脑网络中rich-club

本文探讨了富人俱乐部现象在复杂网络中的应用,特别是如何通过rich-club系数量化节点间紧密连接的程度,揭示了其在脑网络研究中的重要性。

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富人俱乐部表示一些少数的重要节点(hub,又称枢纽)相互之间表现出更强更紧密的连接,并且构成1个结构核心和功能枢纽。
之前对这个总是不理解,看定义也是说from 1 to node-1,当我用48个节点算出来47个系数时,问题来了,这47个混合着数字和NaN的是呈啥意思,是什么连接什么,代表什么,没搞清楚。
一直在知网和PubMed上寻找答案,当看到rich-club的公式时,我才有点恍然大悟的感觉。
先让我们来看下公式:
在这里插入图片描述
它表示:k是度的某一个预定值,而Nk是(degree>k)的节点的总数目,所以这个N是代表脑网络中的富人俱乐部的数量,E>k是这些rich-club之间的真实存在的(不一定相邻)连边的数目。
那么,这个公式可以理解为,在相邻的rich-club中,用这些hub的degree的总和的两倍,除以这些rich-club的个数,最后得出的Φ是平均degree,或者称为rich-club的聚类系数。Φ越大,则rich-club间的连接越紧密。当Φ=1,则所有节点两两之间都互相连接。
假设我要构建的脑网络有48个节点,节点与节点之间的degree最短就是1,即孤立的接收点,最长是47,即掌控所有的点。

### 关于 Gretna 和 NaN 的解释 Gretna 是一种用于分析脑网络特性的工具包,广泛应用于神经科学领域中的复杂网络研究。当提到 `NaN`(Not a Number),这通常表示数据集中存在缺失值或未定义的数值[^1]。 在处理 44 名被试和 246 个 ROI 所构建的矩阵时,如果某些位置出现了 `NaN` 值,则可能是因为以下原因: - 数据采集过程中存在问题,导致特定区域未能成功记录信号。 - 计算 rich club 系数的过程中,由于算法逻辑限制,部分连接强度无法有效量化而返回 `NaN`。 对于含有 `NaN` 的矩阵,在进一步统计分析前需采取适当措施来应对这些缺失值。常见的方法包括但不限于删除含 `NaN` 行列、插补法填补缺失值等技术手段。 以下是利用 Python 对包含 `NaN` 的矩阵进行简单预处理的一个例子: ```python import numpy as np import pandas as pd # 创建模拟数据集 (假设这里有一个带 NaN 的矩阵) data_with_nan = np.random.rand(44, 245) * 0.8 + 0.1 # 随机生成一些数据 nan_indices = np.random.choice(range(data_with_nan.size), size=int(0.1*data_with_nan.size), replace=False) data_with_nan.ravel()[nan_indices] = np.nan # 插入一定比例的 NaN df_data = pd.DataFrame(data_with_nan) # 方法一:移除任何包含 NaN 的行/列 cleaned_df_dropna_rows = df_data.dropna(axis=0) # 删除所有带有 NaN 的行 cleaned_df_dropna_cols = df_data.dropna(axis=1) # 删除所有带有 NaN 的列 # 方法二:填充 NaN 值 filled_mean = df_data.fillna(df_data.mean()) # 使用均值填充 NaN filled_zero = df_data.fillna(0) # 使用零填充 NaN ``` 上述代码展示了如何通过 Pandas 库轻松实现对 `NaN` 处理的不同策略。选择何种方式取决于具体应用场景以及后续分析需求。
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