<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Environ. Sci.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Environmental Science</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Environ. Sci.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-665X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">792289</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fenvs.2021.792289</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Environmental Science</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Side Tributary Distribution of Quasi-Uniform Iterative Binary Tree Networks for River Networks</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Zhang et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Side Tributary Distribution of River Networks</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Keyi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1526154/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Li</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1511233/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Tiejian</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1097224/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Xiang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5">
<sup>5</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1273803/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>Biyun</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff6">
<sup>6</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Guoxin</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Yuefei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Jiahua</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>College of Transportation and Environment, Shenzhen Institute of Information Technology</institution>, <addr-line>Shenzhen</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>School of Civil and Hydraulic Engineering, Huazhonng University of Science and Technology</institution>, <addr-line>Wuhan</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture, Qinghai University</institution>, <addr-line>Xining</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<sup>4</sup>
<institution>State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff5">
<sup>5</sup>
<institution>State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff6">
<sup>6</sup>
<institution>Marine Science and Technology College, Zhejiang Ocean University</institution>, <addr-line>Zhoushan</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1363013/overview">Jaan H. Pu</ext-link>, University of Bradford, United&#x20;Kingdom</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/859389/overview">Haiyun Shi</ext-link>, Southern University of Science and Technology, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1305636/overview">Songdong Shao</ext-link>, Dongguan University of Technology, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Li Zhang, <email>lizhangpig@gmail.com</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Freshwater Science, a section of the journal Frontiers in Environmental Science</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>03</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>792289</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>10</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>12</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Wang, Zhang, Li, Li, Guo, Chen, Huang and Wei.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Wang, Zhang, Li, Li, Guo, Chen, Huang and Wei</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Self-similarity and plane-filling are intrinsic structure properties of natural river networks. Statistical data indicates that most natural river networks are Tokunaga trees. Researchers have explored to use iterative binary tree networks (IBTNs) to simulate natural river networks. However, the characteristics of natural rivers such as Tokunaga self-similarity and plane-filling cannot be easily guaranteed by the configuration of the IBTN. In this paper, the generator series and a quasi-uniform iteration rule are specified for the generation of nonstochastic quasi-uniform iterative binary tree networks (QU-IBTNs). First, we demonstrate that QU-IBTNs definitely satisfy self-similarity. Second, we show that the constraint for a QU-IBTN to be a Tokunaga tree is that the exterior links must be replaced in the generator series with a neighboring generator that is larger than the interior links during the iterative process. Moreover, two natural river networks are examined to reveal the inherent consistency with QU-IBTN at low Horton-Strahler orders.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>horton-strahler (H-S) order</kwd>
<kwd>tokunaga tree</kwd>
<kwd>generator series</kwd>
<kwd>side tributary distribution</kwd>
<kwd>self-similarity</kwd>
<kwd>iterative binary tree network</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>River networks are typically considered to be dendritic, self-similar, and plane-filling in plane shape (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Horton, 1945</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Tokunaga, 1966</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Mandelbrot, 1982</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Peckham, 1995b</xref>). With this in mind, their scalings have been comprehensively studied. The first method for quantifying the scale of streams in a river network was given by <xref ref-type="bibr" rid="B7">Horton (1945)</xref>, and then modified by <xref ref-type="bibr" rid="B24">Strahler (1952)</xref> to create what is now known as the Horton-Strahler (H-S) ordering method. This method gives every stream an H-S order according to its position in the confluencing structure of a river network. It has become one of the most basic concepts in river network topology. Furthermore, the Horton ratios, which are the bifurcation ratio <italic>R</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub>, the length ratio <italic>R</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, and the area ratio <italic>R</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>, have been well established and verified (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Horton, 1945</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Strahler, 1952</xref>). These ratios reflect the self-similarity of a river network by approximately formed geometric sequences.</p>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B27">Tokunaga (1966)</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">Tokunaga (1978)</xref> introduced a bivariate stream ordering method based on the H-S method. The Tokunaga ordering method quantifies different confluences by using the H-S order in pairs to describe the flow of a tributary into its main stem. The mean ratio of the number of streams with H-S order <italic>&#x3c9;</italic> to the number of streams with H-S order <italic>&#x3c9;</italic>&#x2b;<italic>k</italic>, which are the streams that H-S order <italic>&#x3c9;</italic> streams flow into, is defined as the side-branching ratio <italic>T</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>. Furthermore, <xref ref-type="bibr" rid="B25">Tokunaga (1978</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B26">1984)</xref> recognized that the side-branching ratio characterizes the self-similar structure of a binary tree river network. Therefore, a strict constraint for a binary tree network to be a Tokunaga tree is that <italic>T</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> varies geometrically with <italic>k</italic> but independently with <italic>&#x3c9;</italic>. By using this constraint of side-branching ratios, large natural river networks have been proved to be Tokunaga trees (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Tokunaga, 1978</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mantilla et&#x20;al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Zanardo et&#x20;al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Gupta and Mesa, 2014</xref>).</p>
