度分布

度分布

圖結構中與某節點相連線的邊的數目為該節點的度,而圖中各個的節點度的散布情況就為度分布。

基本介紹

  • 中文名:度分布
  • 外文名:degree distribution
  • 屬於圖論網路理論中的概念
  • 意思:圖中頂點度數的機率分布
  • 表達式:d ( i) = Σj ∈Gδij .
概念,定義,分布,例子,分布函式,

概念

度分布圖論網路理論中的概念。一個圖(或網路)由一些頂點(節點)和連線它們的邊(連結)構成。每個頂點(節點)連出的所有邊(連結)的數量就是這個頂點(節點)的。度分布是對一個圖(網路)中頂點(節點)度數的總體描述。對於隨機圖,度分布指的是圖中頂點度數的機率分布
一個節點的度通常定義為該節點連線的所有連線(邊) 的總和。 網路的度分布即為網路中節點的度的機率分布或頻率分布(統稱分布)。 一個節點的度k 通常定義為該節點連線的所有連線(邊) 的總和,寫成數學表達式為:
d ( i) = Σj ∈Gδij .

定義

度分布是圖論和(複雜)網路理論中都存在的概念。首先介紹圖的概念。一個圖是一個由兩個集合和構成的二元組。集合一般由有限個元素構成,其中的元素被稱為圖的頂點,集合是由各元素構成的集合。集合中的每個元素都是一個非負整數。在無向圖中,圖中的每個元素,由圖中的兩個頂點和連線有條邊構成。在有向圖中,圖中的每個元素,由圖中的頂點以及有條連向頂點的邊構成。並且,如果一個圖中所有的都不超過1,那么稱圖是簡單圖。
網路理論的數學框架建立在圖論上。網路理論中的網路其實就是圖論中的圖,但在網路理論中稱之為網路,圖的頂點在網路理論中稱為節點,邊被稱為連結。以下仍舊以圖論中的術語定義度分布。從頂點中等機率地隨機抽取一個頂點,那么這個頂點度數為k的機率就是p(k)。

分布

隨機圖是指由隨機過程產生的圖,即是將給定的頂點之間隨機地連上邊。一個隨機圖中,每兩個頂點之間的邊的數量是隨機變數。因此任一頂點的度也是隨機變數。這個變數的機率分布也稱為隨機圖中的頂點的度分布:
在經典的隨機圖模型中,所有頂點的位置都是一致的,沒有特殊的頂點。因此每個頂點的度分布都是相同的。所以,隨機抽取一個頂點,它的度數是的機率就是;越高,表示可能有更多的頂點度數是。當頂點數目很大每個頂點的度分布都是相對獨立的時候,頂點的度分布近似等於圖中度數是的頂點的比例。

例子

以下給出一些度分布的例子。右圖是由十個頂點構成的無向圖。其中度數是3的頂點有6個,度數是4的頂點有3個,度數是6的頂點有1個,所以度分布是:對於階完全圖,所有的頂點的度數都是,如果圖是任意兩頂點之間以機率連邊的隨機圖,那么每個頂點都有相同的度分布。
這個分布是泊松分布。我們可以構造每個頂點的度數都是這樣的機率分布的隨機圖模型。這樣當頂點數很大的時候,度數是的頂點的個數占的比例大致是。這個分布的特點是當k很小或很大的時候,都近似於0,的值在一個特定的值處達到高峰,然後回落。也就是說,大多數的頂點的度數在這個特定值左右。然而在真實的複雜網路中,人們觀察到,度分布並不像這種隨機圖模型顯示的,聚集在某個特定值周圍,而是隨著k增大而以多項式速度遞減,也就是遵從所謂的冪律分布:也就是說 的機率反比於 的某個冪次,其中是某個正實數。這種網路特性被稱為無尺度特性。

分布函式

分布函式(英文Cumulative Distribution Function, 簡稱CDF),是機率統計中重要的函式,正是通過它,可用數學分析的方法來研究隨機變數。分布函式是隨機變數最重要的機率特徵,分布函式可以完整地描述隨機變數的統計規律,並且決定隨機變數的一切其他機率特徵。

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