Over the last two decades, network theory has shown to be a fruitful paradigm in understanding the organization and functioning of real-world complex systems. One technique helpful to this endeavor is identifying functionally influential subgraphs, shedding light on underlying evolutionary processes. Such overrepresented subgraphs, "motifs", have received much attention in simple networks, where edges are either on or off. However, for weighted networks, motif analysis is still undeveloped. Here, we proposed a novel methodology - based on a random walker taking a fixed maximum number of steps - to study weighted motifs of limited size. We introduce a sink node to balance the network and allow the detection of configurations within an a priori fixed number of steps for the random walker. We applied this approach to different real networks and selected a specific benchmark model based on maximum entropy to test the significance of weighted motifs occurrence. We found that identified similarities enable the classifications of systems according to functioning mechanisms associated with specific configurations: economic networks exhibit close patterns while differentiating from ecological systems without any a priori assumption.


翻译:在过去二十年中,网络理论在理解现实世界复杂系统的组织和功能方面证明是一个富有成果的范例。一项有助于这项工作的技术是确定功能有影响力的子集,揭示进化过程的基础。这种代表过多的子集,即“motifs”在简单的网络中引起了很大注意,因为边缘要么在网络上,要么在网络上,要么在网络上。然而,对于加权网络,motif分析仍未开发。在这里,我们提出了一个新颖的方法――以随机行走器为基础,采取固定的最大步骤数为基础,研究规模有限的加权单元。我们引入了一个汇点,以平衡网络,并允许在随机行走器的预先固定步骤数内探测各种配置。我们将这一方法应用于不同的实际网络,并选择了一个基于最大变速率的具体基准模型,以测试加权模型发生的意义。我们发现,相似之处使得系统分类能够与具体配置有关的运行机制:经济网络呈现接近的模式,同时与生态系统在没有任何预先假设的情况下加以区分。

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