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接近中心性

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接近中心性(closeness centrality)根据一个顶点到其他顶点的最短路径距离评价其可达位置。距离总和越小,标准接近中心性越大。不连通图和有向图存在多种约定,必须同时说明哪些点纳入分母、不可达点怎样处理,以及使用向内还是向外距离。

在四点路径 1−2−3−4 中,从一出发到其余点的距离为 1,2,3,总和六;从二出发为 1,1,2,总和四。因此中间位置具有更高的接近中心性,虽然它并没有到每个点都距离一。

四点路径各顶点标出到其余点的距离和6、4、4、6
比较的是最短距离总和;归一化分子同为三,因此中间两点得分较高。

连通图的定义和范围

设有限无向简单图连通,n≥2,每条边距离为一。定义 C(v)=n−1∑u≠vd(v,u). 它是平均最短距离的倒数。另有不带 n−1 的倒数距离和约定,跨网络比较时不能把两者混为同一数值。[1]

由于其他每个顶点的距离至少一,分母至少 n−1,故 0<C(v)≤1。等号当且仅当 v 与所有其他顶点直接相邻。这给出数值范围和等号条件的完整证明。在同一顶点集上加边不会增加任意最短距离,因为旧路径仍可使用,因此固定连通图上的 C(v) 不会因加边而下降。

四点路径的值依次为 1/2,3/4,3/4,1/2。变式: 给它增加边 14 成为四边形,每点到其他点的距离为 1,1,2,所以得分全为 3/4。原中间点没有严格增加,说明加边只保证“不下降”。

不可达点改变了分母的含义

在不连通图中,直接令不可达距离为无穷会使全体倒数距离和为零,难以比较不同分量内部位置。若只对可达点计算,则小分量可能得到过高分数。例如一条孤立的二点边,其端点在本分量内得分一,却无法到达网络其他顶点。

设全图有 N≥2 个顶点,从 v 可达的其他顶点有 rv 个,有限距离和为 Sv。一种常用修正为 CWF(v)=rvN−1rvSv. 第一个因子惩罚只覆盖小部分网络的位置,第二个因子是可达部分的平均距离倒数。rv=0 时约定为零,避免 0/0;全图单顶点时也通常记零。连通时 rv=N−1,恢复原式。

在四点路径旁再加孤立顶点五,中间点二仍有 r2=3,S2=4,所以修正值为 (3/4)(3/4)=9/16;若只报告本分量值,仍是 3/4。路径端点的修正值为 (3/4)(3/6)=3/8,孤立点为零。加入不相连的顶点并未改变局部路径,却改变了“在全网络中可达多少”的比例。

另一种不同指标是调和中心性 H(v)=∑u≠v1/d(v,u),约定 1/∞=0,也可再除以 N−1。它是距离倒数之和,不是距离和的倒数。上述点二的归一化调和值为 (1+1+1/2)/4=5/8,与 9/16 不同;二者不可在同一报告里无说明地替换。

方向、单位和解释

有向图中 d(u,v) 与 d(v,u) 可能不同。网络 a→b→c 中,c 能被另外两点到达,却不能向外到达任何点;向内与向外接近性因此描述相反角色。应先确定信息进入还是扩散出去,再统一选择距离方向。

加权距离还带有单位。若全部距离乘以常数 a>0,接近性除以 a,所以在任意实权距离上不再具有一的通用上界。把联系强度直接作为距离也会颠倒含义:强联系数值大不一定表示路更长,转换规则须由模型说明。与介数中心性不同,一个点可以距离大家都近,却不充当其他点最短路的中转;两种指标并不互相替代。

参考资料

  1. ↑ NetworkX 官方文档:closeness_centrality,定义、Wasserman–Faust 修正及有向图的向内距离约定。访问日期:2026-10-25。