In network theory, the concept of effective resistance is a distance measure on a graph that relates the global network properties to individual connections between nodes. In addition, the Kron reduction method is a standard tool for reducing or eliminating the desired nodes, which preserves the interconnection structure and the effective resistance of the original graph. Although these two graph-theoretic concepts stem from the electric network on an undirected graph, they also have a number of applications throughout a wide variety of other fields. In this study, we propose a generalization of a Kron reduction for directed graphs. Furthermore, we prove that this reduction method preserves the structure of the original graphs, such as the strong connectivity or weight balance. In addition, we generalize the effective resistance to a directed graph using Markov chain theory, which is invariant under a Kron reduction. Although the effective resistance of our proposal is asymmetric, we prove that it induces two novel graph metrics in general strongly connected directed graphs. In particular, the effective resistance captures the commute and covering times for strongly connected weight balanced directed graphs. Finally, we compare our method with existing approaches and relate the hitting probability metrics and effective resistance in a stochastic case. In addition, we show that the effective resistance in a doubly stochastic case is the same as the resistance distance in an ergodic Markov chain.


翻译:在网络理论中,有效抗力的概念是将全球网络特性与节点之间个人连接联系起来的图表上的远程测量。 此外,Kron 递减法是减少或消除理想节点的标准工具,它保持了互连结构和原始图的有效抗力。虽然这两个图形理论概念来自非定向图的电网,但它们也在许多其他领域都有多种应用。在本研究中,我们提议对定向图进行宽度的Kron降级。此外,我们证明这一降级方法保留了原始图的结构,例如强大的连通性或重量平衡。此外,我们利用Markov 链条理论来概括对定向图的有效抗力,而该理论在 Kron 递减法下是无变的。虽然我们提案的有效抗力是不对称的,但我们证明它引出了两个与方向相连接的新的图表测量指标。特别是,有效阻力捕捉通和覆盖时间以保持紧密连接的重量平衡的图表。最后,我们将我们的方法与现有链条相比较,并将现有抗力图与直径的图联系起来。在恒度上,我们用恒度指标和直射力显示的直径直射度是一例。

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