The complex network theory has been extensively used to understand various natural and artificial phenomena made of interconnected parts. This representation enables the study of dynamical processes running on complex systems, such as epidemics and rumor spreading. The evolution of these dynamical processes is influenced by the organization of the network. The size of some real world networks makes it prohibitive to analyse the whole network computationally. Thus it is necessary to represent it by a set of topological measures or to reduce its size by means of sampling. In addition, most networks are samples of a larger networks whose structure may not be captured and thus, need to be inferred from samples. In this work, we study both problems: the influence of the structure of the network in spreading processes and the effects of sampling in the structure of the network. Our results suggest that it is possible to predict the final fraction of infected individuals and the final fraction of individuals that came across a rumor by modeling them with a beta regression model and using topological measures as regressors. The most influential measure in both cases is the average search information, that quantifies the ease or difficulty to navigate through a network. We have also shown that the structure of a sampled network differs from the original network and that the type of change depends on the sampling method. Finally, we apply four sampling methods to study the behaviour of the epidemic threshold of a network when sampled with different sampling rates and found out that the breadth-first search sampling is most appropriate method to estimate the epidemic threshold among the studied ones. / Vários fenômenos naturais e artificiais compostos de partes interconectadas vem sendo estudados pela teoria de redes complexas. Tal representação permite o estudo de processos dinâmicos que ocorrem em redes complexas, tais como propagação de epidemias e rumores. A evolução destes processos é influenciada pela organização das conexões da rede. O tamanho das redes do mundo real torna a análise da rede inteira computacionalmente proibitiva. Portanto, torna-se necessário representá-la com medidas topológicas ou amostrá-la para reduzir seu tamanho. Além disso, muitas redes são amostras de redes maiores cuja estrutura é difícil de ser capturada e deve ser inferida de amostras. Neste trabalho, ambos os problemas são estudados: a influência da estrutura da rede em processos de propagação e os efeitos da amostragem na estrutura da rede. Os resultados obtidos sugerem que é possível predizer o tamanho da epidemia ou do rumor com base em um modelo de regressão beta com dispersão variável, usando medidas topológicas como regressores. A medida mais influente em ambas as dinâmicas é a informação de busca média, que quantifica a facilidade com que se navega em uma rede. Também é mostrado que a estrutura de uma rede amostrada difere da original e que o tipo de mudança depende do método de amostragem utilizado. Por fim, quatro métodos de amostragem foram aplicados para estudar o comportamento do limiar epidêmico de uma rede quando amostrada com diferentes taxas de amostragem. Os resultados sugerem que a amostragem por busca em largura é a mais adequada para estimar o limiar epidêmico entre os métodos comparados.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-28032017-095426 |
| Date | 16 January 2017 |
| Creators | Oe, Bianca Madoka Shimizu |
| Contributors | Rodrigues, Francisco Aparecido |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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