The Structured Controllability Radius of Symmetric (Brain) Networks

可控性 网络可控性 复杂网络 计算机科学 半径 规范(哲学) 数学 拓扑(电路) 应用数学 统计 组合数学 政治学 计算机安全 中心性 中间性中心性 法学
作者
Tommaso Menara,Vaibhav Katewa,Danielle S. Bassett,Fabio Pasqualetti
标识
DOI:10.23919/acc.2018.8431724
摘要

In this paper we propose and analyze a novel notion of controllability of network systems with linear dynamics and symmetric weights. Namely, we quantify the controllability degree of a network with its distance from the set of uncontrollable networks with the same structure, that is, with the minimum Frobenius norm of a structured perturbation rendering the network uncontrollable (structured controllability radius). We derive analytical conditions to compute the structured controllability radius of a network with symmetric weights, and illustrate our results through a number of examples. In particular, we use our theoretical results to study the controllability properties of a set of brain networks reconstructed from diffusion MRI data, and compare them with the controllability properties of a class of random networks. Our results show that brain networks feature a controllability radius that is consistently smaller than the one of random networks with similar weights, indicating that the considered brain networks may not be optimized to favor controllability.

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