可探索性与生命系统中网络稀疏性的起源
物理与社会
2019-12-13 v2 无序系统与神经网络
生物物理
摘要
生态学和生物学相关数据量的增加揭示了生命系统中大量涌现模式。通过分析从代谢基因调控到物种相互作用网络的不同数据集，我们发现这些网络是稀疏的，即活跃相互作用的百分比与系统规模成反比。这一令人费解的特征迄今未被考虑或解释。本文引入了可探索性这一新概念，作为系统适应新介入变化能力的度量。我们表明，稀疏性是源自一个变分原理的涌现属性，该原理旨在同时优化可探索性和动力学鲁棒性，后者是系统在底层动力学受到扰动后保持稳定的能力。连接度更高的网络会导致为可探索性和动力学鲁棒性寻找更优值的难度逐渐增加，这与新增相互作用的精细调节有关。我们解决方案的一个相关特征是其尺度不变性，即当多个社区组装在一起时，它仍然保持最优。连接度也是决定生态系统稳定性的关键因素，我们提出的解决方案有助于解决May著名的复杂性-稳定性悖论。
引用
@article{arxiv.1701.00542,
title = {Explorability and the origin of Network Sparsity in Living Systems},
author = {Daniel M. Busiello and Samir Suweis and Jorge Hidalgo and Amos Maritan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.00542},
year = {2019}
}
备注
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