<p>Additionally, studies on similarity and fractals have made the synthetic generation of iterative networks an efficient tool for simulating real systems with self-similarity. Some of these synthetic iterative networks have been used for hydrological simulations of their analogous natural river networks (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Claps et&#x20;al., 1996</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Menabde et&#x20;al., 2001</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Veitzer and Gupta, 2001</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B32">Wang and Wang, 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Hung and Wang, 2005</xref>). Furthermore, recursive replacement networks have been introduced to show that the Horton laws are well predicted (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Veitzer and Gupta, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Mcconnell and Gupta, 2008</xref>). Synthetic trees generated by the Tokunaga model have been used to statistically evaluate the Tokunaga self-similarity, and have been compared with natural river networks (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Zanardo et&#x20;al., 2013</xref>). Besides the iterative replacement networks, the diffusion-limited aggregation (DLA) model using random walk as synthetic mechanism can also be used for river network generation, and is similar to natural river networks (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Masek and Turcotte, 1993</xref>). However, none of these synthetic networks have been proved to be self-similar or Tokunaga trees, either mathematically or theoretically. Therefore, it is unreasonable to use them to capture the properties of natural river networks.</p>
<p>Using synthetic iterative networks to simulate natural river networks has limitations that need to be overcome, mainly in two aspects. First, a commonly accepted and rigorous mathematical definition of generators for river networks is needed. The lack of a rigorous definition of generators (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Wang and Wang, 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Troutman, 2005</xref>) results in an inability to guarantee the basicness and completeness of the generator population. A basic and complete binary generator series has been specially and explicitly defined and graphed by <xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al. (2009)</xref>, and has been proved to be effective and fundamental by means of comparison with data from China and the United&#x20;States (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al., 2009</xref>). Second, the constraints of Tokunaga trees should be strictly added during the generation of synthetic iterative networks.</p>
<p>The main objectives of this paper involve specifying a common mathematical framework so as to 1) reemphasize the standard generator series for iterative networks; 2) generate an iterative binary tree network using the generator series and iteration rules; and 3) find the appropriate constraint that guarantees a synthetic iterative network to be a Tokunaga&#x20;tree.</p>
<p>This paper is organized as follows. <italic>Materials and Method</italic> briefly reviews the rules and definitions of the H-S method, Tokunaga ordering method, Tokunaga tree, Generators and rules for the iterative binary tree networks (IBTNs). In <italic>Results</italic>, the mathematical derivations of side tributary distribution are shown recursively and graphically for quasi-uniform iterative binary tree networks (QU-IBTNs). The sufficient and necessary conditions for a QU-IBTN to be a Tokunaga tree are discussed in <italic>Discussion</italic>. Two natural river networks are given as examples to verify the feasibility of QU-IBTNs.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials|methods" id="s2">
<title>Materials and Method</title>
<sec id="s2-1">
<title>Tokunaga Tree</title>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B7">Horton (1945)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B24">Strahler (1952)</xref> defined the classification method for the hierarchical structure of a river network by means of stream order as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) every source channel has an H-S order&#x20;1;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) two streams with the same order, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, confluence to a stream ordered <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>;&#x20;and</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) two streams with different orders, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, confluence to a stream with ordered&#x20;<inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The H-S order of the whole network, <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>, is defined as the highest order of all streams. The H-S ordering method is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>H-S ordering method schematic diagram for the illustrated river network with H-S order 4. There are 16 streams with H-S order 1, 6 streams with H-S order 2, 2 streams with H-S order 3, and 1 stream with H-S order 4. The arrow at the bottom is the outlet of this river network.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g001.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B27">Tokunaga (1966)</xref> proposed an extended ordering method based on the H-S order. The Tokunaga ordering method reflects the topological relation of a side-branching tributary flowing into another stream with a higher order. His work plays an important role in analyzing the topology of river networks because it represents the inherent self-similarity of a river network.</p>
<p>A stream with H-S order <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> as a side-branching tributary flowing into a stream ordered <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is assigned a Tokunaga order <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for which <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A pair of streams as sources of a stream ordered <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is assigned a Tokunaga order <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> shows the Tokunaga ordering method applied to an example binary&#x20;tree.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Schematic diagram for the Tokunaga ordering method for a binary tree (from <xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al., 2009</xref>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g002.tif"/>
</fig>
<p>For a binary tree network, the Tokunaga stream number matrix <bold>
<italic>N</italic>
</bold> specifies the number of streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For example, the Tokunaga stream number matrix of the binary tree in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> is:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref> defines the ordering method in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>, which shows 22 streams with Tokunaga order (1,1), 11 streams with Tokunaga order (1,2), and so&#x20;on.</p>
<p>The Tokunaga side-branching ratio <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is determined in terms of the ratio of the number of streams with the H-S order <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> flowing into streams with the H-S order <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the number of streams with the H-S order <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is defined as:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>An upper triangular matrix <bold>
<italic>T</italic>
</bold>, which is calculated in terms of&#x20;the Tokunaga stream number matrix <bold>
<italic>N</italic>
</bold> by <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>, is defined as&#x20;the side-branching ratio matrix with a dimension of <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The&#x20;side-branching ratio matrix of the binary tree in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> is:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The necessary condition for a network to be self-similar is that the side-branching ratio <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is independent of <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m24">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>), that is:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For a network to be a Tokunaga tree in a statistical sense, the side-branching ratio must satisfy the constraint (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>):<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m27">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the average number of streams of H-S order <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m28">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> flowing into streams of order <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m29">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> &#x2b; 1, and <italic>c</italic> is the average rate of increase of the side-branching ratios of side tributaries with different&#x20;order.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>, <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and consequently <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which means that the binary tree in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> is a Tokunaga tree with <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>Iterative Binary Tree Networks</title>
