Preview

Proceedings in Cybernetics

Advanced search

Numerical simulation of percolation theory in connectivity analysis of knowledge networks

https://doi.org/10.35266/1999-7604-2026-1-4

Abstract

The paper models the dynamics of connectivity change in irregular networks using percolation theory. The article analyzes an existent knowledge network, i.e. citation system for scientific publications based on a sample from the arXiv database related to the "second superstring revolution" in high-energy physics (HEP). The selected numerical modeling method enables a closer study of the network clustering and the macroscopic quantities' values near the percolation threshold. The work demonstrates that the percolation threshold increases with the average network degree, reaching a saturation value of 0.65–0.70 in the node problem. Moreover, the average cluster size also increases. The growth rate of node clustering peaks in the range from 0.5 to 0.8 considering a single node omission probability. The results reveal that clustering in an expanding knowledge network is more sensitive to changes in the connection density compared to percolation processes.

 
 
 

About the Authors

O. R. Popov
National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering), Docent



S. O. Kramarov
Surgut State University, Surgut
Russian Federation

Professor



E. V. Grebenyuk
Surgut State University, Surgut
Russian Federation

Senior Lecturer



References

1. Дерябин С. А., Кондратьев Е. И., Рзазаде Ульви Азар оглы и др. Язык моделирования архитектуры цифрового предприятия: методологический подход к проектированию систем Индустрии 4.0 // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 2. С. 97–110. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_2_0_97.

2. Beloglazov I., Krylov K. An interval-simplex approach to determine technological parameters from experimental data // Mathematics. 2022. Vol. 10, no. 16. https://doi.org/10.3390/math10162959.

3. Brunk N. E., Twarock R. Percolation theory reveals biophysical properties of virus-like particles // ACS Nano. 2021. Vol. 15, no. 8. P. 12988–12995. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01882.

4. Лесько С. А., Алёшкин А. С., Филатов В. В. Стохастические и перколяционные модели динамики блокировки вычислительных сетей при распространении эпидемий эволюционирующих компьютерных вирусов // Russian Technological Journal. 2019. Т. 7, № 3. С. 7–27. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-3-7-27.

5. Broadbent S. R., Hammersley J. M. Percolation processes: I. Crystals and mazes // Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. 1957. Vol. 53, no. 3. P. 629–641. https://doi.org/10.1017/S0305004100032680.

6. Kesten H. What is… percolation? // Notices of the American Mathematical Society. 2006. Vol. 53, no. 5. P. 572–573.

7. Li M., Liu R.-R., Lü L. et al. Percolation on complex networks: Theory and application // Physics Reports. 2021. Vol. 907. P. 1–68. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2020.12.003.

8. Петров Е. А., Джариев И. Э., Попов О. Р. и др. Подход к прогнозированию универсальных динамических процессов на примере моделирования электромагнитного воздействия на газогидратные пласты // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 6. С. 56–66. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_6_0_56.

9. Xie J., Meng F., Sun J. et al. Detecting and modelling real percolation and phase transitions of information on social media // Nature Human Behaviour. 2021. Vol. 5. P. 1161–1168. https://doi.org/10.1038/s41562-021-01090-z.

10. Жуков Д. О., Хватова Т. Ю., Зальцман А. Д. Моделирование стохастической динамики изменения состояний узлов и перколяционных переходов в социальных сетях с учетом самоорганизации и наличия памяти // Информатика и ее применения. 2021. Т. 15, № 1. С. 102–110. https://doi.org/10.14357/19922264210114.

11. Bagnoli F., Bellini E., Massaro E. et al. Percolation and Internet science // Future Internet. 2019. Vol. 11, no. 2. P. 35. https://doi.org/10.3390/fi11020035.

12. Sun H., Radicchi F., Kurths J. et al. The dynamic nature of percolation on networks with triadic interactions // Nature Communications. 2023. Vol. 14. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37019-5.

13. Дашко Ю. В. Перколяционное представление микроструктуры сегнетокерамики: дис. … д-ра ф.-м. наук. Ростов-на-Дону, 1998. 402 с.

14. Mondal S., Pachhal S., Agarwala A. Percolation transition in a topological phase // Physical Review B. 2023. Vol. 108, no. 22. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.L220201.

15. Крамаров С. О., Попов О. Р., Джариев И. Э. и др. Динамика формирования связей в сетях, структурированных на основе прогностических терминов // Russian Technological Journal. 2023. Т. 11, № 3. С. 17–29. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2023-11-3-17-29.

16. Абдуллаев А. М., Аверченко Е. В., Александрова Т. С. и др. Возможности сочетания естественного и искусственного интеллектов в образовательных системах : коллективная монография / под ред. С. О. Крамарова. Москва : РИОР, 2023. 232 с. https://doi.org/10.29039/02124-8.

17. Крамаров С. О., Попов О. Р., Джариев И. Э. и др. Перколяция и формирование связности в динамике сетей цитирования данных по физике высоких энергий // Russian Technological Journal. 2025. T. 13, № 1. С. 16–27. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2025-13-1-16-27.

18. Сизин П. Е. Теоретическое и численное моделирование электрической проводимости пористых сред // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 5. С. 43–56. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_5_0_43.

19. Карачун И. А., Кравченя П. Д., Медников С. В. и др. Моделирование коррозии полимеров в агрессивных средах на основе теории перколяции // Инженерный вестник Дона. 2020. № 12 (72). С. 335–346.

20. Жуков Д. О., Хватова Т. Ю., Лесько С. А. Влияние плотности связей на кластеризацию и порог перколяции при распространении информации в социальных сетях // Информатика и ее применения. 2018. Т. 12, № 2. С. 90–97. https://doi.org/10.14357/19922264180213.

21. Fractals and disordered systems / Bunde A., Havlin S., eds. 2nd rev. ed. Berlin, Heidelberg : Springer Science+Business Media, 2012. 408 p.


Review

For citations:


Popov O.R., Kramarov S.O., Grebenyuk E.V. Numerical simulation of percolation theory in connectivity analysis of knowledge networks. Proceedings in Cybernetics. 2026;25(1):39-48. (In Russ.) https://doi.org/10.35266/1999-7604-2026-1-4

Views: 31

JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1999-7604 (Online)