Uma rede espacial (às vezes também chamada de gráficos geométricos")) é um gráfico&action=edit&redlink=1 "Gráfico (matemática discreta) (ainda não elaborado)") no qual os vértices") ou arestas (teoria dos grafos)&action=edit&redlink=1 "Arestas (teoria dos grafos) (ainda não elaborado)") são elementos espaciais associados a objetos geométricos, por exemplo, os nós estão localizados em um espaço equipado com um certo metric&action=edit&redlink=1 "Métrica (matemática) (ainda não escrita)." um par de nós estão conectados se a distância euclidiana") for menor que um determinado raio de vizinhança. Redes de mobilidade e transporte"), Internet, redes de telefonia celular, linhas de energia"), redes sociais e de contato e redes neurais são exemplos onde o espaço subjacente é relevante e onde a topologia do gráfico por si só não contém todas as informações. Caracterizar e compreender a estrutura, resiliência e evolução das redes espaciais é crucial para uma multiplicidade de campos que vão do planejamento urbano à epidemiologia.
Exemplos
Uma rede espacial urbana pode ser construída abstraindo interseções (nós) e ruas (vértices), algo que geralmente é referido como rede de transporte&action=edit&redlink=1 "Rede de transporte (teoria dos grafos) (ainda não escrita)"). O tráfego de Pequim foi estudado como uma rede dinâmica e suas propriedades de filtro têm sido úteis para identificar gargalos sistemáticos[3].
Poderíamos pensar em um “mapa espacial” como a imagem negativa de um mapa padrão, com espaço aberto recortado do fundo de edifícios ou paredes.[4].
Caracterizando redes espaciais
Os seguintes aspectos são alguns dos mais característicos a serem examinados em uma rede espacial:[1].
Em muitas aplicações, como estradas, rodovias e outras redes de transporte, a rede é considerada plana. As redes planas constituem um grupo importante dentro das redes espaciais, mas nem todas as redes espaciais são planas. Na verdade, as companhias aéreas de passageiros são um exemplo não-plano: todos os aeroportos do mundo estão ligados por voos diretos.
Teoria dos nós e redes urbanas
Introdução
Em geral
Uma rede espacial (às vezes também chamada de gráficos geométricos")) é um gráfico&action=edit&redlink=1 "Gráfico (matemática discreta) (ainda não elaborado)") no qual os vértices") ou arestas (teoria dos grafos)&action=edit&redlink=1 "Arestas (teoria dos grafos) (ainda não elaborado)") são elementos espaciais associados a objetos geométricos, por exemplo, os nós estão localizados em um espaço equipado com um certo metric&action=edit&redlink=1 "Métrica (matemática) (ainda não escrita)." um par de nós estão conectados se a distância euclidiana") for menor que um determinado raio de vizinhança. Redes de mobilidade e transporte"), Internet, redes de telefonia celular, linhas de energia"), redes sociais e de contato e redes neurais são exemplos onde o espaço subjacente é relevante e onde a topologia do gráfico por si só não contém todas as informações. Caracterizar e compreender a estrutura, resiliência e evolução das redes espaciais é crucial para uma multiplicidade de campos que vão do planejamento urbano à epidemiologia.
Exemplos
Uma rede espacial urbana pode ser construída abstraindo interseções (nós) e ruas (vértices), algo que geralmente é referido como rede de transporte&action=edit&redlink=1 "Rede de transporte (teoria dos grafos) (ainda não escrita)"). O tráfego de Pequim foi estudado como uma rede dinâmica e suas propriedades de filtro têm sido úteis para identificar gargalos sistemáticos[3].
Poderíamos pensar em um “mapa espacial” como a imagem negativa de um mapa padrão, com espaço aberto recortado do fundo de edifícios ou paredes.[4].
Caracterizando redes espaciais
Os seguintes aspectos são alguns dos mais característicos a serem examinados em uma rede espacial:[1].
Em muitas aplicações, como estradas, rodovias e outras redes de transporte, a rede é considerada plana. As redes planas constituem um grupo importante dentro das redes espaciais, mas nem todas as redes espaciais são planas. Na verdade, as companhias aéreas de passageiros são um exemplo não-plano: todos os aeroportos do mundo estão ligados por voos diretos.
Existem muitos exemplos de redes que parecem não estar “diretamente” incorporadas no espaço. As redes sociais, por exemplo, conectam indivíduos por meio de relações de amizade. Mas, neste caso, o espaço intervém no facto de a provável ligação entre dois indivíduos normalmente diminuir com a distância entre eles.
