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作家相片Dr Colin Lee

新的計量運用宇宙法則:冪定律(Power Law)

冪定律是一種多項式關係,展示了變量之間的標度不變性。其基本形式為:


幂函数 :  y= x a (a 為有理數)

指数函数 : y=ax (a>0 , 且 a≠1 


幂律分布

幂律分布是一種概率分布,假設變量 x服從參數為 α 的幂律分布,其概率密度函數可表示為:

f(x)=cxa−1(x→∞)


反指數關係

-  客戶量 (Number of clients)

-  產品或服務互動的價值 (The value of interactions with products or services) 

冪律分佈在社交網路中的應用廣泛且深刻,以下是幾個具體的例子:

首先,節點連結度 : 展示了社群網路中使用者之間的關係分佈。大多數用戶只有少量的連接,而少數的用戶,通常是名人或關鍵影響者,擁有大量的連接。這種不均勻的連結模式符合冪律分佈,顯示在社群網路中,少數人擁有多數的社交資源。


其次,訊息傳播 : 的特性在社交網路中同樣體現了冪律分佈的特徵。大部分資訊僅由少量用戶分享,而極少數的訊息,如那些病毒式傳播的內容,則被大量用戶轉發。這種傳播模式影響了訊息的可見性和影響力,使得某些內容迅速走紅。


此外,用戶活躍度 : 也是一個重要的方面。在社群網路中,使用者的活躍程度通常呈現冪律分佈。大多數用戶參與活動的頻率較低,而極少數用戶則非常活躍,貢獻了大量的內容和互動。這種活躍度的差異影響了社區的動態和發展。


再者,社交網路的社交圖譜 : 結構常遵循冪律特徵。在使用者之間的連結形成的網路圖中,節點的度數分佈呈現出冪律規律,顯示出網路中存在一些中心節點,這些節點在資訊流動和社交互動中起著關鍵作用。


最後,社群形成 : 也反映了冪律分佈的特徵。在社群網路中,社群或圈子通常由少數核心用戶主導,這些核心用戶的影響力和連結度顯著高於其他用戶。這樣的結構使得社群的動態和發展受到了這些關鍵用戶的強烈影響。透過這些例子,我們可以看到,冪律分佈在社群網路中不僅塑造了使用者之間的關係,也影響了訊息的傳播和社交互動的模式。


冪定律(Power Law)應用在以下情況:

1.  自組織臨界模型 :

   - 系統內建立相互依賴關係,產生幂律分布,直至達到臨界狀態。

   - 真實系統如地震、網絡、金融、沙堆、火災等均為自組織臨界性系統。

森林火災模式(forest fire model)也是自組織臨界模型的一種。假設樹木可以在一個二維網格上生長,這些樹木也可能會隨機地被閃電擊中。當樹木的密度較低時,由閃電引發的任何火災的規模都很小,最多只會蔓延到幾個格點。當樹木密度變得夠高時,再被閃電擊中就會導致森林大火。真實的森林火災系統是一個開放系統,存在著能量的交換:它的能量輸入就是可燃物樹木的增長,它的能量輸出就是火災。森林火災系統具有自組織臨界性系統的典型特徵,系統的能量注入是持續、緩慢而均勻的,分析這種性質的系統通常可以自發性地演化到一個臨界狀態,研究最終是否導致大事件的可能發生。


2.  數字型創業 :

   - 職場人士透過換工作提升收入,又或創業雖風險較大,但持續學習可降低風險,成功一次可獲得高達千萬的收入。

創業的人更願意選擇風險高的機會,機會的增加可以創造風險激勵,創新者經常冒險,他們往往是連續創業者,只要捕捉一隻獨角獸(市值10億美元以上的公司),不僅可以補償多次失敗的項目,還可以帶來很大的利潤。當然創業之前一定要評估自己的風險承受力。


3.  機器學習曲線 :

   - 應用幂律分布於算法與數據分析中。

幂律分布在機器學習中具有重要的應用價值。它幫助我們理解特徵的影響力,優化數據集的處理,並改進模型的性能。特別是在特徵選擇中,幂律分布可以揭示少數特徵對預測結果的關鍵作用。此外,通過分析數據集的分佈,我們能夠更好地設計生成模型,並在網絡分析中理解節點的連接性。這些應用使得幂律分布成為機器學習研究中的一個重要工具。


4.  新型投資分析 :

   - 利用幂律分布模型進行更準確的市場預測與風險管理。

人類的財富都是一樣的,但是隨著時間的推移,數據開始逐漸拉開,並且越拉越大,最終財富的分配接近於情況就是冪律分佈,特別使用在數字科技的新行業的財富形態。


冪定律和幂律分布在多個領域中具有重要意義,幫助我們理解和預測複雜系統的行為; 冪定律掌控著我們周遭的世界,並被廣泛應用於物理學、生物學、心理學、經濟學、氣象學、犯罪學與其他諸多領域。


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