空间网络成本驱动增长中层级的涌现

空间网络（如交通网络、电网、互联网、神经网络）最重要的特征之一是存在与链路长度相关的成本。这种成本对这些网络的全局结构产生深远影响，使其通常呈现出层级化的空间组织。然而，局部约束与大规模结构之间的联系尚未阐明，我们在此基于成本效益分析的一般概念，引入了一种用于空间网络增长的通用模型。该模型本质上仅依赖于一个尺度，生成了一系列从星形图到最小生成树的网络，其特征由一个连续变化的指数描述。我们表明，空间层级自然涌现，其结构由控制地理上分离的服务区域的各种枢纽组成，并表现为局部成本效益考量的大规模后果。因此，我们的模型为更好地理解空间网络的演化及其性质提供了基础构建块。我们还发现，令人惊讶的是，由于链路长度的高度多样性，平均绕路在中间机制下达到最小。最后，我们估算了各种世界铁路网络的重要参数，发现它们——显著地——都落在这个中间机制中，这表明空间层级是这些系统的关键特征，并且可能具有重要的演化优势。