Error and attack tolerance of complex networks

稳健性(进化) 计算机科学 分布式计算 复杂网络 互联网 计算机网络 脆弱性(计算) 计算机安全 生物 生物化学 基因 万维网
作者
Réka Albert,Hawoong Jeong,Albert‐László Barabási
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:406 (6794): 378-382 被引量:6674
标识
DOI:10.1038/35019019
摘要

Many complex systems display a surprising degree of tolerance against errors. For example, relatively simple organisms grow, persist and reproduce despite drastic pharmaceutical or environmental interventions, an error tolerance attributed to the robustness of the underlying metabolic network. Complex communication networks display a surprising degree of robustness: although key components regularly malfunction, local failures rarely lead to the loss of the global information-carrying ability of the network. The stability of these and other complex systems is often attributed to the redundant wiring of the functional web defined by the systems' components. Here we demonstrate that error tolerance is not shared by all redundant systems: it is displayed only by a class of inhomogeneously wired networks, called scale-free networks, which include the World-Wide Web, the Internet, social networks and cells. We find that such networks display an unexpected degree of robustness, the ability of their nodes to communicate being unaffected even by unrealistically high failure rates. However, error tolerance comes at a high price in that these networks are extremely vulnerable to attacks (that is, to the selection and removal of a few nodes that play a vital role in maintaining the network's connectivity). Such error tolerance and attack vulnerability are generic properties of communication networks.
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