Catastrophic cascade of failures in interdependent hypergraphs

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作者
Lei Chen,Yanpeng Zhu,Fanyuan Meng,Run-Ran Liu
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:34 (4) 被引量:20
标识
DOI:10.1063/5.0187160
摘要

The failures of individual agents can significantly impact the functionality of associated groups in interconnected systems. To reveal these impacts, we develop a threshold model to investigate cascading failures in double-layer hypergraphs with interlayer interdependence. We hypothesize that a hyperedge disintegrates when the proportion of failed nodes within it exceeds a threshold. Due to the interdependence between a node and its replica in the other layer, the disintegrations of these hyperedges could trigger a cascade of events, leading to an iterative collapse across these two layers. We find that double-layer hypergraphs undergo abrupt, discontinuous first-order phase transitions during systemic collapse regardless of the specific threshold value. Additionally, the connectivity measured by average cardinality and hyperdegree plays a crucial role in shaping system robustness. A higher average hyperdegree always strengthens system robustness. However, the relationship between system robustness and average cardinality exhibits non-monotonic behaviors. Specifically, both excessively small and large average cardinalities undermine system robustness. Furthermore, a higher threshold value can boost the system's robustness. In summary, our study provides valuable insights into cascading failure dynamics in double-layer hypergraphs and has practical implications for enhancing the robustness of complex interdependent systems across domains.
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