Post on 14-Dec-2018
Estrutura (IV) - Modularidade
Paulo R. Guimarães Jr (Miúdo) & Flávia M. D. Marquitti
Ecologia - USP
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Como caracterizar o agrupamento de pontos e
interações?
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Ao final desta aula, você deve ser capaz de:
1. Caracterizar agrupamento de interações
2. Definir módulos em redes ecológicas
3. Caracterizar como pontos contribuem para a modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Coeficiente de agrupamento e assortatividade2. Identificando grupos3. Modularidade e papéis da espécie4. Motifs5. Resumo
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
! ! !!! ! ! ! !
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
! ! !!! ! ! ! != 2x8/42=0,38
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
!! !!!!
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
!! !!!!
!! !! ! ! !
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
!! !!!!
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
C =1
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
C =1
C =1
C =1
C =1
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
C =1
C =1
C =1
C =1
!! !!!!
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
C =1
C =1
C =1
C =1
!! !!!!
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C =0,33 C =0,33
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
C =1
C =1
C =1
C =1C =0,33 C =0,33
!! !!!!
! !! ! ! !!
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
C =1
C =1
C =1
C =1C =0,33 C =0,33
!! !!!!
! !! ! ! !!
C = 0
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento médio
C =1
C =1
C =1
C =1C =0,33 C =0,33
C = 0
! ! !!!!!!! !
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento médio
C =1
C =1
C =1
C =1C =0,33 C =0,33
C = 0
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
1. Fácil de calcular2. Analítico3. Problemas
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Grafo bipartido
C =0
C =0C =0
C =0
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
1. Fácil de calcular2. Analítico3. Problemas - Grafos bipartidos tem <C> = 0 - Há soluções - contar quadrados na rede - fazer projeções unipartidas
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Um “quadrado”
C =0
C =0C =0
C =0
Projeções unipartidas
P1 P2 P3 P4 P5
p1 0 10 0 0 90
p2 0 90 0 1 9
p3 99 1 0 0 0
p4 0 0 100 0 0
p5 240 0 0 0 0
Projeções unipartidas
Projeções unipartidas
Projeções unipartidas
Projeções unipartidas
Projeções unipartidas
Projeções unipartidas
Projeções unipartidas
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
<C> e conectância podem estar associados
C =1
C =1
C =1
C =1
Conectância= 1<C> = 1
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
<C> e conectância podem estar associados
C =1
C =0,67
C =0,67
C =1
Conectância= 0,83<C> = 0,83
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Nem sempre
C =0
C =0
C =0
C =0
Conectância= 0,67<C> = 0
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
1. Fácil de calcular2. Analítico3. Problemas - Grafos bipartidos tem <C> = 0 - Dependente da conectância - Correções:
! ! ! ! ! !! ! !!
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento
1. Fácil de calcular2. Analítico3. Problemas - Grafos bipartidos tem <C> = 0 - Dependente da conectância - Não permite identificar grupos
P1 P2 P3 P4 P5
p1 1 1 0 0
p2 0 0 0
p3 1 1
p4 1
p5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
1 1
1 3
Matriz de assortatividade
P1 P2 P3 P4 P5
p1 1 1 0 0
p2 0 0 0
p3 1 1
p4 1
p5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
3/4
1/41/2 1/2
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
1 1
1 3
Matriz de assortatividade
0,5 0,5
0,25 0,75
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Matriz de assortatividade
1. Um referencial teórico ajuda (modelo nulo)2. Uma opção para qdo temos hipóteses a priori3. Mas pq não deixar as interações contarem os
grupos?
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Coeficiente de agrupamento e assortatividade2. Identificando grupos3. Modularidade e papéis da espécie4. Motifs5. Resumo
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Há uma infinidade de abordagens2. Duas muito usadas:
- Componentes- Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Há uma infinidade de abordagens2. Duas muito usadas:
- Componentes- Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Componentes
1. Subgrafos isolados2. Dois pontos estão no mesmo componente se há
um caminho entre eles3. Como determinar o número de componentes?
P1 P2 P3 P4 P5
p1 0 1 1 0 0
p2 1 0 0 0 0
p3 1 0 0 1 1
p4 0 0 1 0 1
p5 0 0 1 1 0Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Matriz de adjacência
P1 P2 P3 P4 P5
p1 2 1 1 0 0
p2 1 1 0 0 0
p3 1 0 3 1 1
p4 0 0 1 2 1
p5 0 0 1 1 2Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Matriz Laplaciana
P1 P2 P3 P4 P5
p1 2 -1 -1 0 0
p2 -1 1 0 0 0
p3 -1 0 3 -1 -1
p4 0 0 -1 2 -1
p5 0 0 -1 -1 2Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Matriz Laplaciana
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Componentes
1. Subgrafos isolados2. Dois pontos estão no mesmo componente se há
um caminho entre eles3. Como determinar o número de componentes? - O # de autovalores zero = # de componentes
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Componentes
1. Subgrafos isolados2. Dois pontos estão no mesmo componente se há
um caminho entre eles3. Como determinar o número de componentes? - O # de autovalores zero = # de componentes4. Como identificar qual ponto está em qual componente...