<p>The basic elements of a synthetic iterative network are 1) the generators, which are the smallest units of an iterative network, and 2) the iteration rules, which specify the growth pattern of the network using the generators. Different combinations of generators and iteration rules result in different networks. Iterative network models must be based on a series of generators. Each generator should be unique, and the generator series should be complete (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mantilla et&#x20;al., 2010</xref>).</p>
<sec id="s2-2-1">
<title>Generator Series</title>
<p>Self-similarity has been considered to be an inherent characteristic of river networks since Mandelbrot first described their fractal nature (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Mandelbrot, 1982</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Peckham, 1995b</xref>). Since then, various methods to create synthetic networks have been proposed based on generator iteration (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Veitzer and Gupta, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B32">Wang and Wang, 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Hung and Wang, 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mantilla et&#x20;al., 2010</xref>). However, generators are not sequential and complete until they are cataloged by their topological structure (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mantilla et&#x20;al., 2010</xref>). <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> shows the first four generators in a generator series. Each generator in the series can be denoted by an index &#x3bb;, which is a positive integer in sequential order. The generator series in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> is the basis of the iterative networks discussed in this&#x20;paper.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Diagrammatic infinite generator series for the topological structure of iterative binary tree networks. Here, &#x3bb; is the index of each generator [revised from <xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al. (2009)</xref>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2-2">
<title>Iteration Rule</title>
<p>The generation of a synthetic iterative network, specifically an ITBN, is based on iteration definitions and rules. First, we give some basic definitions for an iterative network. An exterior link is an unbroken section of stream that extends from a source to the first junction, and corresponds to a stream with H-S order 1, whereas an interior link connects two successive junctions or the last junction with the outlet (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Shreve, 1966</xref>). The generators for the replacement of interior and exterior links are chosen from the series in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> and are denoted by <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub>, respectively. Both interior and exterior links are replaced by the interior generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> and exterior generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub>, respectively, in each step of the iterative process. The length of each link is assumed to be 1 in this paper. We use one link as the initial case (<italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 0), and then the exterior generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> as the first iterative step (<italic>t</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;1).</p>
<p>The iteration rule discussed in this paper is taking <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> as the constant interior generator and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> as the constant exterior generator in each step of the iterative process. This iteration rule is quasi-uniform because of the consistent generators in every iterative step. Therefore, the iterative network generated by this rule is defined as a QU-IBTN. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> shows two examples of how to generate QU-IBTNs using <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2 (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A&#x2013;D</xref>) and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 2, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 3 (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4E&#x2013;H</xref>), respectively.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>QU-IBTNs <bold>(A)</bold> and <bold>(E)</bold>: initial cases (<italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 0); <bold>(B&#x2013;D)</bold>: generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1 and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2 after 1, 2, and 3 iteration steps; <bold>(F&#x2013;H)</bold>: generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 2 and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 3 after 1, 2, and 3 iteration&#x20;steps.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g004.tif"/>
</fig>
<p>The invariance of generators in each iterative step for QU-IBTNs is strictly consistent with the definition of self-similarity. However, although the relevant iterative processes must not only have the sequentially and mathematically expressible generator series, but must also agree with the explicit given iteration rule, whether the QU-IBTN is a Tokunaga tree has never been examined graphically and recursively using a mathematical method.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-3">
<title>Side Tributary Distribution of QU-IBTNs</title>
<p>The generation of a QU-IBTN begins with one link, the interior generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub>, and the exterior generator <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> (i.e. the QU-IBTN is <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> itself when <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 1). According to the iteration rule and Tokunaga ordering method, there are five stream number generating laws that must be obeyed during the iterative process.</p>
<p>The components of the generating law equations are defined as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of streams with H-S order <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m35">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m36">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of streams <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m39">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of exterior links at the <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m41">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step;&#x20;and</p>
</list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of interior links at the <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m43">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative&#x20;step.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-4">
<title>Law 1: H-S Order Law</title>
<p>The H-S order of the QU-IBTN is <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> after the <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m45">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step, that is:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Law 1 serves to replace the upper bound of the H-S order with the iterative step number in the calculations.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-5">
<title>Law 2: Iteration Unchanging Law</title>
