Vektet nettverk - Weighted network

Et vektet nettverk er et nettverk der båndene mellom noder har vekter tildelt dem. Et nettverk er et system hvis elementer på en eller annen måte er forbundet (Wasserman og Faust, 1994). Elementene i et system er representert som noder (også kjent som skuespillere eller hjørner), og forbindelsene mellom interagerende elementer er kjent som bånd, kanter, buer eller lenker. Nodene kan være nevroner, individer, grupper, organisasjoner, flyplasser eller til og med land, mens bånd kan ha form av vennskap, kommunikasjon, samarbeid, allianse, flyt eller handel, for å nevne noen.

I en rekke virkelige nettverk har ikke alle bånd i et nettverk samme kapasitet. Faktisk er bånd ofte forbundet med vekter som skiller dem når det gjelder styrke, intensitet eller kapasitet (Barrat et al., 2004) og Horvath (2011). På den ene siden argumenterte Mark Granovetter (1973) for at styrken til sosiale relasjoner i sosiale nettverk er en funksjon av deres varighet, følelsesmessige intensitet, intimitet og utveksling av tjenester. På den annen, for ikke-sosiale nettverk, vekter refererer ofte til funksjonen som utføres av bånd, for eksempel karbonmengde (mg / m 2 / dag) mellom arter i næringskjeder (Luczkowich et al., 2003), antallet synapser og gapekryss i nevrale nettverk (Watts og Strogatz, 1998), eller mengden trafikk som strømmer langs forbindelser i transportnettverk (Opsahl et al., 2008).

Ved å registrere styrken på bånd, kan et vektet nettverk opprettes (også kjent som et verdsatt nettverk). Nedenfor er et eksempel på et slikt nettverk (vekter kan også visualiseres ved å gi kantene forskjellige bredder):

Vektet nettverk.svg

Vektede nettverk er også mye brukt i genomiske og systembiologiske applikasjoner. (Horvath, 2011). For eksempel brukes vektet gen-co-ekspresjonsnettverksanalyse (WGCNA) ofte for å konstruere et vektet nettverk blant gener (eller genprodukter) basert på genuttrykk (f.eks. Mikroarray ) data (Zhang og Horvath 2005). Mer generelt kan vektede korrelasjonsnettverk defineres ved myk-terskling av de parvise korrelasjonene mellom variabler (f.eks. Genmålinger).

Tiltak for vektede nettverk

Selv om vektede nettverk er vanskeligere å analysere enn om bånd bare var til stede eller fraværende, har det blitt foreslått en rekke nettverkstiltak for vektede nettverk:

  • Nodestyrke: Summen av vekter knyttet til bånd som tilhører en node (Barrat et al., 2004)
  • Nærhet : Omdefinert ved å bruke Dijkstras avstandsalgoritme (Newman, 2001)
  • Betweenness : Omdefinert ved å bruke Dijkstras avstandsalgoritme (Brandes, 2001)
  • Den clustering koeffisient (global): redefinert ved anvendelse av en triplett-verdi (Opsahl og Panzarasa, 2009)
  • Klyngekoeffisienten (lokal): Omdefinert ved å bruke en triplettverdi (Barrat et al., 2004) eller ved hjelp av en algebraisk formel (Zhang og Horvath 2005)

En teoretisk fordel med vektede nettverk er at de lar en utlede relasjoner mellom forskjellige nettverkstiltak (også kjent som nettverkskonsepter, statistikk eller indekser). For eksempel viser Dong og Horvath (2007) at enkle forhold mellom nettverkstiltak kan utledes i klynger av noder (moduler) i vektede nettverk. For vektede korrelasjonsnettverk kan man bruke vinkeltolkningen av korrelasjoner for å gi en geometrisk tolkning av nettverksteoretiske begreper og for å utlede uventede forhold mellom dem Horvath og Dong (2008)

Programvare for analyse av vektede nettverk

Det finnes en rekke programvarepakker som kan analysere vektede nettverk; se analyseprogramvare for sosiale nettverk . Blant disse er den proprietære programvaren UCINET og åpen kildekode-tnet.

WGCNA R -pakken implementerer funksjoner for konstruksjon og analyse av vektede nettverk, spesielt vektede korrelasjonsnettverk.

