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Red ponderada

Una red ponderada es una red en la que los vínculos entre nodos tienen pesos asignados. Una red es un sistema cuyos elementos están conectados de alguna manera. [1] Los elementos de un sistema se representan como nodos (también conocidos como actores o vértices) y las conexiones entre los elementos que interactúan se conocen como vínculos, aristas, arcos o enlaces. Los nodos pueden ser neuronas, individuos, grupos, organizaciones, aeropuertos o incluso países, mientras que los vínculos pueden tomar la forma de amistad, comunicación, colaboración, alianza, flujo o comercio, por nombrar algunos.

En varias redes del mundo real, no todos los vínculos en una red tienen la misma capacidad. De hecho, los vínculos a menudo se asocian con pesos que los diferencian en términos de su fuerza, intensidad o capacidad [2] [3] Por un lado, Mark Granovetter (1973) [4] sostuvo que la fuerza de las relaciones sociales en las redes sociales es una función de su duración, intensidad emocional, intimidad e intercambio de servicios. Por otro lado, para las redes no sociales, los pesos a menudo se refieren a la función desempeñada por los vínculos, por ejemplo, el flujo de carbono (mg/m 2 /día) entre especies en las redes alimentarias , [5] el número de sinapsis y uniones en hendidura en las redes neuronales, [6] o la cantidad de tráfico que fluye a lo largo de las conexiones en las redes de transporte. [7]

Ejemplo de una red ponderada (los pesos también se pueden visualizar asignando a los bordes diferentes anchos)

Al registrar la fuerza de los vínculos, [8] se puede crear una red ponderada (también conocida como red valorada).

Las redes ponderadas también se utilizan ampliamente en aplicaciones genómicas y de biología de sistemas . [3] Por ejemplo, el análisis de red de coexpresión génica ponderada (WGCNA) se utiliza a menudo para construir una red ponderada entre genes (o productos génicos) en función de los datos de expresión génica (por ejemplo, microarrays ). [9] De manera más general, las redes de correlación ponderada se pueden definir mediante la aplicación de umbrales suaves a las correlaciones por pares entre variables (por ejemplo, mediciones génicas). [10]

Medidas para redes ponderadas

Aunque las redes ponderadas son más difíciles de analizar que si los vínculos simplemente estuvieran presentes o ausentes, se han propuesto varias medidas de red para las redes ponderadas:

Una ventaja teórica de las redes ponderadas es que permiten derivar relaciones entre diferentes medidas de red (también conocidas como conceptos de red, estadísticas o índices). [3] Por ejemplo, Dong y Horvath (2007) [15] muestran que se pueden derivar relaciones simples entre medidas de red en grupos de nodos (módulos) en redes ponderadas. Para las redes de correlación ponderada, se puede utilizar la interpretación angular de las correlaciones para proporcionar una interpretación geométrica de los conceptos teóricos de red y derivar relaciones inesperadas entre ellos Horvath y Dong (2008) [16]

Redes ponderadas intrínsecamente densas

En la teoría de redes, las redes ponderadas intrínsecamente densas representan una clase distintiva de estructuras complejas caracterizadas por una casi completitud de enlaces y pesos asociados, que trasciende las restricciones convencionales de las configuraciones de redes más dispersas. A diferencia de las redes dispersas, donde la ausencia de enlaces indica típicamente una falta de interacción, las redes intrínsecamente densas exhiben una interconexión integral entre nodos, donde cada nodo está intrincadamente vinculado a todos los demás. Dichos sistemas no tienen límites naturales obvios para que un nodo tenga conexión con alguno o todos los demás nodos.

El término "intrínsecamente denso" enfatiza que los bordes dentro de estas redes no solo pueden representar relaciones positivas, sino que pueden abarcar aleatoriedad o incluso asociaciones negativas basadas en sus respectivos pesos. Por ejemplo, en escenarios donde los pesos de los bordes denotan similitud entre nodos, los pesos más bajos no solo significan una falta de similitud, sino que pueden connotar disimilitud o vínculos subyacentes negativos. El estudio de Gursoy y Badur (2021) [17] introdujo métodos para extraer estructuras significativas y escasas con signos de estas redes, mostrando su importancia para preservar las intrincadas estructuras inherentes a las redes ponderadas intrínsecamente densas en varios dominios, incluidas ciertas redes de migración, votación, contacto humano y cohabitación de especies. Este paradigma de red distintivo amplía la comprensión de los sistemas complejos observados en los dominios natural, social y tecnológico, ofreciendo información sobre interacciones y relaciones matizadas dentro de estas redes densamente interconectadas.