<p>The H-S orders of every stream and the entire network increase by 1 from the <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step to the <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m48">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step. Therefore, the number of streams <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m50">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step (i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) equals the number of streams <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<sup>th</sup> iterative step, that is:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By recursion from the <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step to the <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m56">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step, the relationship between the numbers of streams is found to be:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Law 2 ensures that the corresponding equality relationship between the number of streams in the different iterative steps is satisfied.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-6">
<title>Law 3: The Source Stream Law</title>
<p>Every pair of source streams with order <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m59">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step comes from one exterior link at the <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step, which is shown as an example of QU-IBTNs by the choices <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2 in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Generation of sources in the iterative process. The sources at the second step are generated by the exterior links at the first step. The red dotted lines in both <bold>(A)</bold> and <bold>(B)</bold> are the exterior links of QU-IBTNs at the first step in <bold>(A)</bold>. The blue lines in <bold>(B)</bold> are the sources at the second step that are generated by the red dotted&#x20;lines.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g005.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> shows the generation of sources in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5B</xref> from exterior links in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5A</xref>. Consequently, the relationship between the sources at the <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m61">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th step and the exterior links in the <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th step is found to be:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> in Law 2 and <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>, the number of streams with order <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m65">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th step can be determined by the number of exterior links at the (<inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)th step:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-7">
<title>Law 4: The Neighbor-Ordered Side-branch Law</title>
<p>In every iterative step, the relationship between the number of streams with Tokunaga order (1,1) and order (1,2) that depend on the exterior generator <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> shows a ratio of 3/6 for the number of streams with the order (1,2) and the number of streams with the order (1,1) in the QU-IBTN generated by the choices <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2&#xa0;at the second iterative&#x20;step.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>The QU-IBTN generated by <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2, <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 2&#xa0;at the second step. The red lines are the streams with Tokunaga order (1,2) and the blue lines are the sources, which are the streams with Tokunaga order (1,1).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g006.tif"/>
</fig>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> in Law 2 and <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref>, the number of side branches that flow into streams that are 1 order greater (i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is:<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-8">
<title>Law 5: The Greater-Ordered Side-branch Law</title>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) The streams with Tokunaga order (1,3) at the <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m72">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step are generated by the <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> interior links between the streams with Tokunaga order (1,2) at the <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step. Additionally, each interior link produces <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> streams with Tokunaga order (1,3). Therefore, the number of streams with Tokunaga order (1,3)&#x20;is:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref>, the number of side branches that flow into streams that are 2 orders greater [i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>] is:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref> shows the generation of streams with Tokunaga order (1,3) in the QU-IBTN with <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2, from the second to third iterative step.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>2) The streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m80">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step are generated by the <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x27;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> interior links between streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step. Each interior link produces <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, the number of streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;is:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Streams with Tokunaga order (1,3) in QU-IBTNs are generated using <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2 from the second step in <bold>(A)</bold> to third iterative step in <bold>(B)</bold>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g007.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref> shows the generation of streams with Tokunaga order (1,4) in the QU-IBTN with <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2 from the second to third iterative&#x20;step.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Streams with Tokunaga order (1,4) in QU-IBTNs are generated using <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>i</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>o</sub> &#x3d; 2 from the second step in <bold>(A)</bold> to third iterative step in <bold>(B)</bold>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g008.tif"/>
</fig>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>, the number of side branches that flow into streams that are <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> orders greater (i.e. <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-9">
<title>Tokunaga Matrix <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of IBTNs</title>