Uma rede espacial pode ser representada por um diagrama de Voronoi, que é uma forma de dividir o espaço em várias regiões. O gráfico binário para um diagrama de Voronoi corresponde à triangulação de Delaunay para o mesmo conjunto de pontos.
Os mosaicos de Voronoi são interessantes para redes espaciais porque fornecem um modelo de representação natural com o qual se pode comparar uma rede espacial do mundo real.
Examinar a topologia de nós e arestas é outra forma de caracterizar redes. A distribuição de graus&action=edit&redlink=1 "Graus (teoria dos grafos) (ainda não escrita)") dos nós é frequentemente considerada, com relação à estrutura das arestas, é útil encontrar a árvore mínima expansível"), ou sua generalização, a árvore de Steiner e o gráfico de vizinhança relativa.
redes treliçadas
Redes reticuladas (ver Fig. 1) são modelos úteis para representar redes espaciais. Muitos fenômenos físicos foram estudados a partir dessas estruturas. Exemplos incluem modelos laminados para magnetização espontânea,[5] fenômenos de difusão modelados como passeios aleatórios[6]
e filtrado.[7] Para modelar a resiliência de infraestruturas interdependentes espacialmente situadas, um modelo de rede de rede interdependente foi recentemente introduzido e analisado (ver Fig. 2)[8]
.[9] Um modelo espacial múltiplo foi introduzido por Danziger et al[10] e posteriormente analisado por Vaknin et al.[11] Ver Fig.
Probabilidades e redes espaciais
No mundo “real”, muitos aspectos das redes são não determinísticos – a aleatoriedade desempenha um papel importante. Por exemplo, novos links, representando amizade, são um tanto aleatórios nas redes sociais. Modelar redes espaciais em relação a operações estocásticas faz muito sentido. Em muitos casos, o processo espacial de Poisson é usado para aproximar conjuntos de dados de processos em redes espaciais. Outros aspectos estocásticos de interesse são:
Uma abordagem a partir da teoria da sintaxe espacial
Outra definição de rede espacial deriva da teoria da sintaxe espacial. Pode ser notoriamente difícil decidir qual elemento espacial deve ser inserido em espaços complexos que envolvem grandes áreas abertas ou muitos caminhos interligados. Os criadores da sintaxe espacial, Bill Hillier e Julienne Hanson, usam a linha axial e o espaço convexo como elementos espaciais. Grosso modo, uma linha axial é a linha de visão e acesso mais longa através do espaço aberto, e um espaço convexo é o polígono. máximo convexo "que pode ser desenhado no espaço aberto. Cada um desses elementos é definido pela geometria de um limite local em diferentes regiões do mapa espacial. A decomposição do mapa espacial em um conjunto completo de linhas axiais que se cruzam ou espaços convexos sobrepostos produz o mapa axial ou mapa convexo sobreposto. Existem definições algorítmicas desses mapas, permitindo o mapeamento de um espaço modelado arbitrariamente para uma rede organizada em gráficos matemáticos para que possa ser realizada em termos de mapas relativamente bem definidos. Mapas axiais são usados para analisar redes urbanas"), em que o sistema geralmente compreende segmentos lineares, enquanto mapas convexos são mais frequentemente usados para analisar planos de construção onde os padrões espaciais são frequentemente articulados de maneira convexa, embora tanto mapas axiais quanto convexos possam ser usados em ambos os casos.
Atualmente, existe uma fração dentro da comunidade de sintaxe espacial que busca uma melhor integração com sistemas de informação geográfica (GIS), e grande parte do software produz interligações com sistemas GIS comercialmente disponíveis.
História
Embora redes e gráficos tenham sido objeto de muitos estudos em matemática, física, sociologia matemática,
ciência da computação, as redes espaciais foram intensamente estudadas durante a década de 1970 pela geografia quantitativa. Os objetos de estudo em geografia são, entre outros, os locais, atividades e fluxos dos indivíduos, mas também redes que envolvem tempo e espaço.[12] A maioria dos problemas importantes, tais como a localização dos nós numa rede, a evolução das redes de transporte e a sua interacção com a densidade populacional e de actividade são abordados nestes primeiros estudos. Por outro lado, muitos pontos importantes permanecem obscuros, em parte porque não existiam grandes conjuntos de dados em rede e capacidades informáticas suficientes.
Recentemente, as redes espaciais têm sido objeto de estudos em Estatística, para conectar probabilidades e processos estocásticos com redes do mundo real.[13].
