The scaling laws of human travel

生物扩散 连续时间随机游动 缩放比例 随机游动 标度律 幂律 空间生态学 经济地理学 比例(比率) 统计物理学 计量经济学 地理 物理 生态学 数学 统计 地图学 生物 人口学 社会学 人口 几何学
作者
Dirk Brockmann,Lars Hufnagel,T. Geisel
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:439 (7075): 462-465 被引量:2196
标识
DOI:10.1038/nature04292
摘要

The dynamic spatial redistribution of individuals is a key driving force of various spatiotemporal phenomena on geographical scales. It can synchronise populations of interacting species, stabilise them, and diversify gene pools [1-3]. Human travelling, e.g. is responsible for the geographical spread of human infectious disease [4-9]. In the light of increasing international trade, intensified human mobility and an imminent influenza A epidemic [10] the knowledge of dynamical and statistical properties of human travel is thus of fundamental importance. Despite its crucial role, a quantitative assessment of these properties on geographical scales remains elusive and the assumption that humans disperse diffusively still prevails in models. Here we report on a solid and quantitative assessment of human travelling statistics by analysing the circulation of bank notes in the United States. Based on a comprehensive dataset of over a million individual displacements we find that dispersal is anomalous in two ways. First, the distribution of travelling distances decays as a power law, indicating that trajectories of bank notes are reminiscent of scale free random walks known as Levy flights. Secondly, the probability of remaining in a small, spatially confined region for a time T is dominated by algebraically long tails which attenuate the superdiffusive spread. We show that human travelling behaviour can be described mathematically on many spatiotemporal scales by a two parameter continuous time random walk model to a surprising accuracy and conclude that human travel on geographical scales is an ambivalent effectively superdiffusive process.
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