<p>During the <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m92">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exterior links grow from the <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exterior links and <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exterior links grow from the <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> interior links. Additionally, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> interior links grow from the <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exterior links and <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> interior links grow from the <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> interior links. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref> shows the numerical relationship of the exterior and interior links between the <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th step and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m102">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th&#x20;step.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>The generation of each interior and exterior link from the <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th to the <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m104">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative&#x20;step.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g009.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref> describes the relationship for increase of exterior and interior links between the <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th and <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m106">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iterative step, illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref>, as:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For the initial condition <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we have <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eqs 10</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs 18</xref>, it is clear that the number of exterior links at the <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th step <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the number of streams with order (1,1) at the <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m113">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th step <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The Tokunaga matrix <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the QU-IBTN, which is generated by the interior generator <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the exterior generator <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m119">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th step, follows Law 1 through Law 5. Its diagonal elements, <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are calculated using <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eqs 11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">18</xref> in Law 3. The elements <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> next to the diagonal elements come from <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref> in Law 4. The farther elements <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x27;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in which <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x27;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are from <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eqs 15</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> in Law 5. The initial conditions are <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The dimension of the matrix <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>is <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Using the first row of <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as an example, we find that:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m132">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the following equations, <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The matrix <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is in the form of the general terms <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows:</p>
<p>In the first column of <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the second column of <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the third column of <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> column <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the parameter <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> appears in the terms shown below:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> column, the exterior generator <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> affects the elements as follows:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The recursion of elements in <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eqs 21</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref> form the matrix <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>as:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The sum of the <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> row in the matrix <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number&#x20;of streams with H-S order 1at the <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step, which is also essentially the number of the exterior links.&#x20;The number of exterior links at the <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step is:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Furthermore, the number of streams (1,1) at the <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step (i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is twice the number of the exterior links at the <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step (i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) for any <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> in Law 3. Therefore:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-10">
<title>Side-Branching Ratio Matrix <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of IBTNs</title>
<p>The side-branching ratio matrix <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is composed of the side-branching ratio <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as its element <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. According to the definition of <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>, the expression for <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We can get the expression for <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We modify the form of <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Eq. 29</xref> using <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref>; therefore, the final form for <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is:<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By combining <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref> and the condition <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> column of the matrix <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we get:<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Using <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eqs 31</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">32</xref>, we get the matrix <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows:<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The efficient and necessary condition to be a self-similar network is that <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must to be a Toeplitz matrix according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref>. The QU-IBTNs with the interior generator <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and exterior generator <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are definitely self-similar because the elements on the diagonal are equal in <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">Eq. 33</xref>, which is a Toeplitz matrix. This is also shown in terms of the results for side-branching ratios:<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For strict Tokunaga self-similarity, the elements in <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must satisfy <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>. Therefore, the necessary condition for a QU-IBTN to be a Tokunaga tree is:<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>No matter which values of <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are selected to generate a QU-IBTN, this QU-IBTN must be self-similar. However, a QU-IBTN is a Tokunaga tree only when <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This means that when we use QU-IBTNs to simulate natural river networks, which are Tokunaga trees, we need to generate a QU-IBTN with the special condition that <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>To demonstrate the constraints on self-similarity versus Tokunaga self-similarity, we provide the following two examples.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Example 1: <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>When the generators <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the side-branching ratios given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref> are:<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The side-branching ratio <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> contains different constants, but does not define a geometric series. Therefore, the QU-IBTN with <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is self-similar but not a Tokunaga tree, as pointed out by <xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham (1995a)</xref>.</p>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Example 2: <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>When the exterior link generator and the interior link generator satisfy the condition <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the side-branching ratios given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref> are:<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Eq. 37</xref>, this QU-IBTN is a Tokunaga tree with <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Based on statistics, the necessary condition for a QU-IBTN to be a Tokunaga tree in <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Eq. 37</xref> is consistent with the result presented by <xref ref-type="bibr" rid="B29">Veitzer and Gupta (2000)</xref>.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>Results</title>
