Nätverksteori är en metod för att analysera kopplingarna mellan noder i ett system. En av de mest övertygande aspekterna av nätverksteori är att upptäckter relaterade till ett område, såsom cellulär biologi, kan abstraheras till en form som gäller direkt för ett helt annat område, som mellanstatliga trafikmönster. Den mest kända tillämpningen av nätverksteori är sociala nätverk. I ett socialt nätverk, varje person är en nod som är ansluten till andra noder. Dessutom, en bråkdel av noder inom ett nätverk, så kallade interlänkar, kommer att ansluta till noder i angränsande nätverk.

Denna typ av komplex, överlappande nätverk kallas en samhällsstruktur. Att karakterisera dessa strukturer är grundläggande i studiet av nätverkssystem, men forskare har inte helt förstått hur samhällsstrukturen påverkar nätverkets motståndskraft. Ett internationellt forskarsamarbete har utvecklat det första teoretiska ramverket som visar att samhällsstrukturen väsentligt påverkar ett systems motståndskraft; deras resultat har omfattande tillämpningar inom sociala, teknologisk, biologiska och klimatiska system. De har publicerat sin nya teoretiska ram i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Systemresiliens är ett sätt att beskriva nätverkets robusthet. För att utforska effekterna av samhällsstruktur på motståndskraft, forskarna tillämpade en teori som kallas perkolering. I grund och botten, perkolationsteori söker sannolikheten för en öppen väg över ett nätverk. Perkolering påverkas starkt av antalet sammankopplade noder i ett nätverk.

Det är inte möjligt för alla noder i ett nätverk att bli länkar. Som ett exempel, författarna citerar internationella flygplatser:"Bara vissa flygplatser har de längre landningsbanorna, tullförvaltning, och passkontroll krävs för internationella flygningar, och när en flygplatsnod redan har sammankopplingar, kostnaderna för att lägga till ytterligare sammankopplingar är betydligt lägre. "Däremot, en mindre flygplats utan dessa infrastrukturella fördelar skulle inte kunna ansluta till flygplatser i andra länder. Detta är analogt med människor som har den sociala möjligheten att koppla samman olika nätverkskvarter, eller hjärnceller som har den morfologiska förmågan att koppla samman hjärnstrukturer.

Forskarna fann att kopplingarna mellan olika samhällen djupt påverkar övergången i perkoleringsfasen - de liknar fraktionen av noder med sammankopplingar med ett externt fält i en fysisk fasövergång. De rapporterar att systemen blir mer stabila och motståndskraftiga när andelen noder med sammankopplingar ökar. När det gäller sociala nätverk, ju större antal populära, tvärgemenskapsfolk inom ett nätverk, ju mer motståndskraftigt nätverket kommer att vara mot yttre krafter som politiska omvälvningar eller naturkatastrofer.

Författarna betonar att deras resultat gäller andra typer av nätverk. De skriver, "Även om vår teori tillämpas här för att studera modulernas motståndskraft inom ett enda nätverk, det kan utökas för att studera motståndskraft för ömsesidigt beroende nätverk och multiplexnät. "

© 2018 Phys.org