信息通路多样性驱动真实世界网络中的缩放与稀疏性
物理与社会
2025-04-18 v1 适应与自组织系统
摘要
经验复杂系统必须对外扰动作出差异化响应，同时内部分发信息以协调其组分。虽然网络化骨架有助于后者，但它们限制了组分的个体自由度并降低了其集体动力学范围。在此，我们展示真实世界网络的形成是为了优化信息流增益与响应多样性损失。将网络状态编码为密度矩阵，我们证明这种权衡在数学上类似于物理系统中由热与功表征的热力学效率。我们的发现从解析和数值上解释了跨多个领域的数百个真实世界网络中观察到的稀疏性与经验缩放律。我们通过合成与生物网络的数值实验展示，模块化与小世界性等普遍拓扑特征的出现是为了优化系统单元间中到大尺度信息交换的上述权衡。我们的结果强调，真实世界网络一些最普遍的拓扑特征的出现具有热力学起源。
引用
@article{arxiv.2305.05975,
title = {Diversity of information pathways drives scaling and sparsity in real-world networks},
author = {Arsham Ghavasieh and Manlio De Domenico},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.05975},
year = {2025}
}