<sec id="s3-1">
<title>Natural River Networks</title>
<p>In the following, we use the Yellow River in China (H-S order 11) and the Amazon River in South America (H-S order 12) as examples to verify whether or not they follow the rules of QU-IBTNs and the constraint of a Tokunaga tree. <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref> shows the river networks extracted from digital elevation model (DEM) data with a 30&#xa0;m resolution (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Li et&#x20;al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Li et&#x20;al., 2020</xref>).</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>River networks of the Yellow River and the Amazon River with streams of no less than an H-S order 7 are shown in the figure.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g010.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S1</xref> (shown in Supplementary Material) shows the Tokunaga matrices of the stream numbers <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for both the Yellow River and the Amazon River.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>The similarities Between Natural River Networks and Tokunaga Trees</title>
<p>
<xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref> (shown in Supplementary Material) shows the side-branching ratio matrices for the side-branching ratios <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref> for the two rivers.</p>
<p>
<xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref> also shows that the branching ratio values have large fluctuations for main stems with large H-S orders, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Branching ratios, <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, of the Yellow River and theAmazon River for every <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m211">
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. The black circles are the branching ratios shown in the shaded sections of the matrices of <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref>. The red circles are the remaining data in the matrices. The black points are the average values of the black circles. The dotted black line is the fit of the black points using the least squares regression method.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g011.tif"/>
</fig>
<p>The statistical side-branching ratio matrices of the two rivers in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> show that the statistical results of <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> vary greatly compared with the theoretic self-similarity derivation, which is uniform for a fixed <italic>k</italic>. The black circles in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> denote the <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> data in the shaded sections of <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref> that are less affected by local geomorphology and terrain, and therefore are more concentrated in their distribution. The red circles in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> are the <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> data excluding the shaded sections of <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref>; these are seen to scatter far away from each other. We now use streams with H-S orders 1 to 7 (i.e.,&#x20;the shaded sections of <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S2</xref> and the black circles in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>) to analyze the Tokunaga self-similarity of the two natural river networks. The values of the black points in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>, which are the statistical average values, <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, of <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each <italic>k</italic> (1 &#x2264; <italic>k</italic>&#x20;&#x2264; 6), are (1.11, 3.19, 7.76, 16.91, 33.53, 67.09) for the Yellow River and (1.11, 2.93, 6.90, 14.97, 30.86, 62.41) for the Amazon River.</p>
<p>The side-branching ratio series in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> were verified to satisfy as 1.34 &#xd7; 2.25<sup>
<italic>k</italic>&#x2212;1</sup> and 1.26 &#xd7; 2.23<sup>
<italic>k</italic>&#x2212;1</sup> using the least squares method, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> in terms of the dotted black lines with coefficients of determination <italic>R</italic>
<sup>2</sup> &#x3e;&#x20;0.99.</p>
<p>Therefore, the Tokunaga parameters can be evaluated using <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>1.34</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>2.25</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>1.26</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>2.23</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>The Similarities Between Natural River Networks and QU-IBTNs</title>
<p>We construct <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrices with the same dimension of <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S1</xref> in terms of:<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrices for the Yellow River and the Amazon River using <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Eqs 38&#x2013;40</xref> are listed in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S3</xref> (shown in Supplementary Material).</p>
<p>According to the standard form of the Tokunaga matrix <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. 26</xref>, <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values are expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Eq. 38</xref> by the ratios of <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>); <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values are expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Eq. 39</xref> by the ratios of <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>); and <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values are expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Eq. 40</xref> by the ratios of <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
<p>We calculate <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each iterative step from every row of the matrix <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S3</xref>, as shown in the Methods section. The matrices of the <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values are defined as <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> (shown in Supplementary Material).</p>
