边缘方向与网络结构

有向网络无处不在，是表示具有不对称交互的复杂系统所必需的——从食物网到万维网。尽管边缘方向对于检测局部和社区结构的重要性，但在研究网络中基本的全局多样性类型时，它被忽视了：具有相似边缘数量的节点连接的倾向。这种倾向称为同调性，影响现实网络的关键结构和动态特性，例如容错性或传播流行病的能力。在此我们证明边缘方向对同调性有深远影响。我们定义了一组四个有向同调性度量，并通过与随机网络的比较来分配统计显著性。我们将这些度量适用于三种网络类别——在线/社交网络、食物网和词邻接网络。我们的度量 (i) 揭示了每个类别的共同模式，(ii) 区分了先前被分类到一起的网络，并 (iii) 暴露了几种现有理论模型的局限性。我们拒绝将有向网络标准分类为纯同调或反同调。许多网络显示出类别特异的混合，可能反映了功能或历史约束、偶然性和引导系统演化的力量。