从流加权网络效率优化中涌现的复杂网络拓扑
物理与社会
2023-01-23 v1 数据分析、统计与概率
摘要
交通与配送网络是近年来备受关注的一类空间网络。这些网络常以复杂结构的存在为特征,例如中心环线与外围支线相配对,这类结构既出现在自然系统中,也出现在人造系统中,如地铁与铁路网络。本研究探讨在城市人类交通背景下这些非平凡拓扑结构涌现的条件。我们提出一个空间网络生成的极简模型,其中网络栅格作为空间基底,边速度与距离定义有效时间距离以量化探索城市空间的效率。复杂网络拓扑可通过联合网络路径的优化得以恢复,我们研究空间中两节点间流概率与相应出行成本之间的相互作用如何影响所得最优网络。从城市交通视角出发,我们利用人类出行模型模拟这些流以获得起讫点(OD)矩阵。我们发现,在使用简单栅格时,所得最优拓扑从树状结构过渡到更规则的网络,取决于流的空间范围。值得注意的是,当网络针对小范围出行的异质出行模式与通勤典型的较长范围出行模式之间的相互作用进行优化时,支线与大型环线结构配对作为最优结构出现。最后,我们展示该框架能够恢复大伦敦地区地铁网络的统计空间特性。
引用
@article{arxiv.2301.08661,
title = {Emergence of complex network topologies from flow-weighted optimization of network efficiency},
author = {Sebastiano Bontorin and Giulia Cencetti and Riccardo Gallotti and Bruno Lepri and Manlio De Domenico},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.08661},
year = {2023}
}