复杂网络——度中心性、介数中心度性、接近中心性

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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}






D



C










i




















=



















N









1















k










i









































其中:




  • k

    i

    k_i







    k










    i





















    表示

    现有的

    与节点



    i

    i






    i





    相连的边的数量




  • N

    1

    N-1






    N













    1





    表示节点



    i

    i






    i





    与其他节点都相连的边的数量







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}}






B



C










i




















=

















s





































=



i





































=



t









































g











s


t
































n











s


t









i









































其中:




  • n

    s

    t

    i

    n^i_{st}







    n











    s


    t









    i





















    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}







    g











    s


    t






















    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}}






B



C










i




















=



















(


N









1


)


(


N









2


)


/


2














1































s





































=



i





































=



t









































g











s


t
































n











s


t









i













































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







    n











    5


    4









    1




















    =








    1


    ,





    g











    5


    4





















    =








    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







    n











    5


    3









    1




















    =








    0


    ,





    g











    5


    3





















    =








    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







    n











    5


    2









    1




















    =








    1


    ,





    g











    5


    2





















    =








    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







    n











    4


    3









    1




















    =








    2


    ,





    g











    4


    3





















    =








    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







    n











    4


    2









    1




















    =








    1


    ,





    g











    4


    2





















    =








    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







    n











    3


    2









    1




















    =








    0


    ,





    g











    3


    2





















    =








    1




  • 最后得出



    B

    (

    1

    )

    =

    7

    2

    B(1)=\frac{7}{2}






    B


    (


    1


    )




    =




















    2
















    7
























    ,对其归一化得



    B

    (

    1

    )

    =

    7

    12

    B(1)=\frac{7}{12}






    B


    (


    1


    )




    =




















    1


    2
















    7

























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






C



C










i





















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}







d










i




















=



















N









1














1































j


=


1



















N





















d











i


j























C



C










i




















=




















d










i






























1

























其中



d

i

d_i







d










i





















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:

以上图节点



A

A






A





为例,图中点的个数



N

=

11

N=11






N




=








1


1









  • 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


    )




    =




















    1


    0
















    1





















    (


    4




    +








    2













    3




    +








    3













    3


    )









    A

    A






    A





    的接近中心度为



    C

    C

    (

    A

    )

    =

    1

    d

    (

    A

    )

    CC(A)=\frac{1}{d(A)}






    C


    C


    (


    A


    )




    =




















    d


    (


    A


    )
















    1

























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