隨機圖
在數學中,隨機圖是指圖形上概率分佈的一般術語。隨機圖可以僅通過概率分佈或生成它們的隨機過程來描述。隨機圖的理論在於圖理論與概率理論之間的相交。從數學角度來看,隨機圖用於回答有關典型圖的屬性的問題。它的實際應用都可以在需要對複雜網絡進行建模的所有領域中找到 - 因此,許多隨機圖模型都是已知的,反映了不同領域遇到的各種複雜網絡的類型。在數學上下文中,隨機圖幾乎完全指ERDőS -Rényi隨機圖模型。在其他情況下,任何圖形模型都可以稱為隨機圖。
楷模
通過從一組n個孤立的頂點開始,並隨機添加它們之間的連續邊緣,從而獲得隨機圖。該研究在該領域的目的是確定圖表的特定特性可能出現在哪個階段。不同的隨機圖模型在圖上產生不同的概率分佈。最常見的研究是埃德加·吉爾伯特( Edgar Gilbert 帶有符號
。
密切相關的模型, ERDőS -Rényi模型表示G ( n , m ),將同等的概率分配給所有具有M邊的圖形。在0≤m≤n的情況下, g ( n , m )具有元素和每個元素都有概率
。後一個模型可以看作是隨機圖過程的特定時間( M )的快照
,這是一個隨機過程,從n個頂點開始,沒有邊緣,在每個步驟中,從一組缺失的邊緣均均勻地添加了一個新的邊緣。
相反,如果我們從無限的頂點開始,然後再次讓每個可能的邊緣以0 < p <1的概率獨立發生,那麼我們得到一個稱為無限隨機圖的對象G。除了p是0或1的微不足道的情況外,此類g幾乎肯定具有以下屬性:
給定任何n + m元素
, V中有一個頂點C ,該頂點與每個頂點
並且不毗鄰任何
。
事實證明,如果頂點集是可計數的,則具有同構,只有單個圖形,即rado圖。因此,任何無數的無限隨機圖幾乎都是Rado圖,因此,該圖有時被稱為隨機圖。但是,對於不可數的圖,類似結果並非如此,其中有許多(非同形)圖滿足上述屬性。
另一個概括吉爾伯特(Gilbert)隨機圖模型的模型是隨機點產品模型。隨機點產物圖與每個頂點一個真實向量相關聯。任何頂點u和v之間的邊緣紫外線的概率是其各自向量的點產物u • v的一定函數。
網絡概率矩陣通過邊緣概率隨機圖模型,該圖表示概率那個給定的邊緣
存在指定的時間段。該模型可擴展到指導和無方向性。加權和未加權;以及靜態或動態圖結構。
對於M pn ,其中n是可能的最大邊數,兩個最廣泛的模型G ( N , M )和G ( N , P )幾乎可以互換。
隨機常規圖構成一種特殊情況,其屬性通常與隨機圖不同。
一旦我們擁有一個隨機圖的模型,圖形上的每個函數都將成為一個隨機變量。該模型的研究是確定是否可能發生財產的可能性,或者至少估計可能發生的概率。
術語
隨機圖上下文中“幾乎每個”一詞是指空間和概率的序列,因此誤差概率往往為零。
特性
隨機圖的理論研究隨機圖的典型特性,該圖具有從特定分佈中繪製的圖形概率高的典型特性。例如,我們可能會要求給定的值和
概率是什麼
已連接。在研究此類問題時,研究人員經常集中於隨機圖的漸近行為,各種概率融合為AS的值
增長很大。滲濾理論是隨機圖的連接性,尤其是無限大圖的連接性。
滲透與圖形的魯棒性有關(也稱為網絡)。給定一個隨機圖節點和平均程度
。接下來,我們隨機刪除分數
節點,只留下一小部分
。存在關鍵的滲透閾值
下面的網絡在上面時變成碎片
存在一個巨大的連接組件。
局部滲透是指刪除鄰居的節點,下一個最近的鄰居等,直到一小部分從網絡中刪除了來自網絡的節點。結果表明,對於帶有泊松分佈的隨機圖
完全與隨機去除一樣。
隨機圖被廣泛用於概率方法中,其中人們試圖證明具有某些屬性的圖。隨機圖上的屬性的存在通常可以通過szemerédi規律性引理表示該屬性幾乎在所有圖上的存在。
在隨機的常規圖中, 是
- 帶有
這樣
和
是自然數量,
, 和
甚至。
圖的度序列在
僅取決於集合中的邊數
如果邊緣, 在隨機圖中,
足夠大以確保幾乎每個
最低學位至少1,然後幾乎每個
已連接,如果
是,幾乎每個
有一個完美的匹配。特別是,當最後一個隔離的頂點幾乎在每個隨機圖中消失時,圖就可以連接。
均勻數量的頂點上的幾乎每個圖形過程都將最低度提高到1或隨機圖,略高於邊緣和接近1的概率可確保該圖具有完整的匹配,但最多只有一個頂點。
對於一些常數 ,幾乎所有標記的圖形
頂點和至少
邊緣是漢密爾頓人。隨著概率趨於1,將最小程度提高到2的特定邊緣使圖型漢密爾頓。
隨機圖的屬性可能會在圖形轉換下改變或保持不變。例如, Mashaghi A.等。係數。
染色
給定一個隨機圖N ,帶有頂點v ( g )= {1,..., n },通過顏色數的貪婪算法,可以用顏色1,2,... (頂點1彩色1,頂點2是彩色1,如果它不與頂點1相鄰,否則顏色為2等)。到目前為止,給出許多Q顏色的隨機圖的正確色素的數量仍然未知。具有參數n的隨機圖的色度多項式的零和邊緣M或連接概率P的縮放比例已使用基於符號模式匹配的算法進行了經驗研究。
隨機樹
隨機樹是由隨機過程形成的樹或樹木。在大量的n和大小m ( n )的隨機圖中, k級的樹成分數的分佈是漸近的泊松。隨機樹的類型包括統一的樹木,隨機最小的跨越樹,隨機二進制樹, Treap ,快速探索隨機樹,布朗樹和隨機森林。
條件隨機圖
考慮在概率空間上定義的給定隨機圖模型然後讓
是一個真正的有價值函數,可以分配給每個圖中的每個圖
M屬性的向量。固定
,條件隨機圖是概率度量的模型
將零概率分配給所有圖表,以便'
。
特殊情況是條件均勻的隨機圖,其中將同等概率分配給具有指定屬性的所有圖。當調節信息不一定是邊緣M的數量時,而是任何其他任意的圖形屬性,它們可以看作是ERDőS -Rényi模型G ( N , M )的概括(n,m)
。在這種情況下,很少有分析結果可用,需要模擬才能獲得平均特性的經驗分佈。
歷史
最早使用隨機圖模型是Helen Hall Jennings和Jacob Moreno於1938年在研究中考慮了“機會社會圖”(有指導性的ERDőS-Rényi模型),以比較比較其網絡數據中回報鏈接的分數與隨機模型的分數。另一種用途,名稱為“隨機淨”,是Ray Solomonoff和Anatol Rapoport在1951年使用的,使用了有向圖的模型,該圖形具有固定的外觀和隨機選擇的附件。
PaulErdős和AlfrédRényi在其1959年的“隨機圖上”的“隨機圖”中首次定義了隨機圖的Erdős–Rényi模型,並由Gilbert獨立於他的論文“隨機圖”。