助成番号

５－２190934
研 究 成 果 報 告 書

研究テーマ
（和文）

厳密計算アプローチを用いた定量化と評価によるネットワークの頑健性の追究

研究テーマ
（英文）

Exact computational approaches to measuring and evaluating network robustness

研究期間

２０１９年 ～ ２０２０年

研究機関名

東京工業大学

（漢字）

研究代表者
氏
名

（カタカナ）

ホルム ペッテル（英文）Holme Petter

所属機関・職名（漢字）

共同研究者（１名をこえる場合は、別紙追加用紙へ）

氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名
概要 （600 字～800 字程度にまとめてください。）
ネットワーク科学が社会システム工学に資する主要トピックに“ネットワークのロバスト性”がある。
本助成金の研究テーマは、ネットワークを堅牢にする機能を見出すための新たな計算方法を開発することであった。本研究を通じて、連鎖的な障害や攻撃からネットワークを保護する方法、堅牢なネットワークを設計する方法、既存のネットワークを最適に改善する方法について大きな進捗・成果を得て 6 報の学術誌に報告した。以下本研究で得られた代表的な 2 つの成果要旨を述べる。
成果の一つ目は、機械学習手法を使用し、エピデミックの蔓延に関連する重要なノードの最適な予測子をネットワークの中心性測定値の組み合わせに基づき構築したことである。得られた予測子は、個々の中心 性の 尺度よ りも はるか に優 れた敏 感な ノード を予 測でき るこ とを示 した （PLOS Comp. Biol. 16,e1008052 (2020)）。
二番目の成果は、ネットワーク上での流行を防ぐための効率的なセンチネル監視戦略を示したことである。特殊なタイプの重要なノード、いわゆる「歩哨；ネットワーク上の動的システムが早期に到達するノード」について検討し、ネットワークが非常に不均一な次数分布を持つ場合,センチネルは (これらのノードが接続されていても) 最高次数のノードの中になければならないことを示した。次数分布がより均一である場合 、センチネルがネットワーク内で互いに遠くに分散していると有効であることを明らかにした(PLoS Comput. Biol. 15(11): e1007517)- 1 -発表文献 （この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文課題

Exit rights open complex pathways to cooperation

著者名

Chen Shen; Marko Jusup; Lei Shi; Zhen Wang;Matjaz Perc; Holme, P

雑誌
ページ

発行年

2

0

Journal of Royal SocietyInterface

2

巻号

1

18

論文課題

Susceptible-infected-spreading-based network embedding in static and temporal networks

著者名

Xiu-Xiu Zhan; Ziyu Li; Naoki Masuda; Holme, P; Huijuan
Wang

雑

雑誌名

EPJ Data Science

0

巻号

9

論文課題

Freedom of choice adds value to public goods

著者名Shi, L; Romic, I; Ma, YJ; Wang, Z; Podobnik, B; Stanley, HE;
Holme, P; Jusup, M

雑誌名

PNAS

発行年

巻号

117 (30)

誌ページ

雑20200777

雑誌名誌
ページ

3017516-17521

発行年

2200220

論文課題

Beyond ranking nodes: Predicting epidemic outbreak sizes by network centralities

著者名

Bucur, D; Holme, P

ページ

e1008052

雑誌

発行年

20

雑誌名

PLOS Comput. Biol.

2

巻号

016 (7)

論文課題

Coupling the circadian rhythms of population movement and the immune system in infectious disease modeling

著者名

Du, ZW; Holme, P

ページ

e0234619

雑誌

発行年

20雑誌名

PLOS ONE

2巻号

0

論文課題

Universal evolution patterns of degree assortativity in social networks

著者名Zhou, B; Lu, X; Holme, P

15 (6)

雑誌ページ

47 -55

発行年

論文課題Free and freer XY models

著者名Holme, P; Gandica, Y

ページ032311

20

雑誌名SOCIAL NETWORKS

2巻号

063

雑誌

発行年

20

雑誌名

Phys. Rev. E

2巻号

0

論文課題

Efficient sentinel surveillance strategies for preventing epidemics on networks

著者名Colman, E; Holme, P; Sayama, H; Gershenson, C

101 (3)

雑誌ページ

e1007517

発行年

2- 2 -0

雑誌名

PLoS Comput. Biol.

1巻号

915 (11)

英文抄録 （100 語～200 語程度にまとめてください。）
A major topic where network science can contribute to social systems engineering is that of network
robustness. The theme of this grant has been to develop new computational methods for finding what features of a
network that makes it robust. Through the research, the PI have made two major progresses and achievements on
how to protect networks from chain failures and attacks, how to design robust networks, and how to optimally
improve existing networks.
The first outcome used machine learning techniques to build optimal predictors of important nodes withrespect to epidemic spreading. These predictors are combinations of established "network centrality" measures.
The machine learning methods show that a combination of such centralities can predict the sensitive nodes muchbetter than individual centrality measures (PLOS Comp. Biol. 16, 2020).
Another one was on efficient sentinel surveillance strategies for preventing epidemics on networks. The PI
studied a special type of important nodes, namely so-called "sentinels." These are nodes that dynamic systems on
a network reach early. The PI shows that if a network has a very heterogeneous degree distribution (here "degree"means the number of neighbors of a node), sentinels need to be among the nodes of the highest degree (eventhough these nodes are connected). Otherwise, it is beneficial if the sentinels are scattered far apart from eachother in the network (PLOS Comp. Biol. 15(11), 2019).

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