复杂网络——度中心性、介数中心度性、接近中心性

复杂网络中心性

  • 1. 度中心性(Degree Centrality)
  • 2. 介数中心性(Betweenness Centrality)
  • 3. 接近中心性(Closeness Centrality)

1. 度中心性(Degree Centrality)

度中心性(Degree Centrality)是在网络分析中刻画节点中心性(Centrality)的最直接度量指标。一个节点的节点度越大就意味着该节点的度中心性越高,该节点在网络中就越重要。

某个节点 度中心性 计算公式如下:
D C i = k i N − 1 DC_i=\frac{k_i}{N-1} DCi=N1ki
其中:

  • k i k_i ki 表示现有的与节点 i i i 相连的边的数量
  • N − 1 N-1 N1 表示节点 i i i 与其他节点都相连的边的数量

复杂网络——度中心性、介数中心度性、接近中心性_第1张图片

2. 介数中心性(Betweenness Centrality)

节点介数是指一个网络里通过节点的最短路径条数

某个节点的 介数中心性 的计算公式如下:
B C i = ∑ s ≠ i ≠ t n s t i g s t BC_i=\sum_{s\neq i\neq t}\frac{n^i_{st}}{g_{st}} BCi=s=i=tgstnsti
其中:

  • n s t i n^i_{st} nsti 表示经过节点 i i i ,且为最短路径的路径数量
  • g s t g_{st} gst 表示连接 s s s t t t 的最短路径的数量

归一化(令结果 < 1)后,有:
B C i = 1 ( N − 1 ) ( N − 2 ) / 2 ∑ s ≠ i ≠ t n s t i g s t BC_i=\frac{1}{(N-1)(N-2)/2}\sum_{s\neq i\neq t}\frac{n^i_{st}}{g_{st}} BCi=(N1)(N2)/21s=i=tgstnsti
复杂网络——度中心性、介数中心度性、接近中心性_第2张图片

上图计算节点 1 1 1 的介数中心性:

  • 5 5 5 -> 4 4 4 ,最短路径为 ( 5 , 1 , 4 ) (5,1,4) (5,1,4), 该路径经过节点 1 1 1 ,所以 n 54 1 = 1 , g 54 = 1 n^1_{54}=1,g_{54}=1 n541=1,g54=1
  • 5 5 5 -> 3 3 3 ,最短路径为 ( 5 , 3 ) (5,3) (5,3), 该路径不经过节点 1 1 1,所以 n 53 1 = 0 , g 53 = 1 n^1_{53}=0,g_{53}=1 n531=0,g53=1
  • 5 5 5 -> 2 2 2 ,最短路径为 ( 5 , 1 , 2 ) , ( 5 , 3 , 2 ) (5,1,2),(5,3,2) (5,1,2),(5,3,2), 经过节点 1 1 1 的路径为 ( 5 , 1 , 2 ) (5,1,2) (5,1,2),所以 n 52 1 = 1 , g 52 = 2 n^1_{52}=1,g_{52}=2 n521=1,g52=2
  • 4 4 4 -> 3 3 3 ,最短路径为 ( 4 , 1 , 2 , 3 ) , ( 4 , 1 , 5 , 3 ) (4,1,2,3),(4,1,5,3) (4,1,2,3),(4,1,5,3), 两条路径都经过节点 1 1 1,所以 n 43 1 = 2 , g 43 = 2 n^1_{43}=2,g_{43}=2 n431=2,g43=2
  • 4 4 4 -> 2 2 2 ,最短路径为 ( 4 , 1 , 2 ) (4,1,2) (4,1,2), 该路径经过节点 1 1 1,所以 n 42 1 = 1 , g 42 = 1 n^1_{42}=1,g_{42}=1 n421=1,g42=1
  • 3 3 3 -> 2 2 2 ,最短路径为 ( 3 , 2 ) (3,2) (3,2), 该路径不经过节点 1 1 1,所以 n 32 1 = 0 , g 32 = 1 n^1_{32}=0,g_{32}=1 n321=0,g32=1
  • 最后得出 B ( 1 ) = 7 2 B(1)=\frac{7}{2} B(1)=27 ,对其归一化得 B ( 1 ) = 7 12 B(1)=\frac{7}{12} B(1)=127

3. 接近中心性(Closeness Centrality)

接近中心性用于衡量节点重要性

某个节点的 接近中心性 C C i CC_i CCi 为:
d i = 1 N − 1 ∑ j = 1 N d i j C C i = 1 d i d_i=\frac{1}{N-1}\sum^{N}_{j=1}d_{ij} \quad \quad CC_i=\frac{1}{d_i} di=N11j=1NdijCCi=di1
其中 d i d_i di 表示节点 i i i 到其余各点的平均距离,平均距离的倒数就是接近中心度

例: 复杂网络——度中心性、介数中心度性、接近中心性_第3张图片

以上图节点 A A A 为例,图中点的个数 N = 11 N=11 N=11

  • A A A 相连的路径为 1 1 1 的共 4 4 4 个点,为 D , E , F , B D,E,F,B D,E,F,B
  • A A A 相连的路径为 2 2 2 的共 3 3 3 个点,为 G . C , H G.C,H G.C,H
  • A A A 相连的路径为 3 3 3 的共 3 3 3 个点,为 I , J , K I,J,K I,J,K
  • 可得 A A A 的平均距离为 d ( A ) = 1 10 ( 4 + 2 ∗ 3 + 3 ∗ 3 ) d(A)=\frac{1}{10}(4+2 *3+3*3) d(A)=101(4+23+33) A A A 的接近中心度为 C C ( A ) = 1 d ( A ) CC(A)=\frac{1}{d(A)} CC(A)=d(A)1

你可能感兴趣的:(复杂网络)