Referências
[1] ↑ a b M. Barthelemy, "Spatial Networks", Physics Reports 499:1-101 (2011) ( https://arxiv.org/abs/1010.0302 ).: https://arxiv.org/abs/1010.0302
[2] ↑ M. Barthelemy, "Morphogenesis of Spatial Networks", Springer (2018).
[4] ↑ Hillier B, Hanson J, 1984, The social logic of space (Cambridge University Press, Cambridge, UK).
[5] ↑ McCoy, Barry M.; Wu, Tai Tsun (1968). «Theory of a Two-Dimensional Ising Model with Random Impurities. I. Thermodynamics». Physical Review 176 (2): 631-643. Bibcode:1968PhRv..176..631M. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.176.631.: http://adsabs.harvard.edu/abs/1968PhRv..176..631M
[6] ↑ Masoliver, Jaume; Montero, Miquel; Weiss, George H. (2003). «Continuous-time random-walk model for financial distributions». Physical Review E 67 (2). Bibcode:2003PhRvE..67b1112M. ISSN 1063-651X. arXiv:cond-mat/0210513. doi:10.1103/PhysRevE.67.021112.: http://adsabs.harvard.edu/abs/2003PhRvE..67b1112M
[10] ↑ Danziger, Michael M.; Shekhtman, Louis M.; Berezin, Yehiel; Havlin, Shlomo (2016). «The effect of spatiality on multiplex networks». EPL 115 (3): 36002. Bibcode:2016EL....11536002D. ISSN 0295-5075. arXiv:1505.01688. doi:10.1209/0295-5075/115/36002.: http://adsabs.harvard.edu/abs/2016EL....11536002D
[11] ↑ Vaknin, Dana; Danziger, Michael M; Havlin, Shlomo (2017). «Spreading of localized attacks in spatial multiplex networks». New Journal of Physics 19 (7): 073037. Bibcode:2017NJPh...19g3037V. ISSN 1367-2630. arXiv:1704.00267. doi:10.1088/1367-2630/aa7b09.: http://adsabs.harvard.edu/abs/2017NJPh...19g3037V
[12] ↑ P. Haggett and R.J. Chorley. Network analysis in geog-
Existem muitos exemplos de redes que parecem não estar “diretamente” incorporadas no espaço. As redes sociais, por exemplo, conectam indivíduos por meio de relações de amizade. Mas, neste caso, o espaço intervém no facto de a provável ligação entre dois indivíduos normalmente diminuir com a distância entre eles.
Uma rede espacial pode ser representada por um diagrama de Voronoi, que é uma forma de dividir o espaço em várias regiões. O gráfico binário para um diagrama de Voronoi corresponde à triangulação de Delaunay para o mesmo conjunto de pontos.
Os mosaicos de Voronoi são interessantes para redes espaciais porque fornecem um modelo de representação natural com o qual se pode comparar uma rede espacial do mundo real.
Examinar a topologia de nós e arestas é outra forma de caracterizar redes. A distribuição de graus&action=edit&redlink=1 "Graus (teoria dos grafos) (ainda não escrita)") dos nós é frequentemente considerada, com relação à estrutura das arestas, é útil encontrar a árvore mínima expansível"), ou sua generalização, a árvore de Steiner e o gráfico de vizinhança relativa.
redes treliçadas
Redes reticuladas (ver Fig. 1) são modelos úteis para representar redes espaciais. Muitos fenômenos físicos foram estudados a partir dessas estruturas. Exemplos incluem modelos laminados para magnetização espontânea,[5] fenômenos de difusão modelados como passeios aleatórios[6]
e filtrado.[7] Para modelar a resiliência de infraestruturas interdependentes espacialmente situadas, um modelo de rede de rede interdependente foi recentemente introduzido e analisado (ver Fig. 2)[8]
.[9] Um modelo espacial múltiplo foi introduzido por Danziger et al[10] e posteriormente analisado por Vaknin et al.[11] Ver Fig.
