相互依存ネットワーク

相互依存ネットワークの研究は、複雑なネットワーク間の相互作用によって引き起こされる現象を扱うネットワーク科学のサブフィールドです。ネットワーク間の相互作用は多種多様ですが、依存性は、あるネットワークのノードが別のネットワークのノードからのサポートを必要とするシナリオに焦点を当てています。^[1]

モデルの動機

自然界では、ネットワークが孤立して存在するのは稀です。ネットワークは、通常、より大きなシステムの要素であり、互いに重大な影響を及ぼす可能性があります。たとえば、インフラストラクチャネットワークは、相互依存性が非常に高いです。電力網のノードを形成する発電所は、道路やパイプのネットワークを介して供給される燃料を必要とし、通信ネットワークのノードを介して制御されます。輸送ネットワークは電力ネットワークに依存していませんが、通信ネットワークは依存しています。したがって、電力ネットワークまたは通信ネットワークのいずれかで重要な数のノードが非アクティブになると、システム全体で一連の連鎖的な障害が発生し、壊滅的な影響を及ぼす可能性があります。2 つのネットワークを個別に扱うと、この重要なフィードバック効果は見られず、ネットワークの堅牢性の予測は大幅に過大評価されることになります。

依存関係リンク

標準ネットワークのリンクは接続性を表し、あるノードから別のノードに到達する方法に関する情報を提供します。 依存関係リンクは、あるノードから別のノードへのサポートの必要性を表します。この関係は、必ずしもそうとは限りませんが、多くの場合相互的であるため、リンクは有向または無向になります。重要なのは、ノードは、依存しているノードが機能しなくなるとすぐに機能しなくなるのに対し、接続しているノードを失ってもそれほど深刻な影響を受けない可能性があるということです。

物理学における多粒子系との比較

統計物理学では、相転移は多数の粒子系でのみ発生します。相転移はネットワーク科学ではよく知られていますが、単一ネットワークでは 2 次のみです。ネットワーク間の依存関係の導入により、1 次転移が発生します。これは新しい現象であり、システムエンジニアリングに深い影響を与えるものです。2 次転移では着実に (急激に) 劣化した後にシステムが崩壊しますが、1 次転移が存在するということは、システムが比較的健全な状態から事前の警告なしに完全に崩壊する可能性があることを意味します。

例

インフラネットワーク。発電所のネットワークは、それ自体が電力を必要とする通信ネットワークからの指示に依存しています。^[2]もう1つの例は、電気システムと天然ガスシステムの相互依存性です^[3]
交通ネットワーク。空港と港のネットワークは相互に依存しており、特定の都市では、その都市の空港の機能能力は港から得られる資源に依存しており、その逆も同様です。^[4]
タンパク質ネットワーク。多数のタンパク質によって制御される生物学的プロセスは、多くの場合、ネットワークとして表されます。同じタンパク質がさまざまなプロセスに関与するため、ネットワークは相互に依存しています。
生態学的ネットワーク。互いに依存する種から構成される食物網は、同じ種が異なる網に参加している場合、相互依存的である。^[5]
気候ネットワーク。さまざまな気候変数の空間測定によってネットワークが定義されます。さまざまな変数セットによって定義されるネットワークは相互に依存しています。^[6]

参照

参考文献

^ Kivelä, Mikko; Arenas, Alex; Barthelemy, Marc; Gleeson, James P.; Moreno, Yamir; Porter, Mason A. (2014). 「多層ネットワーク」. Journal of Complex Networks . 2 (3): 203–271. arXiv : 1309.7233 . doi :10.1093/comnet/cnu016. S2CID 11390956. 2015年3月8日閲覧。
^ Rinaldi, SM; Peerenboom, JP; Kelly, TK (2001). 「重要なインフラストラクチャの相互依存性の特定、理解、分析」. IEEE Control Systems Magazine . 21 (6): 11–25. doi :10.1109/37.969131. ISSN 0272-1708.
^ RACHEL FRAZIN AND REBECCA BEITSCH (2021). 「The Hill」。2021年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年5月7日閲覧。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
^ グ、チャングイ;ゾウ、シェンロン。徐、秀蓮。クー、ヤンチン。ジャン・ユーメイ。彼、ダ・レン。劉宏坤。周、陶（2011）。「階層型ネットワーク間の連携の始まり」(PDF)。物理的レビュー E . 84 (2): 026101。ビブコード:2011PhRvE..84b6101G。土井：10.1103/PhysRevE.84.026101。ISSN 1539-3755。PMID 21929058。
^ Pocock, MJO; Evans, DM; Memmott, J. (2012). 「生態学的ネットワークのネットワークの堅牢性と回復」(PDF) . Science . 335 (6071): 973–977. Bibcode :2012Sci...335..973P. doi :10.1126/science.1214915. ISSN 0036-8075. PMID 22363009. S2CID 206537963.
^ Donges, JF; Schultz, HCH; Marwan, N.; Zou, Y.; Kurths, J. (2011). 「相互作用ネットワークのトポロジーの調査」. The European Physical Journal B . 84 (4): 635–651. arXiv : 1102.3067 . Bibcode :2011EPJB...84..635D. doi :10.1140/epjb/e2011-10795-8. ISSN 1434-6028. S2CID 18374885.

[KivelaJComNets2014-1] Kivelä, Mikko; Arenas, Alex; Barthelemy, Marc; Gleeson, James P.; Moreno, Yamir; Porter, Mason A. (2014). 「多層ネットワーク」. Journal of Complex Networks . 2 (3): 203–271. arXiv : 1309.7233 . doi :10.1093/comnet/cnu016. S2CID 11390956. 2015年3月8日閲覧。

[RinaldiPeerenboom2001-2] Rinaldi, SM; Peerenboom, JP; Kelly, TK (2001). 「重要なインフラストラクチャの相互依存性の特定、理解、分析」. IEEE Control Systems Magazine . 21 (6): 11–25. doi :10.1109/37.969131. ISSN 0272-1708.

[3] RACHEL FRAZIN AND REBECCA BEITSCH (2021). 「The Hill」。2021年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年5月7日閲覧。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です

[GuZou2011-4] グ、チャングイ;ゾウ、シェンロン。徐、秀蓮。クー、ヤンチン。ジャン・ユーメイ。彼、ダ・レン。劉宏坤。周、陶（2011）。「階層型ネットワーク間の連携の始まり」(PDF)。物理的レビュー E . 84 (2): 026101。ビブコード:2011PhRvE..84b6101G。土井：10.1103/PhysRevE.84.026101。ISSN 1539-3755。PMID 21929058。

[PocockEvans2012-5] Pocock, MJO; Evans, DM; Memmott, J. (2012). 「生態学的ネットワークのネットワークの堅牢性と回復」(PDF) . Science . 335 (6071): 973–977. Bibcode :2012Sci...335..973P. doi :10.1126/science.1214915. ISSN 0036-8075. PMID 22363009. S2CID 206537963.

[DongesSchultz2011-6] Donges, JF; Schultz, HCH; Marwan, N.; Zou, Y.; Kurths, J. (2011). 「相互作用ネットワークのトポロジーの調査」. The European Physical Journal B . 84 (4): 635–651. arXiv : 1102.3067 . Bibcode :2011EPJB...84..635D. doi :10.1140/epjb/e2011-10795-8. ISSN 1434-6028. S2CID 18374885.