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Tipo: Dissertação
Título: Enumeração efetiva de caminhos entre pares de nós em uma rede complexa
Autor(es): Sousa, Carlos Germano Lima de
Orientador: Moreira, André Auto
Palavras-chave: Matriz de adjacência;Comunidades;Inferência estatística;Dinâmica de redes
Data do documento: 2023
Citação: SOUSA, C. G. L. Enumeração efetiva de caminhos entre pares de nós em uma rede complexa. 2023. 62 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: Este trabalho tem como objetivo estudar os caminhos entre dois nós que estão cada um em uma comunidade e enumerar quantos caminhos efetivos existem entre eles. Para isso, inicialmente, introduzimos redes aleatórias abordando alguns conceitos, representação matemática, aplicações fundamentais e alguns tipos de comunidades. Em seguida, fizemos uma breve revisão sobre o método de detecção de comunidade baseado em inferência estatística e uma apresentação sobre o conceito de likelihood e como ela se aplica em tal método. Nós definimos um conceito novo que chamamos de caminhos efetivos para determinar a enumeração dos segmentos em paralelo entre dois nós utilizando o seguinte processo. Partindo de uma rede qualquer, supomos que todas as ligações são removidas. Depois disso reconstruímos a rede recolocando as ligações uma a uma aleatoriamente. Além disso, definimos um instante de aglutinação como sendo o número de ligações que são colocadas antes que os nós se aglutinem em um mesmo agregado. A enumeração dos caminhos efetivos determina o conjunto de segmentos em paralelo que tem maior probabilidade de produzir a mesma distribuição de instantes de aglutinação. Para obter essa enumeração, usamos dois métodos distintos. O primeiro método baseia-se na descoberta de uma equação que pode ser usada em um ajuste linear utilizando mínimos quadrados lineares gerais. E o segundo método utilizado foi a maximização da likelihood com o mesmo intuito de calcular a quantidade de segmentos. Finalmente, tínhamos almejado utilizar e aprimorar os resultados obtidos por nós a fim de detectar comunidades em redes. Para tanto, criamos redes artificiais com estruturas de comunidades e investigamos a enumeração no caso em que os pares de nós estão na mesma comunidade e no caso que estão em comunidades distintas. Porém, nossos resultados mostraram que esta abordagem é restrita demais para reproduzir perfeitamente a distribuição de instantes de aglutinação. Assim, sugerindo que modelos mais sofisticados precisam ser ainda elaborados.
Abstract: This work aims to study the paths between two nodes that are each in a community and count how many effective paths exist between them. For this, initially, we introduce random networks addressing some concepts, mathematical representation, fundamental applications and some kinds of communities. Then, we made a brief review of the method of community detection based on statistical inference and a presentation on the concept of likelihood and how it is applied in such a method. We define a new concept that we call effective paths to determine the enumeration of segments in parallel between two nodes using the following process. Starting from any network, we assume that all connections are removed. After that we replace them one by one at random. Furthermore, we define a merging instant to be the number of edges that are placed before the nodes merge into the same cluster. The enumeration of effective paths determines the set of parallel segments that are most likely to produce the same distribution of merging instants. To obtain this enumeration, we use two different methods. The first method relies on finding an equation that can be used in a linear fit using general linear least squares. And the second method used was likelihood maximization algorithm with the same purpose of calculating the number of segments. Finally, we aimed to use and improve the results obtained by us in order to detect communities in networks. For that, we created artificial networks with community structures and investigated the enumeration in the case where the pairs of nodes are in the same community and in the case that they are in different communities. However, our results showed that this approach is too restricted to perfectly reproduce the distribution of merging instants. Thus, suggesting that more sophisticated models still need to be elaborated.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71408
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