Diffusion Dynamics and Optimal Coupling in Multiplex Networks with Directed Layers
Diffusion Dynamics and Optimal Coupling in Multiplex Networks with Directed Layers
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具有定向层的多重网络中的扩散动力学和最优耦合
DOI：
10.1103/physrevx.8.031071
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发表时间：
2018
影响因子：
12.5
通讯作者：
Moreno, Yamir
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tejedor, Alejandro;Longjas, Anthony;Foufoula-Georgiou, Efi;Georgiou, Tryphon T.;Moreno, Yamir
在过去的几年里，多路网络得到了广泛的研究，因为它们提供了一个更真实的表示许多相互依赖的和多级复杂的网络系统。然而，即使大多数真实的网络具有一定程度的方向性，但绝大多数现有文献都涉及所有层都是无向的多路复用网络。在这里，我们研究扩散过程的动力学作用于耦合多层网络，其中至少有一层由有向图组成，我们称之为有向多路复用网络。我们揭示了一个新的和意想不到的签名的扩散动力学有向复用网络，即，不同于他们的无向同行，他们可以表现出一个非单调率的收敛到稳定状态的耦合度的函数，导致在一个更快的扩散在一个中间的耦合度比当两层完全耦合。我们使用合成多路复用的例子和现实世界的拓扑结构来说明的基本动力学的特点，产生一个政权，其中存在一个最佳的耦合。我们进一步提供分析和数值证据表明，这种新的现象仅仅是一个属性的定向复用，其中至少有一个层oblitssufficientdirectionalityquantitated由一个归一化度量的不对称性定向路径长度。鉴于有向网络和多层网络在自然界中的普遍存在，我们的研究结果对研究多级复杂系统的动力学具有重要意义。
Multiplex networks have been intensively studied during the last few years as they offer a more realistic representation of many interdependent and multilevel complex networked systems. However, even if most real networks have some degree of directionality, the vast majority of the existent literature deals with multiplex networks where all layers are undirected. Here, we study the dynamics of diffusion processes acting on coupled multilayer networks where at least one layer consists of a directed graph; we call thesedirected multiplex networks. We reveal a new and unexpected signature of diffusion dynamics on directed multiplex networks, namely, that different from their undirected counterparts, they can exhibit a nonmonotonic rate of convergence to steady state as a function of the degree of coupling, resulting in a faster diffusion at an intermediate degree of coupling than when the two layers are fully coupled. We use synthetic multiplex examples and real-world topologies to illustrate the characteristics of the underlying dynamics that give rise to a regime in which an optimal coupling exists. We further provide analytical and numerical evidence that this new phenomenon is solely a property of directed multiplex, where at least one of the layers exhibitssufficient directionalityquantified by a normalized metric of asymmetry in directional path lengths. Given the ubiquity of both directed and multilayer networks in nature, our results have important implications for studying the dynamics of multilevel complex systems.
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DOI：
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发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
--
作者：
I. Zaliapin;E. Foufoula‐Georgiou;M. Ghil
通讯作者：
M. Ghil
三角洲通道网络的定量特性
DOI：
--
发表时间：
1972
期刊：
Zeitschrift für Geomorphologie
影响因子：
--
作者：
J. S. Smart;V. Moruzzi
通讯作者：
V. Moruzzi
DOI：
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发表时间：
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期刊：
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影响因子：
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作者：
I. Lodato;S. Boccaletti;V. Latora
通讯作者：
I. Lodato;S. Boccaletti;V. Latora
影响因子：
12.5
作者：
De Domenico, Manlio;Sole-Ribalta, Albert;Arenas, Alex
通讯作者：
Arenas, Alex
影响因子：
30.8
作者：
Shen-Orr, SS;Milo, R;Alon, U
通讯作者：
Alon, U