Computacionalmente intensivo
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Componentes
1. Subgrafos isolados2. Dois pontos estão no mesmo componente se há
um caminho entre eles3. Como determinar o número de componentes? - O # de autovalores zero = # de componentes4. Como identificar qual ponto está em qual componente...5. Componentes exigem grupos totalmente isolados
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Há uma infinidade de abordagens2. Duas muito usadas:
- Componentes- Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
1. Subgrafo totalmente conectado
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
1. Subgrafo totalmente conectado2. O maior subgrafo totalmente conectado
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Coeficiente de agrupamento e assortatividade2. Identificando grupos3. Modularidade e papéis da espécie4. Motifs5. Resumo
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
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8
7
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
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9
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
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Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
(2/21)- (15/42)2
(6/21)- (18/42)2
(0/21)- (6/42)2
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
0,09 - 0,130,28 - 0,180 - 0,02
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
-0,040,10
-0,02M = 0,04
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
0,010,15 M = 0,16
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
0,220,25 M = 0,47
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"AB#7&5"?7"1)&23C7-"$")0%5D
1. Uma rede com 11 pontos2. Pode ter de 1 à 11 módulos3. Módulos podem variar de tamanho4. Em qual módulo está o ponto?
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"AB#7&5"?7"1)&23C7-"$")0%5D
1. Uma rede com 11 pontos2. Pode ter de 1 à 11 módulos3. Módulos podem variar de tamanho4. Em qual módulo está o ponto?
*$%5?5-"?7"52#'9)345"(5#1,%)('5A)0#7A%7"'A%7A-5-
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"AB#7&5"?7"1)&23C7-"$")0%5D
1. Uma rede com 11 pontos2. Pode ter de 1 à 11 módulos3. Módulos podem variar de tamanho4. Em qual módulo está o ponto?
*$%5?5-"?7"52#'9)345"(5#1,%)('5A)0#7A%7"'A%7A-5-
E!"#$%&'()*&++(&%"+,F<,-%5"(5#1,%)('5A)0"8"#70=5&"7-2#)2G)
1. Métodos para grafos unipartidos e “infinitos”2. MODULAR - Prática - Métodos para grafos bipartidos - Diferentes algoritmos de otimização
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5-"15A%5-
1. Grau dentro do módulo
!! !!!" ! !!!!" !
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
kis=1ki=3,5
sd=1,67
kis=4ki=3,5
sd=1,67
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
kis=1ki=3,5
sd=1,67z=-1,5
kis=4ki=3,5
sd=1,67z=0,30
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5-"15A%5-
1. Grau dentro do módulo
2. Conectividade entre módulos
!! ! !! !!"!!
!!!
!!!!
!! !!!" ! !!!!" !
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5-"15A%5-
1. Grau dentro do módulo
2. Conectividade entre módulos
!! !!!" ! !!!!" !
!! ! !! !!"#$%!!
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!!
!!
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5-"15A%5-
1. Grau dentro do módulo
2. Conectividade entre módulos
!! !!!" ! !!!!" !
!! ! !! !!
!! !
!!! !! !! ! ! !!
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5-"15A%5-
1. Grau dentro do módulo
2. Conectividade entre módulos
!! !!!" ! !!!!" !
!! ! !! !!
!! !
!!! !! !!!"! !!!" ! !!!"!
7
D&*$BEF)(,($'$*+%$'#0(12&/
G%,1'($*
+%&'(&
'#0(
12&
Periférica Conectora
Hub de módulo
Hub da rede
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Coeficiente de agrupamento e assortatividade2. Identificando grupos3. Modularidade e papéis da espécie4. Motifs5. Resumo
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Motifs
1. Subgrafos ajudam a caracterizar redes2. Subgrafos pequenos (mínimos)
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Motifs
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Motifs
1. Subgrafos ajudam a caracterizar redes2. Subgrafos pequenos (mínimos)3. Contar a freqüência dos subgrafos4. Um motif, é um subgrafo que ocorre em uma
freqüência maior que a esperada
MAS QUAL É O ESPERADO?
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Modularidade
1. Coeficiente de agrupamento e assortatividade2. Identificando grupos3. Modularidade e papéis da espécie4. Motifs5. Resumo
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Coeficiente de agrupamento médio
C =1
C =1
C =1
C =1C =0,33 C =0,33
C = 0
! ! !!!"!
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1&5;07#)
<5#5")(=)&"5-"#>?,05-@
0,220,25 M = 0,47
H7&'I$&'()
<5A7(%5&)
J,;"?7"#>?,05
J,;"?)"&7?7
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
:"1)170"?5"15A%5
Estrutura e dinâmica de redes ecológicas
Modularidade
Cliques