模体如何决定复杂网络中倾覆级联的临界阈值：从微观到宏观尺度的关联
适应与自组织系统
2020-11-11 v2
摘要
在本研究中，我们探究特定的微观相互作用结构（模体）如何影响风格化倾覆要素网络上倾覆级联的发生。我们比较了 Erdős-Rényi 网络与亚马逊雨林示范性水分循环网络中级联的性质。在这些网络中，决定性的小尺度模体为前馈环、次级前馈环、零环与邻环。在所有模体中，前馈环模体在倾覆级联中尤为突出，因为它比其他模体更能降低引发级联所需的临界耦合强度。我们发现，对于该模体，临界耦合强度的降低比一对倾覆要素的临界耦合低 11%。对于高度连接的网络，我们的分析揭示耦合前馈环伴随临界耦合强度高达 90% 的显著降低。对于亚马逊高度聚集的水分循环网络，我们观察到所研究的四种模体各自出现率极高的区域，表明这些区域更为脆弱。模体的出现率比随机 Erdős-Rényi 网络高一个数量级。这强调了局部相互作用结构对全局级联出现及网络整体稳定性的重要性。
引用
@article{arxiv.2001.02169,
title = {How motifs condition critical thresholds for tipping cascades in complex networks: Linking Micro- to Macro-scales},
author = {Nico Wunderling and Benedikt Stumpf and Jonathan Krönke and Arie Staal and Obbe A. Tuinenburg and Ricarda Winkelmann and Jonathan F. Donges},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.02169},
year = {2020}
}