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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
生態系統的崩潰、物種的滅絕以及經濟和金融網絡的崩潰通常取決於底層網路的拓撲特性，例如自我維持（或自動催化）反饋循環的存在。這種崩潰可以理解為網路拓撲的巨大變化，通常伴隨著節點和鏈路的宏觀部分的消失。它通常與動力系統內最後一個相關定向催化循環的故障有關。如果沒有詳細的結構訊息，似乎無法說明網路是否強大，或者是否可能在不久的將來崩潰。在這裡，我們表明，儘管如此，預測一大類由線性（或線性化）動力學控制的系統的崩潰是可能的。為了計算相應的預警信號，我們只需要有關節點狀態的非結構性信息，例如生態系統中的物種豐度或經濟網絡中的公司收入。結果表明，網路中單一有向循環的存在可以透過節點狀態的「量化效應」來檢測，該效應是 Perron-Frobenius 定理推論的直接結果。所提出的網路系統崩潰預警訊號無需依賴結構資訊即可捕捉其結構不穩定性。我們在共同演化生態系統的透明模型中說明了該方法的有效性，並在物種演化、流行病學和族群動態系統中展示了這種量化。