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Type: Tese
Title: Análise topológica de redes q-exponenciais aleatórias
Authors: Bastos, Marcio Maciel
Advisor: Andrade Junior, José Soares de
Keywords in Brazilian Portuguese : q-Exponencial;Redes;Grafos;Probabilidades;Percolação
Keywords in English : q-Exponential;Networks;Graphs;Probabilities;Percolation
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Issue Date: 2024
Citation: BASTOS, M. M. Análise topológica de redes q-exponenciais aleatórias. 2024. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Esta tese explora a relevância e as propriedades fundamentais de redes com distribuição de grau q-exponencial, uma temática que permeia uma variedade de domínios, incluindo física de plasmas, econometria, biofísica e mais. A congruência entre experimentos, análises numéricas e modelos teóricos com a distribuição q-exponencial é notavelmente observada, particularmente em redes complexas tanto empíricas quanto modeladas. Ao contrário de abordagens prévias, que geralmente se concentravam em modelos de crescimento com associação preferencial, este trabalho se utiliza do modelo de configuração para gerar redes aleatórias. Esta metodologia permite uma avaliação mais acurada das propriedades inerentes a estas redes, desvinculadas de processos de crescimento específicos. A distribuição q-exponencial é caracterizada por seus dois parâmetros, q e λ , e serve como uma extensão generalizada da tradicional distribuição de lei de potência. A tese discute como a distribuição transita entre um comportamento de lei de potência para grandes valores de k (grau do nó) e uma distribuição de patamar para valores1-1 menores de k, com o parâmetro λ desempenhando um papel crucial nessa transição. Este estudo destaca que variações do comportamento padrão de lei de potência em graus menores podem induzir alterações estruturais significativas nas redes. Tais mudanças têm o potencial de afetar profundamente as características e os processos fundamentais nas redes. As redes geradas sob o modelo de configuração revelam propriedades topológicas distintas, diretamente derivadas da natureza q-exponencial de sua distribuição de grau. Investiga-se detalhadamente características como assortatividade, caminho mínimo médio e robustez a falhas aleatórias e ataques direcionados. Os resultados obtidos sugerem que as redes q-exponenciais oferecem maior robustez em comparação às redes livres de escala convencionais, particularmente em cenários de ataques maliciosos. Além disso, a análise da decomposição de k-core nas redes q-exponenciais revela uma estrutura núcleo mais extensa e robusta do que aquela encontrada em redes de lei de potência pura.
Abstract: This thesis explores the relevance and fundamental properties of networks with q-exponential degree distribution, a theme that pervades a variety of domains, including plasma physics, econometrics, biophysics, and more. The congruence between experiments, numerical analyses, and theoretical models with the q-exponential distribution is notably observed, particularly in both empirical and modeled complex networks. Unlike previous approaches that typically focused on growth models with preferential attachment, this work employs the configuration model to generate random networks. This methodology allows for a more accurate assessment of the inherent properties of these networks, detached from specific growth processes. The q-exponential distribution is characterized by its two parameters, q and λ, and serves as a generalized extension of the traditional power-law distribution. The thesis discusses how the distribution transitions from a power-law behavior for large values of k (node degree) to a plateau distribution for smaller values of k, with the parameter λ−1 playing a crucial role in this transition. This study highlights that deviations from the standard power-law behavior at smaller degrees can induce significant structural changes in networks. Such changes have the potential to profoundly affect the characteristics and fundamental processes within the networks. Networks generated under the configuration model reveal distinct topological properties, directly derived from the q-exponential nature of their degree distribution. Characteristics such as assortativity, shortest average path, and robustness against random failures and directed attacks are investigated in detail. The results suggest that q-exponential networks offer greater robustness compared to conventional scale-free networks, particularly in scenarios of malicious attacks. Furthermore, the analysis of the k-core decomposition reveals a more extensive and robust core structure in q-exponential networks than in pure power-law networks.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76425
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DFI - Teses defendidas na UFC

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