組態模型(the configuration model)
組態模型是建構具有指定度數序列之隨機圖的標準方法。厄多斯-雷尼強制出卜瓦松度數分布,而真實網路違反這點;組態模型藉由容你精確指定每個頂點有多少鄰居、再盡可能隨機地連接它們來修正此事。它回答的問題是:在所有具給定度數列的圖中,一張均勻隨機者長什麼樣,又如何生成與分析它?
其建構是半邊配對(pairing)配方。給頂點 i 配 d_i 個半邊或「殘樁」(stub)伸出;殘樁總數必須為偶,設為 2m。然後對全部 2m 個殘樁均勻隨機地選一個完美配對成 m 對,並對每一配對的兩端在對應頂點間畫一條邊。結果是一個多重圖(可能出現自環與重邊)。兩個事實使它有用。其一,在條件於產生簡單圖(無環無重邊)之下,組態模型在所有具該確切度數序列的簡單圖上均勻分布——故它是均勻度數受限圖的真正抽樣器。其二,當度數具有界二階動差(sum d_i^2 為 n 階)時,為簡單圖的機率隨 n 增長恰好遠離 0;對更重尾的度數,自環與重邊會激增,此時改用多重圖或抹除/修復版本。組態模型的局部結構收斂到一個分支過程,其後代服從偏移一位的大小偏倚(size-biased)度數分布:隨機頂點的鄰居以正比於 k 乘以(度數為 k 的比例)的機率有度數 k——這就是經典的友誼悖論「你的朋友比你有更多朋友」。
組態模型是具寫實度數分布之稀疏網路的參考模型,也是現代網路上巨大連通分量、距離與傳染病理論最乾淨的場景。Molloy-Reed 判準陳述了相變:巨大連通分量存在當且僅當大小偏倚的超額度數之期望超過 1,即當且僅當 sum d_i(d_i - 2) > 0,等價地 E[D(D-1)]/E[D] > 1,其中 D 是隨機頂點的度數——這是對厄多斯-雷尼「平均度數大於 1」的精確推廣。誠實的提醒:除非條件於簡單,否則模型產生多重圖,而那種條件只在度數的二階動差條件下才表現良好;且分析假設度數序列本質上固定(或良好收斂),故它是度數序列的模型,而非如優先連接般的生成式增長模型——它不解釋網路為何有重尾,只讓你強加一個。
設一半頂點度數為 1、一半度數為 3,故平均度數為 2。Molloy-Reed 量為 E[D(D-1)]/E[D] = (0.5*0 + 0.5*6)/2 = 3/2 > 1,故 whp 存在巨大連通分量。大小偏倚的鄰居度數給度數 1 的權重正比於 1*0.5、給度數 3 的權重正比於 3*0.5,故隨機頂點的鄰居以機率 3/4 有度數 3——度數 3 的樞紐在鄰居中被高估。
Molloy-Reed:巨人存在當且僅當 E[D(D-1)]/E[D] > 1;鄰居是大小偏倚的,友誼悖論在運作。
組態模型產生的是多重圖;只有在條件於簡單性後才在簡單圖上均勻,而這只在度數的有界二階動差條件下才表現良好。它強加一個度數分布,卻不解釋它從何而來。