<p>In the <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrices in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref>, the first element in each row is the value of the exterior generator <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each iterative step, and the following elements in the row are the interior generators <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each corresponding iterative step. <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref> shows the values of the generators <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each iterative step in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> for both the Yellow River and the Amazon River.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) The exterior generators <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (i.e.,&#x20;the gray solid points) vary slightly for the higher iterative steps (greater than 6) in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>. At the higher iterative steps, the streams are closer to the source streams, which allows them to evolve freely according to the same formative mechanism because they have enough space to grow. Freedom and space allows streams between different iterative steps in a river network, and even for different river networks, to be uniform and similar, which can be seen in terms of the uniformity of the generators <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) The interior generators <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (i.e.,&#x20;the black circles) are concentrated and approaching uniform for the higher iterative steps in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>. The last column in the Yellow River <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> shows the interior generators for the main stem of the Yellow River basin. The changes in this column are results from the geomorphology and terrain, which constrain the generators on the main stems. The Amazon River <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix also shows the same changes in this column. For the lower iterative steps, the generators shown in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> are generators for streams with high H-S orders, which are also influenced by the geomorphology and terrain. To satisfy the conditions of uniformity of generators and similarity of the river networks, we need to exclude the streams that are heavily constrained by the geomorphology and terrain.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) The interior generators <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (i.e.,&#x20;the black circles) vary slightly at iterative steps 7 to 11 for the Yellow River, and steps 8 to 12 for the Amazon River, as shown in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>. The average values for each iterative step (i.e.,&#x20;the dotted black line) are almost stable between iterative steps 7 and 11 for the Yellow River and steps 8 and 12 for the Amazon River. The exterior generators <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are consistent at these iterative steps. The stability and consistency of the generators <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at high iterative steps confirms that the two natural river networks follow the rules of QU-IBTNs in a statistical sense. We use the average values of <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the shaded section in <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> from iterative steps 7&#x2013;11 and 8&#x2013;12 separately to evaluate the generator of the Yellow River and the Amazon River. The calculations for the generators are provided in the Methods section. The statistical averages for the exterior generator and the interior generator are evaluated using <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>2.11</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>1.34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the Yellow River and <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>2.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>0, <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>1.26</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the Amazon River.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Generators of the Yellow River and the Amazon River for each iterative step. The gray solid points are the exterior generators <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The black circles are the interior generators <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The dotted black line corresponds to the average value of the interior generators <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each row, excluding those in the last column of <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref>. Analysis and Conclusions for <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S4</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenvs-09-792289-g012.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref> lists the generators and Tokunaga parameters for the Yellow River and the Amazon River.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>The generators (<inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and Tokunaga parameters (<italic>a</italic>,<italic>c</italic>) for the Yellow River and the Amazon River.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Rivers</th>
<th align="center">(<inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)</th>
<th align="center">(<inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Yellow River</td>
<td align="char" char=".">(1.34, 2.11)</td>
<td align="char" char=".">(1.33, 2.25)</td>
<td align="char" char=".">0.77</td>
<td align="char" char=".">0.91</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Amazon River</td>
<td align="char" char=".">(1.26, 2.10)</td>
<td align="char" char=".">(1.26, 2.23)</td>
<td align="char" char=".">0.84</td>
<td align="char" char=".">0.97</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Analysis and conclusions for <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) In our analysis, we have removed the main stems with high H-S orders at the low iterative steps, as these are controlled by the local geomorphology and terrain. The QU-IBTN rules and Tokunaga self-similarity are well demonstrated using the Yellow River and the Amazon River in terms of the uniformity and equality of the generators and branching ratios for streams with low H-S orders at high iterative&#x20;steps.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) According to the sufficient and necessary condition for a QU-IBTN to be a Tokunaga tree in <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Eq. 35</xref>, we should have <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. However, from <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>, there is a difference between <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m263">
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> because of the different data and methods used for calculation.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>Discussion</title>
<p>The QU-IBTNs proposed above illustrate how to generate iterative binary tree networks simulating natural river networks. The complete mathematic iterative steps with graphic deduction are demonstrated in iterative orders. The iterative process is sustained by the self-similarity theory. The synthetic QU-IBTNs are close to the natural river networks in similarity characteristics parameters by two examples.</p>
<p>When generated by exterior generator <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and interior generator <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the QU-IBTN is equivalent to the Shreve model (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Shreve, 1966</xref>), for which the bifurcation ratio is <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mtext>B</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the Tokunaga parameters are <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(<xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>). This is the only case of a plane-filling IBTN (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Zhang et&#x20;al., 2009</xref>). Therefore, only the Shreve model can generate a plane-filling Tokunaga tree, and only the IBTN plane-filling Tokunaga tree fits the Shreve&#x20;model.</p>
<p>Although in theory the Shreve model should be the most ideal topology network that approaches natural river networks because it is a Tokunaga tree and plane-filling, there is an obvious contradiction that topological parameters such as <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the Shreve model are far from those of natural river networks [Average values of <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m278">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m279">
