生物学与物理学之间的跨学科关系 | 网络科学论文速递12篇

核心速递

• 生物学与物理学之间的跨学科关系;

• 在网络分析中嵌入顶点内在相关性：介数中心性案例;

• 欧足联2020年欧洲杯预选赛的不公平性;

• 网络欺凌检测算法中网络位置的公平性;

• 易感-感染-免疫的元群体模型流行病控制的干预阈值;

• 如何解释算法构建的研究专业的主题结构？入侵生物学局部结构的内部和外部映射比较案例研究;

• R-MAT图的线性工作生成;

• 复杂同步网络中的全局鲁棒性与局部漏洞;

• 包括服务窗口选择的排除性排队模型;

• 跨尺度合作能够可持续地使用公共资源;

• 广义多物种捕食者-猎物系统中的入侵控制模式形成;

• 随机线性排列中边长的总和;

生物学与物理学

之间的跨学科关系

原文标题：

Interdisciplinary Relationships Between Biological and Physical Sciences

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03298

作者：

Paulo E. P. Burke, Luciano da F. Costa

摘要： 生物科学和物理科学之间出现了几个跨学科领域。这项工作中，我们提出了一种复杂的基于网络的手段，用于分析这些跨学科领域之间的相互关系，包括生物信息学，计算生物学，生物化学等。该方法已应用于源自维基百科的各个数据。来自科学文献的相关评论也被视为参考，产生相应的二分超图，其可用于获得关于所考虑的跨学科领域的相互关系的见解。

我们发现了一些有趣的结果，包括所考虑的跨学科领域与生物科学领域之间的互联互通比物理科学要丰富。在从维基百科获得的网络与文献评论揭示的相互关系之间也发现了相互契合。与此同时，前一个网络被发现表现出比从文献综述中得到的超图更复杂的关系。

在网络分析中嵌入顶点

内在相关性：介数中心性案例

原文标题：

Embedding vertex intrinsic relevance in network analysis: the case of Betweenness

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03300

作者：

Orazio Giustolisi, Luca Ridolfi, Antonietta Simone

摘要： 复杂网络理论（CNT）是一门不断发展的科学，其基础是图论。 CNT处理分析网络系统，考虑通过边交换信息，最终考虑使用权重的连接强度。顶点的重要性取决于其程度，网络中的位置和连接强度。因此，所有顶点在网络中具有相同的内在相关性，连通性研究归因于相关性。然而，相同的相关性假设不允许分析系统，其中一些顶点代表战略物理位置（例如医院，行政大楼，学校，水和能源等）或重要代表（例如总统，总理，知识分子等）。

在没有嵌入关于顶点固有相关性的信息的情况下，不能从连接网络结构导出相关性。因此，这项工作的目的是扩展CNT工具，以分析引入顶点内在相关性的网络系统。作为示例，嵌入在中间点中将使用顶点内在相关性。Florence family 网络和简单的供应网络将允许展示和讨论CNT分析功能的增加。

欧足联2020年欧

洲杯预选赛的不公平性

原文标题：

The unfairness of the UEFA Euro 2020 qualifying

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03325

作者：

László Csató

摘要： 欧洲足球锦标赛2020欧洲锦标赛的资格与欧足联国际联盟2018-19赛季的首个赛季密切相关。后一场比赛将55支欧洲足联国家队分成四个联赛，而资格赛附加赛保证了每场联赛最佳四支球队在决赛中至少有一个位置。

因此，我们发现，作为联赛中排名最低的联赛D中的顶级球队可以大大提高资格认证的可能性，因为直接资格认证的概率对于竞争这些地方的球队来说可以忽略不计。这可能会破坏可信度：目前的规则可能会惩罚近期比赛中表现更强的队伍，并为战略操纵创造动机。欧足联被鼓励改革资格格式，以尽量减少欧足联国家联盟顶级球队所享有的不公平优势。

网络欺凌检测算法

中网络位置的公平性

原文标题：

Fairness across Network Positions in Cyberbullying Detection Algorithms

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03403

作者：

Vivek Singh, Connor Hofenbitzer

摘要： 网络欺凌经常对受害者产生深远的负面影响，已成为在线社会网络中的一个严重问题。最近，研究人员创建了自动化机器学习算法，以使用社交和文本功能检测网络欺凌。然而，旨在抵御一种威胁（网络欺凌）的算法可能无意中成为另一种重要威胁（自动检测算法的偏见）的牺牲品。

事实上，虽然目前关于算法公平性的文献有多个实证结果，指标和算法来反对可立即观察到的人口统计特征（例如年龄，种族，性别）的偏差，但是没有努力在经验上量化变异。在基于网络角色或个人位置的算法性能。