Se også

Referanser

  1. ^ Wasserman, S., Faust, K., 1994. Analyse av sosiale nettverk: Metoder og applikasjoner. Cambridge University Press, New York, NY.
  2. ^ a b c A. Barrat og M. Barthelemy og R. Pastor-Satorras og A. Vespignani (2004). "Arkitekturen til komplekse vektede nettverk" . Prosedyrer ved National Academy of Sciences . 101 (11): 3747–3752. arXiv : kond-mat/0311416 . Bibcode : 2004PNAS..101.3747B . doi : 10.1073/pnas.0400087101 . PMC  374315 . PMID  15007165 .
  3. ^ a b c Horvath, S., 2011. Vektet nettverksanalyse. Søknader innen genomikk og systembiologi. Springer Book. ISBN  978-1-4419-8818-8 .
  4. ^ Granovetter, M (1973). "Styrken til svake bånd". American Journal of Sociology . 78 (6): 1360–1380. doi : 10.1086/225469 . S2CID  59578641 .
  5. ^ Luczkowich, JJ; Borgatti, SP; Johnson, JC; Everett, MG (2003). "Definere og måle trofisk rollelikhet i matnett ved bruk av vanlig ekvivalens". Journal of Theoretical Biology . 220 (3): 303–321. Bibcode : 2003JThBi.220..303L . CiteSeerX  10.1.1.118.3862 . doi : 10.1006/jtbi.2003.3147 . PMID  12468282 .
  6. ^ DJ Watts og Steven Strogatz (juni 1998). "Kollektiv dynamikk i" småverdenenettverk " (PDF) . Natur . 393 (6684): 440–442. Bibcode : 1998Natur.393..440W . doi : 10.1038/30918 . PMID  9623998 . S2CID  4429113 . Arkivert fra originalen (PDF) 2007-02-21.
  7. ^ Tore Opsahl og Vittoria Colizza og Pietro Panzarasa og Jose J. Ramasco (2008). "Fremmelighet og kontroll: Den vektede rich-club-effekten" . Fysiske gjennomgangsbrev . 101 (16): 168702. arXiv : 0804.0417 . Bibcode : 2008PhRvL.101p8702O . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.168702 . PMID  18999722 . S2CID  29349737 .
  8. ^ "Operasjonalisering av slipsstyrke i sosiale nettverk" . 2009-02-06.
  9. ^ a b Zhang, Bin; Horvath, Steve (2005). "Et generelt rammeverk for vektet gen-co-ekspresjonsnettverksanalyse". Statistiske anvendelser innen genetikk og molekylærbiologi . 4 : Artikkel 17. doi : 10.2202/1544-6115.1128 . PMID  16646834 . S2CID  7756201 .
  10. ^ a b Langfelder, Peter; Horvath, Steve (2008). "WGCNA: en R -pakke for vektet analyse av korrelasjonsnettverk" . BMC Bioinformatikk . 9 : 559. doi : 10.1186/1471-2105-9-559 . PMC  2631488 . PMID  19114008 . åpen tilgang
  11. ^ Newman, Mark EJ (2001). "Vitenskapelige samarbeidsnettverk: II. Korteste veier, vektede nettverk og sentralitet" (PDF) . Physical Review E . 64 (1): 016132. arXiv : cond-mat/0011144 . Bibcode : 2001PhRvE..64a6132N . doi : 10.1103/PhysRevE.64.016132 . PMID  11461356 .
  12. ^ Brandes, U (2008). "På varianter av sentralitet mellom korteste vei og deres generiske beregning". Sosiale nettverk . 30 (2): 136–145. CiteSeerX  10.1.1.72.9610 . doi : 10.1016/j.socnet.2007.11.001 .
  13. ^ Opsahl, T; Agneessens, F; Skvoretz, J (2010). "Nodesentralitet i vektede nettverk: Generalisering av grad og korteste veier" . Sosiale nettverk . 32 (3): 245–251. doi : 10.1016/j.socnet.2010.03.006 . Hentet 17. juni 2021 .
  14. ^ Tore Opsahl ; Pietro Panzarasa (2009). "Klynging i vektede nettverk" . Sosiale nettverk . 31 (2): 155–163. CiteSeerX  10.1.1.180.9968 . doi : 10.1016/j.socnet.2009.02.002 .
  15. ^ Dong J, Horvath S (2007) "Forstå nettverkskonsepter i moduler". BMC Systems Biology 2007, 1:24 juniåpen tilgang
  16. ^ Dong, juni; Horvath, Steve (2008). Miyano, Satoru (red.). "Geometrisk tolkning av gen -coexpression nettverksanalyse" . PLOS beregningsbiologi . 4 (8): e1000117. Bibcode : 2008PLSCB ... 4E0117H . doi : 10.1371/journal.pcbi.1000117 . PMC  2446438 . PMID  18704157 . åpen tilgang
  17. ^ "tnet» Programvare " . Tore Opsahl. 12. juni 2011 . Hentet 17. juni 2021 .