复杂网络的起源与发展

本篇将是神经网络的入门篇,要理解这个概念我们先要理解复杂网络的起源

  概述

      从随机网络到无尺度网络,复杂性蕴含于万物之间的链接,我们看到在网络中,表面的无序和深层的有序共存。网络普遍具有先发优势、适者生存、健壮和脆弱并存的特点,枢纽节点和层级结构在各种网络中广泛存在。这些复杂网络的规律,成了我们今天高效利用大数据,进而发展人工智能的一把钥匙。本篇文章的思想核心是:链接是无处不在的,复杂网络的本质是无尺度网络。充分理解网络无尺度的特点,对于我们理解和分析各种复杂事物大有裨益。抓住复杂网络中的枢纽节点,是我们处理复杂数据的基本原则,也是人工智能背后的深度神经网络的重要基础。

  随机网络

  在过去,人们认为网络都是随机形成的,把这些网络都叫作随机网络。一场酒会上人们从互不相识到彼此认识,就是一个随机网络形成的过程。每个人都不知道自己会认识谁,会认识几个人,所有节点之间的链接都是不确定的。这种随机网络的形成速度非常快,门槛也非常低。只要每个人认识至少一个人,这100个人就能全部链接起来。在现实生活中,每个人都认识很多人,所以链接更加紧密。由此产生了一个非常著名的理论,叫作六度分隔。你和这世界上任何一个人之间,最多通过6个人就能搭上关系。用随机网络来解释,每个人认识100个人,那么通过6个中间人,能搭上关系的人理论上有1万亿人,是地球人口的140倍,这就是随机网络的力量。同理,链接无处不在,拥有海量信息的互联网也能做到从任何一个网页出发,平均只需要19次点击,就能跳转到另外任何一个网页。在自然界的食物链网络中,任何两个物种之间的平均间隔只有两个物种。六度分隔和类似的现象在生活中非常常见。

  枢纽节点

  在随机网络的基础上,产生了枢纽节点和无尺度网络模型的概念。枢纽节点指的是在一个网络中比其他节点拥有更多链接的节点。在人类社会中,枢纽节点就是那些社交面非常广、朋友非常多的人。网络的真实结构不是随机网络那样均匀分布的,现实生活中有些善于交际的人微信好友有几千人,有些爷爷奶奶的微信好友只有家里的几口人。一个网络的结构,主要是枢纽节点在支配、在起作用,而不是所有节点。我们人类社会能够保持紧密链接,靠的就是枢纽节点联系起不同的社交圈子。“社交圈”指的是一群人关系非常紧密,在整个社交网络中就是一个“小世界”,每个小世界里都有枢纽节点,他们除了圈子里的人,还认识很多圈外的人。这样就划分出了强关系和弱关系。同一个圈子里的人,他们的关系非常紧密,这是强关系。而从枢纽节点向其他圈子伸出去的橄榄枝,就是弱关系。在这样一个网络里,节点之间的重要性差别巨大,服从二八定律。二八定律说的是20%的成员占据了80%的资源,少数成员占有非常重要的位置。无尺度网络指的是:所有节点的重要性都服从于二八定律,有少量的枢纽节点非常重要,大量的节点没有那么重要,这样的网络,我们就叫它无尺度网络,因为无法用同样的尺度去衡量每一个节点。无尺度网络的提出,颠覆了人们长期以来对复杂网络的认识。所有网络中都必然存在这种两极分化,而均匀的、完全随机的节点分布是不存在的。从随机网络,到无尺度网络,人们对复杂网络的认识加深了一步:随机网络是无序的、是杂乱无章的,而无尺度网络就是无序和有序并存的,一旦抓住枢纽节点,整个网络的结构就变得清晰,无序之中浮现出有序。

复杂网络的共有特点:先发优势、适者生存和健壮性与脆弱性并存

先发优势

  网络中越早产生的节点越容易成为枢纽节点。因为一个网络在开始时,节点数量不多,后来产生的节点,总是倾向于链接网络中已有的节点,最早的一批节点能获取到最多的链接。

在微信公众号这样一个复杂网络中,节点的数量已经超过了2000万个,很多人羡慕做得早的公众号,它们中很多都成为了10万+的大号。后来进入这个网络的人,不管是后进场的公众号,还是后来关注公众号的用户,都愿意靠近已经存在于网络中的重要节点,这就是先发优势。
示例理解

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