我们使用Twitter数据审核现有的网络欺凌算法，以根据潜在受害者的网络中心性检测性能差异，然后演示如何使用均衡赔率后处理技术来抵消这种差异。结果为更准确和公平的网络欺凌检测算法铺平了道路。

易感-感染-免疫群体模

型流行病控制的干预阈值

原文标题：

Intervention Threshold for Epidemic Control in Susceptible-Infected-Recovered Metapopulation Models

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03437

作者：

Akari Matsuki, Gouhei Tanaka

摘要： 集合种群流行病模型描述了与个体迁移途径相关的空间距离斑块网络中的流行动力学。在本研究中，我们处理了易感染感染恢复（SIR）集合种群模型，其中每个斑块中的流行过程由SIR模型表示，并且个体的移动性被假定为均匀扩散。

我们的研究侧重于两种类型的补丁，包括高风险和低风险斑块，以评估流行控制的干预策略。我们从理论上分析了干预阈值，指出了预防全球流行病爆发的低风险补丁的关键部分。

我们表明，针对高风险斑块的有针对性干预对于流行病控制比随机干预更有效。蒙特卡罗模拟验证了合成和实际无标度斑块网络的理论结果。我们的方法有助于探索旨在遏制流行病的更好的当地干预措施。

如何解释算法构建的研

究专业的主题结构？入

侵生物学局部结构的内

部和外部映射比较案例研究

原文标题：

How to interpret algorithmically constructed topical structures of research specialties? A case study comparing an internal and an external mapping of the topical structure of invasion biology

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03485

作者：

Matthias Held, Theresa Velden

摘要： 在我们的论文中，我们试图解决科学计量学文献中的一个缺点，即鉴于从文献计量数据中对主题检测的算法方法的激增，相对缺乏研究来验证并创建对这些算法的主题结构的更深入理解。方法生成。为了进一步研究这个问题，我们研究了新Leiden算法在应用于场级数据集的直接引用网络时的结果。

我们比较了这个内部视角，该视角是从入侵生物学中30,000个发表文献的数据集中的引文链接构建的，并且对该研究专业中的主题结构有一个外部视角，该视角基于CWTS微格式的全球科学地图。莱顿排名的基础分类。

我们对结果进行初步比较分析，并列出我们接下来的步骤，这些步骤将涉及与领域专家合作，以检查算法确定的学科与学科内的学科远景。

R-MAT图的线性工作生成

原文标题：

Linear Work Generation of R-MAT Graphs

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03525

作者：

Lorenz Hübschle-Schneider, Peter Sanders

摘要： R-MAT是一种简单，广泛使用的递归模型，用于生成具有幂律度分布和社区结构的“复杂网络”图。我们通过将每个边所需的工作从对数减少到常数来使R-MAT更有用。该算法以令人尴尬的并行方式运行。

复杂同步网络中的

全局鲁棒性与局部漏洞

原文标题：

Global Robustness vs. Local Vulnerabilities in Complex Synchronous Networks

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03582

作者：

Melvyn Tyloo, Philippe Jacquod

摘要： 在复杂的网络耦合动力系统中，两个至关重要的问题是如何识别最脆弱的组件以及如何设计网络，使整个系统对外部扰动更加鲁棒。为了解决这两个问题，我们研究了耦合振荡器的复杂网络对局部扰动的响应。我们通过角度或频率偏差中的二次性能测量来量化远离无扰动同步状态的所得偏移的幅度。我们发现给定网络中最脆弱的振荡器由网络电阻距离构成的中心点识别。

通过对均匀分布扰动的集合的平均响应进一步定义系统的全局鲁棒性，我们发现它由称为广义基尔霍夫指数的拓扑指数族给出。电阻中心和基尔霍夫指数都是从无扰动力学的稳定性矩阵的谱分解中获得的，并且可以用电阻距离表示。

我们在小世界和常规网络中研究这些拓扑指数的性质。在具有均匀惯性和阻尼系数的振荡器的情况下，我们发现惯性对耦合振荡器的鲁棒性只有很小的影响。数值结果说明了该理论的有效性。

包括服务窗口选

择的排除性排队模型

原文标题：

Exclusive queueing model including the choice of service windows

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03583

作者：

Masahiro Tanaka, Daichi Yanagisawa, Katsuhiro Nishinari

摘要： 在涉及多个服务窗口的排队系统中，选择行为是一个重要的问题。本文将服务窗口的选择结合到排队模型中，其中由离散单元表示的楼层。考虑到代理的数量和到所有服务窗口的距离，我们为代理设计了基于logit的选择算法。

