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Théorie des réseaux

Le graphe aléatoire d’Erdos et Renyi

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Théorie des réseaux

Chapitre 7 : Le graphe aléatoire d’Erdos et Renyi

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

Le modèle

La définition

G(n, p)

n sommets. Chaque paire est reliée indépendamment avec probabilité p.

Il n’y a rien d’autre : aucune préférence, aucune histoire, aucune géographie.

Les premiers moments

\mathbb{E}[m] = p\binom{n}{2} \qquad \bar{k} = p(n-1) \qquad k_i \sim \mathcal{B}(n-1,\, p)

Pourquoi étudier un modèle qu’on sait faux

Aucun réseau réel ne se forme au hasard. Mais il faut un point de comparaison.

Dire qu’un réseau est « très clusterisé » n’a de sens que par rapport à ce qu’un hasard pur produirait à densité égale.

La distribution des degrés

De la binomiale à Poisson

La limite

Quand n \to \infty à \bar{k} fixé, p = \bar{k}/(n-1) \to 0 et

\mathbb{P}(k_i = k) \;\longrightarrow\; e^{-\bar{k}}\,\frac{\bar{k}^{\,k}}{k!}

Ce que la loi de Poisson implique

Elle est concentrée autour de sa moyenne : son écart-type vaut \sqrt{\bar{k}}.

Avec \bar{k} = 6, l’écart-type vaut 2{,}45. Un nœud de degré 100 a une probabilité de l’ordre de 10^{-70}.

La réfutation empirique

Les réseaux réels contiennent des nœuds de degré cent ou mille fois la moyenne : un aéroport, une banque centrale, une page très citée.

Erdős-Rényi les déclare impossibles. C’est son échec principal, et le chapitre 8 y répondra.

La transition de phase

Le résultat d’Erdos et Renyi

1960

Le comportement de G(n,p) dépend de \bar{k} :

\bar{k} < 1 : \text{ composantes de taille } O(\ln n) \bar{k} = 1 : \text{ composante de taille } O(n^{2/3}) \bar{k} > 1 : \text{ composante geante, de taille } O(n)

Le mécanisme

Chaque nœud atteint en moyenne \bar{k} nouveaux nœuds à chaque pas.

Si \bar{k} < 1, l’exploration s’éteint comme un processus de branchement sous-critique. Si \bar{k} > 1, elle explose. Le seuil est exactement 1.

Le calcul de la taille géante

L’équation de point fixe

Soit S la fraction des nœuds dans la composante géante. Elle vérifie

S = 1 - e^{-\bar{k}S}

Quelques valeurs
\bar{k} S
0{,}9 0{,}00
1{,}5 0{,}58
2 0{,}80
3 0{,}94
5 0{,}99

Ce que la courbe révèle

Application en gestion

Deux liens par nœud suffisent à connecter 80\,\% du réseau. Cinq en connectent 99\,\%.

C’est ce qui explique la composante géante universelle du chapitre 6 : elle ne demande presque rien.

Ce que le modèle rate

Le clustering

La valeur attendue

Deux voisins de i sont reliés avec probabilité p, indépendamment de tout. Donc

\mathbb{E}[C] = p = \frac{\bar{k}}{n-1}

La comparaison, sur des données réelles
Réseau C observé C attendu
Coauteurs (physique) 0{,}45 0{,}00018
Internet 0{,}39 0{,}00060
Acteurs de cinéma 0{,}79 0{,}00027

Un écart de trois ordres de grandeur

Intuition

Ce n’est pas une imprécision : c’est un échec qualitatif.

Le hasard pur ne ferme pas les triangles, parce qu’il ignore que les amis de vos amis ont une raison particulière de se rencontrer.

Le bilan

Deux succès, deux échecs

Réussi : distances courtes, en \ln n / \ln \bar{k} ; composante géante au-delà de \bar{k} = 1.

Manqué : le clustering, trop faible de trois ordres de grandeur ; la distribution des degrés, qui interdit les hubs.

Ce que cet échec vaut

Le modèle a identifié exactement ce qu’il faut expliquer.

Un modèle faux qui isole deux anomalies précises est plus utile qu’un modèle vague qui n’en isole aucune. Les chapitres 8 et 9 répondent aux deux, l’un après l’autre.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Six points
  1. G(n,p) relie chaque paire indépendamment avec probabilité p.
  2. Les degrés suivent une loi de Poisson : concentrée, sans hubs possibles.
  3. Transition de phase en \bar{k} = 1 : au-delà, une composante géante apparaît.
  4. S = 1 - e^{-\bar{k}S} : deux liens par nœud connectent 80\,\% du réseau.
  5. Le clustering prédit vaut p : mille fois trop faible.
  6. Le modèle réussit les distances, échoue sur le clustering et les hubs.
La suite

Le chapitre 8 corrige les deux défauts par deux idées distinctes : quelques raccourcis pour le clustering, et une règle d’attachement pour les hubs.

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Ressources du chapitre

  • Diapositives
  • Polycopié du chapitre
  • Exercices corrigés
  • Application interactive
  • — Vidéo
  • QCM (bientôt)

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