Structure Diversity and Mean Hitting Time for Random Walks on Stochastic Uniform Growth Tree Networks

分形 顶点(图论) 数学 组合数学 离散数学 随机游动 树(集合论) 随机图 统计物理学 图形 物理 数学分析 统计
作者
Fei Ma,Ping Wang,Xudong Luo,Renbo Zhu
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:35 (8): 8572-8583 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tkde.2022.3206210
摘要

In this work, we propose a principled framework using Vertex-based and Edge-based uniform generation mechanisms to build stochastic uniform growth tree networks that have a wide range of applications in various fields including physics, engineering, chemistry, ect., and then uncover the associated structural features analytically. When considering vertex-degree distribution, there exist three different classes of forms in the thermodynamic limit, i.e., exponential distribution, power-law distribution along with multiple-point distribution. At meantime, three distinct structural shapes are observed in the study of fractal phenomena, that is, fractal feature, critical phenomenon and non-fractal property. In addition, we obtain the analytical solution to fractal dimension for fractal structure from the probability point of view. More importantly, some well-known models, for instance, Vicsek fractal and T-graph, fall into our framework. Next, we precisely consider two families of stochastic uniform growth tree networks generated through the proposed framework. Specifically, we derive the analytic solution to mean hitting time $\langle \mathcal {H}\rangle$ for measuring efficiency of delivering information on networks in a random-walk-based manner, and find that the introduction of randomness certainly enriches the scaling exponent of quantity $\langle \mathcal {H}\rangle$ . Finally, we conduct extensive experiments, which suggests that computer simulations are in good agreement with theoretical analysis.

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