Stability is an important characteristic of network models that has implications for other desirable aspects such as controllability. The stability of a Boolean network depends on various factors, such as the topology of its wiring diagram and the type of the functions describing its dynamics. In this paper, we study the stability of linear Boolean networks by computing Derrida curves and quantifying the number of attractors and cycle lengths imposed by their network topologies. Derrida curves are commonly used to measure the stability of Boolean networks and several parameters such as the average in-degree K and the output bias p can indicate if a network is stable, critical, or unstable. For random unbiased Boolean networks there is a critical connectivity value Kc=2 such that if K<Kc networks operate in the ordered regime, and if K>Kc networks operate in the chaotic regime. Here, we show that for linear networks, which are the least canalizing and most unstable, the phase transition from order to chaos already happens at an average in-degree of Kc=1. Consistently, we also show that unstable networks exhibit a large number of attractors with very long limit cycles while stable and critical networks exhibit fewer attractors with shorter limit cycles. Additionally, we present theoretical results to quantify important dynamical properties of linear networks. First, we present a formula for the proportion of attractor states in linear systems. Second, we show that the expected number of fixed points in linear systems is 2, while general Boolean networks possess on average one fixed point. Third, we present a formula to quantify the number of bijective linear Boolean networks and provide a lower bound for the percentage of this type of network.


翻译:网络稳定是网络模型的一个重要特征,它对其他可取的方面有影响,例如可控性。布尔兰网络的稳定取决于各种因素,例如其线路图的图示和描述其动态的功能类型。在本文中,我们通过计算Derrida曲线和量化其网络地形造成的吸引者和周期长度来研究线型布尔兰网络的稳定性。德瑞达曲线通常用来测量布尔兰网络的稳定性和若干参数,例如平均水平K和产出偏差p等,可以表明网络是否稳定、关键或不稳定。对于随机的公平布尔兰网络来说,它具有关键的连接值Kc=2,因此如果K<Kc网络在定序制度下运行,而K>Kc网络在混乱制度下运行。在这里,我们对线性网络来说,这是最小的和最不稳定的,从秩序到混乱的阶段已经以平均水平Kc=1。我们同样地表明,在第三轨线性网络中,一个较不稳定的网络显示大量吸引者数量,而我们目前最短的直线性网络的直线性网络是稳定的固定周期,而我们所显示的直线性网络的精度是稳定的。

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