Centrality measures identify the most important nodes in a complex network. In recent years, multilayer networks have emerged as a flexible tool to create increasingly realistic models of complex systems. In this paper, we generalize matrix function-based centrality and communicability measures to the case of layer-coupled multiplex networks. We use the supra-adjacency matrix as the network representation, which has already been used to generalize eigenvector centrality to temporal and multiplex networks. With this representation, the definition of single-layer matrix function-based centrality measures in terms of walks on the networks carries over naturally to the multilayer case. Several aggregation techniques allow the ranking of nodes, layers, as well as node-layer pairs in terms of their importance in the network. We present efficient and scalable numerical methods based on Krylov subspace techniques and Gauss quadrature rules, which provide a high accuracy in only a few iterations and which scale linearly in the network size under the assumption of sparsity in the supra-adjacency matrix. Finally, we present extensive numerical studies for both directed and undirected as well as weighted and unweighted multiplex networks. While we focus on social and transportation applications the networks' size ranges between $89$ and $2.28 \cdot 10^6$ nodes and between $3$ and $37$ layers.


翻译:中心度措施确定复杂网络中最重要的节点。 近年来,多层网络已经形成,成为创造日益现实的复杂系统模型的灵活工具。 在本文中,我们将基于功能的矩阵核心和通信性措施推广到分层混合多层网络中。我们使用超对称矩阵作为网络代表,该矩阵已经用于将静脉切除为时间和多层网络的中心点。有了这一表述,单层矩阵功能中心度措施的定义自然会传到多层案例。一些组合技术允许将节点、层和节点配对排列在网络中的重要性方面。我们提出了基于Krylov亚空间技术和高分层裁量规则的高效和可扩缩的数字方法,这些方法只提供几处高精度的分级,而且根据在超对流矩阵中假设的网络中,以单层函数为基础的以核心值为核心。 最后,我们为直接和无偏重度的、不偏重度的网络和不重重度网络之间进行了广泛的数字研究。

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