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常見的網路圖有正則網路圖(regular networks)、隨機網路圖(random networks)、小 世界網路圖(small-world networks)、無尺度網路(scale-free networks)。

圖2.1 各種不同類型的網路圖 圖片來源:sciencedirect.com

2.1.1 正則網路圖(regular networks)

不論點數多寡,點與點之間的連線按著固定的規則連線,每個點都有一樣多 的連線,表示每個點有固定的群聚現象。這樣看來,好像我們的生活圈,每天幾

乎與固定的人、事、物有著聯繫,如果,要將任意的兩個點產生關聯,那麼距離 遙遠的兩點則需要透過非常多的連接數,才可以連接起來。只是在實際的網路中,

這樣固定規則連線的網路圖幾乎不存在。只有在研究室裡才會找出這樣的圖來做 比較。

2.1.2 隨機網路圖(random networks)

數學家保羅.艾狄胥(Paul Erdős)和阿菲瑞德.芮易(Alfred Rényi)提出隨機圖 的模型,隨機圖形所指的是由結點(nodes)構成的網路,而連結的方式是純然隨機 的,也就是說如果有一條線(links)要連接兩個結點,是在沒有任何條件的情況下隨 意連結兩個結點。隨機圖形的一個特性是其度分配呈現出被稱為「卜瓦松分佈(the Poisson distribution)」的數學圖形來,與常態分佈圖極為相似。「卜瓦松分佈」是 個規律的分佈圖,有一個明顯的峰值,表明大多數節點的平均連接數都是一樣的。

2.1.3 小世界網路圖(small-world networks)

小世界(small-world)這個詞在1967年社會心理學家史丹利.米爾格蘭(Stanley Milgram)對於人們常常掛在嘴邊的一句話「這世界真小!」深感興趣,而做了一個 假設,世界可以被想成一個巨大的社會交際網路,但從某個角度來看,它又非常 的小,因為總是有兩個互不認識的陌生人在某一個場合裡隨便聊聊,就發現有共 同認識的朋友,於是驚嘆:「這世界真小!」

於是,米爾格蘭(Stanley Milgram)做了一個實驗,想要找出任兩個人之間到底 相隔幾步。在這個實驗裡,米爾格蘭從波士頓和內布拉斯加州的俄馬哈市(Omaha) 中,隨機挑選了幾百個人,把信件交付給這些人。這些信有個最後寄達的目標對 象,是波士頓的一個名為莎朗(Sharon)的證券業務員。

寄信規則很特別:收信者只能是寄信者認識的人,再由下一個寄件人傳給自 己認為有可能認識莎朗的人,直到寄達。如果寄件人本身認識莎朗,當然可以直 接寄給她。實驗結果,並不需要耗費幾十步甚至幾百步,大約平均只需要六個步 驟即可將信件送達莎朗手上[5]。

在研究真實世界網路時,正則網路與隨機網路並無法完全相容於真實世界網 路,真實世界的網路是動態的,不斷的在發生變化,結點的多寡會有異動,連線 亦有異動。於是,六個人的小世界一書作者鄧肯.華茲(Duncan J. Watts)與他的指 導教授史特羅蓋茲(Steven Strogatz)採用了米爾格蘭的想法找出了小世界網路的概 念。

原來在正則網路與隨機之間,還有一個小世界網路,小世界網路中有某種序 則,而序則之外又容許些微的無序狀態[5]。如此一來,小世界網路中隨機兩個點 的步數就不再大,可以縮短到極短的距離。

也就是說,真實世界網路其實是由一群群的網路連結而成,以人為例,每個 人都有自己的生活圈,每個生活圈自成一個網路,按著現在網路上的用語,稱為

「社群網路」。一個人會在各種不同的社群網路裡,而這些不同的網路有些點是 重疊的,有些不會重疊。並且每個人所屬的社群網路有大有小,有些人認識接觸 的人多,他所屬的社群網路的連結就多,有些人少與人互動,其所屬的社群網路 的連結就小得多。但是這是無妨的。有時候不因為網路大就容易連結,小世界所 提到的就是這個世界看起來如此之大,世界上任兩個人如果透過適當的連結,可 以在六步之內連結起來,這樣看來,世界真是小啊。

2.1.4 無尺度網路(scale-free networks)

由巴拉巴西(Albert-László Barabási)與雷卡(Réka Albert)提出的,相對於正則網 路及隨機網路,無尺度則與真實世界的網路模型(複雜網路)有極大的相似性。有著 特徵是在此網路中,大部分節點只與少數的節點連接,而某些少數的節點擁有非 常多的連接節點。這種擁有大量連接的節點,我們稱它們為「中心節點」,或者 稱為集散點(Hub)。這種網路的特性在于面對意外攻擊或故障的時候,網路有強大 的承受能力;但是如果面對惡意的攻擊時,其承受力則顯得相當脆弱。意思是針 對中心節點攻擊,並且造成中心節點實效,其弱點就馬上暴露出來,網路立即面 臨癱瘓的困境。在近幾年的研究當中,各領域網路研究所提出來的大都與無尺度 網路概念的特性相當一致。如帕雷托法則(Pareto principle),食物鏈系統、神經細 胞的網路系統、人際網路、網際網路、全球資訊網、電力網路和交通運輸系統等,

都符合無尺度網路的特性[7]。

表2.1 各種具有無尺度網路特性的例子

網路 節點 連接

電影演員網路 演員 出演同一部電影

全球資訊網 網頁 超連結

網際網路 路由器 物理連接

蛋白質相互作用網路 蛋白質 蛋白質之間的相互作用關係 金融網路 金融機構 借貸關係

美國飛機航班網路 機場 飛機航線

(資料來源:維基百科)