Integrating machine learning approaches into network science: exemplary applications and novel algorithms

Florian Blöchl
2011
Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, beispielhaft zu zeigen, wie Methoden zur Modellierung komplexer Systeme - vor Allem die Sprache komplexer Netzwerke - und maschinelle Lernansätze voneinander profitieren können. Dabei behandelt sie mehrere Projekte, die aus konkreten Fragen an verschiedene komplexe Systeme aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen entspringen. Ein einführendes Kapitel erklärt wichtige Clusterverfahren und Methoden zur blinden Quellenseparation (BSS). Anschließend
more » ... BSS). Anschließend führt es die grundlegenden Konzepte in der Erforschung komplexer Netzwerke ein. Es diskutiert insbesondere die Identifizierung von Communites, also dichter verknüpfter Subgraphen, was den klassischen Schnittpunkt der beiden Felder darstellt. Dem Trend in der Netzwerk-Community folgend, über die gut verstandenen Standard-Graphen hinauszugehen, konzentriert sich Kapitel 2 auf Netzwerkanalysen in Gegenwart von Self-loops. Es werden zwei Knotenzentralitätsmaße entwickelt, die in gewichteten, gerichteten Graphen mit Self-loops anwendbar sind. Unsere Hauptanwendung, die Analyse von Güterstrom-Netzwerken zwischen Wirtschaftssektoren, kommt aus den empirischen Wirtschaftswissenschaften. Durch die Anwendung unserer Zentralitätsmaße auf solche Daten aus einer Vielzahl von Ländern decken wir die hervorstechenden Merkmale der Struktur der verschiedenen nationalen Volkswirtschaften auf. Der Vergleich der Länder durch ein Clustering auf Basis der Sektorzentralitäten spiegelt geographische Nähe und ähnlichen Entwicklungsstatus wider. Kapitel 3 geht über Netzwerkanalysen hinaus und stellt beispielhaft den Schritt von der Netzwerkarchitektur zur Systemdynamik dar. Es untersucht den Zusammenhang zwischen der Topologie hierarchischer Netze und den Lösungen entsprechender dynamischer Systeme, wenn die Dynamik durch zwei Arten von Differentialgleichungen modelliert wird. Diese Systeme sind generische Modelle für biologische Signaltransduktion und damit von hoher Relevanz für die mathematische Biologie. Für eine gegebene Topologie ist die Dynami [...]
doi:10.5283/epub.19912 fatcat:okqzgwr55rf3holbrrdomrdixe