Software para analizar redes ponderadas

Existen varios paquetes de software que pueden analizar redes ponderadas (véase software de análisis de redes sociales ). Entre ellos se encuentran el software propietario UCINET y el paquete de código abierto tnet. [18]

El paquete WGCNA R implementa funciones para construir y analizar redes ponderadas, en particular redes de correlación ponderada. [10]

Véase también

Referencias

  1. ^ Wasserman, S., Faust, K., 1994. Análisis de redes sociales: métodos y aplicaciones. Cambridge University Press, Nueva York, NY.
  2. ^ abc A. Barrat y M. Barthelemy y R. Pastor-Satorras y A. Vespignani (2004). "La arquitectura de redes ponderadas complejas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 101 (11): 3747–3752. arXiv : cond-mat/0311416 . Bibcode :2004PNAS..101.3747B. doi : 10.1073/pnas.0400087101 . PMC  374315 . PMID  15007165.
  3. ^ abc Horvath, S., 2011. Análisis de redes ponderadas. Aplicaciones en genómica y biología de sistemas. Springer Book. ISBN 978-1-4419-8818-8 . 
  4. ^ Granovetter, M (1973). "La fuerza de los lazos débiles". Revista Americana de Sociología . 78 (6): 1360–1380. doi :10.1086/225469. S2CID  59578641.
  5. ^ Luczkowich, JJ; Borgatti, SP; Johnson, JC; Everett, MG (2003). "Definición y medición de la similitud de roles tróficos en redes alimentarias usando equivalencia regular". Journal of Theoretical Biology . 220 (3): 303–321. Bibcode :2003JThBi.220..303L. CiteSeerX 10.1.1.118.3862 . doi :10.1006/jtbi.2003.3147. PMID  12468282. 
  6. ^ DJ Watts y Steven Strogatz (junio de 1998). «Dinámica colectiva de redes de mundos pequeños» (PDF) . Nature . 393 (6684): 440–442. Bibcode :1998Natur.393..440W. doi :10.1038/30918. PMID  9623998. S2CID  4429113. Archivado desde el original (PDF) el 21 de febrero de 2007.
  7. ^ Tore Opsahl y Vittoria Colizza y Pietro Panzarasa y Jose J. Ramasco (2008). "Prominencia y control: el efecto ponderado del club de los ricos". Physical Review Letters . 101 (16): 168702. arXiv : 0804.0417 . Bibcode :2008PhRvL.101p8702O. doi :10.1103/PhysRevLett.101.168702. PMID  18999722. S2CID  29349737. Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2009 . Consultado el 17 de septiembre de 2009 .
  8. ^ "La operacionalización de la fuerza de los vínculos en las redes sociales". 2009-02-06. Archivado desde el original el 2009-08-24 . Consultado el 2009-09-17 .
  9. ^ ab Zhang, Bin; Horvath, Steve (2005). "Un marco general para el análisis de redes de coexpresión génica ponderada". Aplicaciones estadísticas en genética y biología molecular . 4 : Artículo 17. doi :10.2202/1544-6115.1128. PMID  16646834. S2CID  7756201.
  10. ^ ab Langfelder, Peter; Horvath, Steve (2008). "WGCNA: un paquete R para el análisis de redes de correlación ponderada". BMC Bioinformatics . 9 : 559. doi : 10.1186/1471-2105-9-559 . PMC 2631488 . PMID  19114008.  Icono de acceso abierto
  11. ^ Newman, Mark EJ (2001). "Redes de colaboración científica: II. Caminos más cortos, redes ponderadas y centralidad" (PDF) . Physical Review E. 64 ( 1): 016132. arXiv : cond-mat/0011144 . Bibcode :2001PhRvE..64a6132N. doi :10.1103/PhysRevE.64.016132. PMID  11461356. S2CID  12985167. Archivado (PDF) desde el original el 2008-10-10 . Consultado el 2009-09-17 .
  12. ^ Brandes, U (2008). "Sobre variantes de la centralidad de intermediación de la ruta más corta y su cálculo genérico". Redes sociales . 30 (2): 136–145. CiteSeerX 10.1.1.72.9610 . doi :10.1016/j.socnet.2007.11.001. 
  13. ^ Opsahl, T; Agneessens, F; Skvoretz, J (2010). «Centralidad de nodos en redes ponderadas: generalización del grado y los caminos más cortos». Redes sociales . 32 (3): 245–251. doi :10.1016/j.socnet.2010.03.006. Archivado desde el original el 24 de junio de 2021 . Consultado el 17 de junio de 2021 .
  14. ^ Tore Opsahl; Pietro Panzarasa (2009). "Clustering in Weighted Networks". Redes sociales . 31 (2): 155–163. CiteSeerX 10.1.1.180.9968 . doi :10.1016/j.socnet.2009.02.002. S2CID  8822670. Archivado desde el original el 2019-07-01 . Consultado el 2009-09-17 . 
  15. ^ Dong J, Horvath S (2007) "Comprensión de los conceptos de red en módulos". BMC Systems Biology 2007, 1 de junio:24Icono de acceso abierto
  16. ^ Dong, Jun; Horvath, Steve (2008). Miyano, Satoru (ed.). "Interpretación geométrica del análisis de redes de coexpresión génica". PLOS Computational Biology . 4 (8): e1000117. Bibcode :2008PLSCB...4E0117H. doi : 10.1371/journal.pcbi.1000117 . PMC 2446438 . PMID  18704157.  Icono de acceso abierto
  17. ^ Gursoy, Furkan; Badur, Bertan (18 de septiembre de 2021). "Extracción de la columna vertebral firmada de redes ponderadas intrínsecamente densas". Revista de redes complejas . 9 (5). arXiv : 2012.05216 . doi :10.1093/comnet/cnab019. ISSN  2051-1310.
  18. ^ "tnet » Software". Tore Opsahl. 12 de junio de 2011. Archivado desde el original el 15 de junio de 2021. Consultado el 17 de junio de 2021 .