使用针对这两个元件的代理选择偏好的各种参数以及针对不同的楼层配置（包括楼层长度和服务窗口的数量）进行模拟。我们从运输时间和入口阻塞率的角度研究了该模型。详细调查了参数对这些因素的影响，并确定了最佳的层间长度可以最大限度地缩短运输时间。

此外，我们观察到运输时间几乎完全由入口阻塞率决定。所提出的模型的结果与理解排队系统（包括服务窗口的选择）相关，并且可以用于优化设施设计和楼层管理。

跨尺度合作能够

可持续地使用公共资源

原文标题：

Cross-scale cooperation enables sustainable use of a common-pool resource

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03584

作者：

Andrew K. Ringsmuth, Steven J. Lade, Maja Schlüter

摘要： 在社会生态系统（SES）中，社会和生物物理动力学在由空间和时间尺度分隔的结构层次之间和之间相互作用。跨尺度交互（CSI）是不同规模的过程之间的相互依赖性，在单一尺度上产生不可预测的行为。

了解CSI对于改善SES治理非常重要，但仍未得到充分研究。需要理论模型，其捕获基本特征，同时足够简单以产生对机制的见解。在一个程式化的模型中，我们在两个弱相互作用的社区系统中研究CSI，从而收集共同池资源。社区成员通过社区内部和社区之间的社会制裁来适应性地遵守或缺乏社会最佳收获的规范。

尽管子系统之间的相互作用比其中的相互作用弱得多，但每个子系统的动态依赖于另一个子系统。当互动纯粹是生物物理学时，在一个社区中稳定的高度合作可能导致另一个社区的合作崩溃。然而，即使是薄弱的社会互动也可以防止合作的崩溃，反而导致背叛行为崩溃。

我们确定了子系统级合作产生理想的系统级结果的条件。我们的研究结果证明，协作对于可持续管理共享资源非常重要，即使资源共享和社会关系薄弱，也显示其重要性。

广义多物种捕食者-猎物

系统中的入侵控制模式形成

原文标题：

Invasion controlled pattern formation in a generalized multi-species predator-prey system

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03627

作者：

D. Bazeia, B.F. de Oliveira, A. Szolnoki

摘要： 石头剪刀布博弈作为竞争对手之间不和谐关系的最简单模型，是一种经常被引用的模型，用于解释竞争对手在生存种族中的稳定多样性。当增加竞争者的数量时，我们可能会遇到一种新的情况，因为除了所提到的单向捕食者 - 猎物般的支配地位之外，一些竞争者之间可能会出现平衡或同伴关系。

通过在本工作中利用这种可能性，我们推广了一种四态捕食者 - 食饵型模型，其中我们建立了由偶数和奇数标记的两组物种。特别是，我们在这些群体之间和群体内引入了不同的入侵概率，这导致了同伴物种之间双向入侵的可调强度。我们的研究揭示了一种特殊的丰富的模体形成，通过改变所提到的内部入侵的强度，观察到五个不同的定量相。可以借助于基于空间自相关衰减的适当顺序参数，空站点的分数以及物种密度的方差来识别相关的转变点。

此外，对不同群体应用不同的，联盟特定的内部入侵率可能导致这种内部入侵适度的物种灭绝。这些观察结果强调，除了众所周知且经过深入研究的循环优势之外，还有一个模式形成复杂性的额外来源，这在以前没有被探索过。

随机线性排列中边长的总和

原文标题：

The sum of edge lengths in random linear arrangements

地址：

http://arxiv.org/abs/1905.03654

作者：

Ramon Ferrer-i-Cancho

摘要： 空间网络是节点位于配备度量的空间中的网络。通常，空间是二维的，直到最近和传统上，通常考虑的度量是欧几得德距离。在空间网络中，链路的成本取决于边长度，即定义边的节点之间的距离。假设存在减小网络边长度的压力需要空模型，例如网络顶点的随机布局。

在这里，我们研究了顶点随机线性排列中边长之和的分布特性，它在不同领域有很多应用。随机线性排列包括网络节点的元素的排序，其可能是所有可能的排序。

两个顶点之间的距离是一个加上排序中的中间顶点的数量。对于任意图和树，获得关于零的第一和第二矩的紧凑公式以及边长的总和的方差。我们还分析了 Erdos-Renyi图中该方差的演变及其在均匀随机树中的尺度。提出了未来研究的各种发展和应用。

来源：网络科学研究速递

编辑：孟婕

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