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Mesoscopic descriptions of complex networks

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Universitat de Barcelona. Departament de Física Fonamental

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[spa] El objetivo de la presente tesis es el estudio de las subestructuras que aparecen a un nivel de resolución mesoscópico en las redes complejas. Dichas subestructuras, que en el campo de las redes complejas son denominadas comunidades, intentan agrupar los nodos de una red de manera que los nodos que forman parte de una misma comunidad estén más conectados entre ellos que con el resto de nodos de la red. La importada del análisis de estas estructuras radica en que nos permiten comprender mejor las redes complejas dándonos información sobre la funcionalidad de las comunidades que las componen. Hemos llevado a cabo el estudio de estas estructuras mesoscópicas utilizando la información topológica de las redes, y en cuanto a los métodos empleados éstos se pueden agrupar en dos grandes familias conocidas habitualmente como clustering jerárquico y clustering modular.
Dentro de la primera familia de métodos nos hemos fijado en la existencia de un problema de no unicidad en el clustering jerárquico aglomerativo, y hemos propuesto una solución a dicho problema basada en el uso de una nueva herramienta de clasificación que denominamos multidendrograma. A continuación, hemos aplicado el resultado de una clasificación jerárquica para resolver un problema dentro de las redes complejas financieras. Más concretamente, hemos aprovechado una partición en clusters para resolver de manera más eficiente el problema de optimizar una cartera de valores.
Por lo que respecta a la segunda familia de métodos de clustering estudiados, ésta se basa en la optimización de una función objetivo llamada modularidad El inconveniente que presenta la optimización de la modularidad es su elevado coste computacional, la cual cosa nos ha llevado a idear una reducción analítica del tamaño de las redes complejas de manera que se conserva toda la información necesaria en la red original de cara a hallar la estructura de comunidades que optimice la modularidad. A continuación hemos podido utilizar dicha simplificación de los cálculos en el análisis de toda la mesoescala topológica de las redes complejas. Dicho mesoescala la hemos estudiado añadiendo un mismo valor a todos los nodos de una red que mide su resistencia a formar parte de comunidades, La optimización de la modularidad para estas nuevas instancias de la red original obtenidas a partir de unos valores de resistencia acotados analíticamente, nos permite analizar la mesoescala topológica de las redes. Por último, hemos propuesto una generalización de la función de modularidad donde los bloques constituyentes ya no son solamente arcos sino que pueden ser distintos tipos de motifs. Esto nos permite obtener descripciones más generales de grupos de nodos que incluyen como caso particular a las comunidades.

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cc by (c) Fernández Sabater, Alberto, 2022

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Tesis Doctorals - Departament - Física Fonamental

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Xarxes d'àrea extensa (Xarxes d'ordinadors)

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Mesoscopic descriptions of complex networks