Probabilidades e redes espaciais
No mundo “real”, muitos aspectos das redes são não determinísticos – a aleatoriedade desempenha um papel importante. Por exemplo, novos links, representando amizade, são um tanto aleatórios nas redes sociais. Modelar redes espaciais em relação a operações estocásticas faz muito sentido. Em muitos casos, o processo espacial de Poisson é usado para aproximar conjuntos de dados de processos em redes espaciais. Outros aspectos estocásticos de interesse são:
Uma abordagem a partir da teoria da sintaxe espacial
Outra definição de rede espacial deriva da teoria da sintaxe espacial. Pode ser notoriamente difícil decidir qual elemento espacial deve ser inserido em espaços complexos que envolvem grandes áreas abertas ou muitos caminhos interligados. Os criadores da sintaxe espacial, Bill Hillier e Julienne Hanson, usam a linha axial e o espaço convexo como elementos espaciais. Grosso modo, uma linha axial é a linha de visão e acesso mais longa através do espaço aberto, e um espaço convexo é o polígono. máximo convexo "que pode ser desenhado no espaço aberto. Cada um desses elementos é definido pela geometria de um limite local em diferentes regiões do mapa espacial. A decomposição do mapa espacial em um conjunto completo de linhas axiais que se cruzam ou espaços convexos sobrepostos produz o mapa axial ou mapa convexo sobreposto. Existem definições algorítmicas desses mapas, permitindo o mapeamento de um espaço modelado arbitrariamente para uma rede organizada em gráficos matemáticos para que possa ser realizada em termos de mapas relativamente bem definidos. Mapas axiais são usados para analisar redes urbanas"), em que o sistema geralmente compreende segmentos lineares, enquanto mapas convexos são mais frequentemente usados para analisar planos de construção onde os padrões espaciais são frequentemente articulados de maneira convexa, embora tanto mapas axiais quanto convexos possam ser usados em ambos os casos.
Atualmente, existe uma fração dentro da comunidade de sintaxe espacial que busca uma melhor integração com sistemas de informação geográfica (GIS), e grande parte do software produz interligações com sistemas GIS comercialmente disponíveis.
História
Embora redes e gráficos tenham sido objeto de muitos estudos em matemática, física, sociologia matemática,
ciência da computação, as redes espaciais foram intensamente estudadas durante a década de 1970 pela geografia quantitativa. Os objetos de estudo em geografia são, entre outros, os locais, atividades e fluxos dos indivíduos, mas também redes que envolvem tempo e espaço.[12] A maioria dos problemas importantes, tais como a localização dos nós numa rede, a evolução das redes de transporte e a sua interacção com a densidade populacional e de actividade são abordados nestes primeiros estudos. Por outro lado, muitos pontos importantes permanecem obscuros, em parte porque não existiam grandes conjuntos de dados em rede e capacidades informáticas suficientes.
Recentemente, as redes espaciais têm sido objeto de estudos em Estatística, para conectar probabilidades e processos estocásticos com redes do mundo real.[13].
Referências
[1] ↑ a b M. Barthelemy, "Spatial Networks", Physics Reports 499:1-101 (2011) ( https://arxiv.org/abs/1010.0302 ).: https://arxiv.org/abs/1010.0302
[2] ↑ M. Barthelemy, "Morphogenesis of Spatial Networks", Springer (2018).
[4] ↑ Hillier B, Hanson J, 1984, The social logic of space (Cambridge University Press, Cambridge, UK).
[5] ↑ McCoy, Barry M.; Wu, Tai Tsun (1968). «Theory of a Two-Dimensional Ising Model with Random Impurities. I. Thermodynamics». Physical Review 176 (2): 631-643. Bibcode:1968PhRv..176..631M. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.176.631.: http://adsabs.harvard.edu/abs/1968PhRv..176..631M
[6] ↑ Masoliver, Jaume; Montero, Miquel; Weiss, George H. (2003). «Continuous-time random-walk model for financial distributions». Physical Review E 67 (2). Bibcode:2003PhRvE..67b1112M. ISSN 1063-651X. arXiv:cond-mat/0210513. doi:10.1103/PhysRevE.67.021112.: http://adsabs.harvard.edu/abs/2003PhRvE..67b1112M
[10] ↑ Danziger, Michael M.; Shekhtman, Louis M.; Berezin, Yehiel; Havlin, Shlomo (2016). «The effect of spatiality on multiplex networks». EPL 115 (3): 36002. Bibcode:2016EL....11536002D. ISSN 0295-5075. arXiv:1505.01688. doi:10.1209/0295-5075/115/36002.: http://adsabs.harvard.edu/abs/2016EL....11536002D
[11] ↑ Vaknin, Dana; Danziger, Michael M; Havlin, Shlomo (2017). «Spreading of localized attacks in spatial multiplex networks». New Journal of Physics 19 (7): 073037. Bibcode:2017NJPh...19g3037V. ISSN 1367-2630. arXiv:1704.00267. doi:10.1088/1367-2630/aa7b09.: http://adsabs.harvard.edu/abs/2017NJPh...19g3037V
[12] ↑ P. Haggett and R.J. Chorley. Network analysis in geog-