ikke gjorde den store forskel for deres sammensatte årlige vækstrate, sagde Han. På den anden side, tidligere Sovjetunionens nationer nød virkelig godt af omledninger. Jo mere de omkoblede, jo mere steg deres årlige vækstrate. Vi tror, ​​det er, fordi de først for nylig blev markedsøkonomier og mangler modne institutioner og andre tilpasningsmekanismer til recession, så omledning har mere indflydelse på deres vækst."

Fremtidig forskning vil se på, hvordan foranstaltningen kan anvendes på landdistrikternes økonomier, for at se, hvordan disse områder kan eller ikke kan drage fordel af omledninger.

"Det har potentialet til at føre til nye måder at se på, hvordan landdistrikter i USA kan udvikle sig og tilpasse sig nye chok og andre strukturelle udfordringer, " sagde Goetz.