Controllability of Complex Networks

复杂网络的可控性

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-06413
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A measure of our understanding of naturally occurring or artificial systems can be observed in our ability to control them. One abstract representation of such systems that is increasingly been used for analysis is that of a complex network. Complex networks are found in many domains (e.g., Biology and the Web) and the control of these networks is a research topic that has started to draw increasing research attention. While engineering has provided tools for developing control systems which can force a system to follow a particular state trajectory, no framework exists for control of complex, possibly self-organizing, networks. The main objective of this proposal is to identify conditions under which control is possible in complex networks and develop control solutions for exemplar problems within the domain of network controllability. The novelty of this research is in its exploration of the solution to the interacting problems of deciding which nodes in the network to control and which signals to inject into the selected network nodes in order to achieve a particular time dependent objective.Controllability of complex networks [1] led to our formalization of the Network Control Problem (NCP) [2]. Early indications are that controllability is possible in a wide range of scenarios. Simple neural network controllers have been developed; we propose that deep learning and reinforcement learning should be evaluated on exemplar NCP instances drawn from the taxonomy outlined in [2]. Of particular interest is distribution-based control (DbC), a class of network control problem that attempts to maintain the distribution of network node states close to a target distribution; e.g., preventing social network opinions from becoming too extreme. Analytically, we propose the development of techniques similar to landscape analysis to assess DbC difficulty. By examining node influence and various network motifs such as identifiable communities we expect that a deeper understanding of structures of importance will be forthcoming. Finally, we see DbC as an important approach to catastrophe or bubble avoidance. Here, a market place is backed by a social network of agents whose actions are interdependent. Our objective would be to examine the effectiveness of DbC as a market place control mechanism.To summarize, this proposal will make contributions in the area of complex network controllability; most notably in the area of distribution-based control. The principal investigator has already contributed to the NCP research community [2] and sees great potential in the application of the proposed research to market control.[1] Y.-Y. Liu, J.-J. Slotine, and A.-L. Barabsi, “Controllability of complex networks,” Nature, vol. 473, no. 7346, pp. 167173, 2011.[2] A. Runka and T. White, “Towards Intelligent Control of Influence Diffusion in Social Networks,” Social Network Analysis and Mining, vol. 5, no. 1, 2015.
衡量我们对自然系统或人工系统的理解程度,可以从我们控制它们的能力中观察到。越来越多地用于分析的这种系统的一种抽象表示是复杂网络。复杂网络存在于许多领域(如生物学和网络),对这些网络的控制是一个研究课题,已经开始引起越来越多的研究关注。虽然工程已经提供了开发控制系统的工具,这些工具可以迫使系统遵循特定的状态轨迹,但没有框架可以控制复杂的、可能自组织的网络。本提案的主要目标是确定在复杂网络中可能控制的条件,并为网络可控性领域内的范例问题开发控制解决方案。本研究的新颖之处在于它探索了如何解决相互作用的问题,即决定控制网络中的哪些节点以及向选定的网络节点注入哪些信号以实现特定的时间依赖目标。复杂网络的可控性导致了我们对网络控制问题(NCP)的形式化。早期迹象表明,在广泛的情况下,可控性是可能的。简单的神经网络控制器已经开发出来;我们建议深度学习和强化学习应该在b[2]中概述的分类法中提取的典型NCP实例上进行评估。特别感兴趣的是基于分布的控制(DbC),这是一类网络控制问题,试图保持网络节点状态的分布接近目标分布;例如,防止社交网络上的观点变得过于极端。在分析上,我们建议开发类似景观分析的技术来评估DbC难度。通过检查节点影响和各种网络主题,如可识别的社区,我们期望对重要结构有更深入的了解。最后,我们认为DbC是避免灾难或气泡的重要方法。在这里,一个市场是由一个由行为相互依赖的行动者组成的社会网络支持的。我们的目标是检验DbC作为一种市场控制机制的有效性。综上所述,该方案将在复杂网络可控性领域做出贡献;最显著的是在基于分布的控制领域。首席研究员已经为NCP研究社区做出了贡献,并看到了将拟议的研究应用于市场控制的巨大潜力y y。刘,j j。斯洛廷和a.l。Barabsi,“复杂网络的可控性”,《自然》杂志,第473卷,第2期。《中国科学》,2011年第7期A. Runka和T. White,“社会网络中影响扩散的智能控制”,《社会网络分析与挖掘》,第5卷,第5期。1, 2015。

项目成果

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