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are around 4.4, 1.1 and 2.5 (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Dodds and Rothman, 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dodds, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Pelletier and Turcotte, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mantilla et&#x20;al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Zanardo et&#x20;al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">Wang et&#x20;al., 2016</xref>)]. Furthermore, the entire natural river network is determined not only by topological characteristics (such as stream number, <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Tokunaga parameters), but also geometrical characteristics (such as stream length and confluence angle) that depend on the energy conservation and the relation between sediment and water discharge. Consequently, the Shreve model is an ideal model to simulate the topology of river networks, but it is an unsatisfactory model for simulating the geometrical properties of natural river networks. Furthermore, a layout for an ideal plane-filling Tokunaga tree is still needed.</p>
<p>We have supposed that the hypothesis of the uniformity of link length in the IBTN may lead to differences in the bifurcation ratio as compared with natural river networks under the condition of plane-filling. The link length and confluence angles of IBTNs should be redefined according to the values of the stream length ratios of natural river networks when considering plane-filling.</p>
<p>Some aspects of the linkages between the structure of river networks and the processes that shape them remain somewhat unclear and difficult to understand (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Abrahams, 1984</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Montgomery and Dietrich, 1992</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Perron et&#x20;al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Seybold et&#x20;al., 2017</xref>). A considerable body of research is available on the topologic structure associated with stream numbers and self-similarity of river networks (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Peckham, 1995a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dodds, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Pelletier and Turcotte, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Veitzer and Gupta, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Mcconnell and Gupta, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mantilla et&#x20;al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Zanardo et&#x20;al., 2013</xref>). Recently, confluence angles (also referred to as junction angles) of a number of natural river networks, which represent a geometric component of river network structure, have been statistically evaluated and shown to depend on the climatic setting (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Devauchelle et&#x20;al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Seybold et&#x20;al., 2017</xref>). These treatments of confluence angles may provide important clues in further studies to explore the following two questions: 1) where does a stream emerge from an unchannelized region? and 2) how far downstream does this stream extend until it merges into another stream?</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>Conclusion</title>
<p>In this paper we provide a complete mathematical and graphical deduction of QU-IBTNs with specified generator series and iteration rule. Our conclusions are as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) For the QU-IBTN generated by the generator series and iteration rule in this paper, five intrinsic stream number laws&#x2014;which determine the distribution of source streams and side-branches following into streams of greater orders&#x2014;are graphically and recursively analyzed and satisfied.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) As defined in this paper, the QU-IBTN are demonstrated to be self-similar.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) The sufficient and necessary constraint for a QU-IBTN to be a Tokunaga tree is that the exterior links must be replaced with a neighboring generator in the generator series that is larger than the interior links during the iterative process. This defines a generation method for a simulated network that is identical to a natural river network in topology.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4) Two natural river networks, i.e. the Yellow River, China and the Amazon River, South America, are shown to be Tokunaga trees and QU-IBTNs within specified H-S order scales.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The self-similarity of river networks is a classical topic, and there are many researchers working on this topic using varied methods, including mathematicians who are good at fractal theory (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Kovchegov and Zaliapin, 2020</xref>). Other researchers might use random and mathematical foundations in their own research. Our manuscript here is an intuitive, accessible and understandable initial tool to measure the self-similarity of river networks. The advance of generator series, the integer iterative rules showing directly by graphs, and the corresponding mathematical derivations are new and different from others&#x2019; methods. The QU-IBTNs are built just in a few finite iterative steps as shown in the figures. QU-IBTNs in random scales will be generated by coding in the future. However, to some extent we are doing the same thing as other researchers-just find a way to demonstrate the self-similarity and Tokunaga property of river networks. This is what we think we can share with other researchers, and help make progress in river network simulations in the future.</p>
</sec>
<sec sec-type="methods" id="s6">
<title>Methods</title>
<sec id="s6-1">
<title>The Method for Calculating <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m281">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> From the Matrix <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</title>
<p>For the <inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> row in matrix <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m286">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the corresponding iterative step. The matrix <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m287">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> expresses the generators <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m288">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and&#x20;<inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The exterior generator at the <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step is:<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The interior generators in the <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> row (i.e.,&#x20;the <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step) are:<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M2)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the matrix <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m296">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the elements <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m298">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) in Equation (M1) correspond to the exterior generator at the <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative step. The elements <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are the interior generators at the <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> iterative&#x20;step.</p>
<p>For the Yellow River and the Amazon River, the statistically averaged values for <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are:<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M4)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For the Yellow River and the Amazon River, the statistically averaged values for <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are:<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Yellow</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M6)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m311">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Amazon</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.26</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(M7)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s7">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Material</xref>, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author Contributions</title>
<p>LZ, the corresponding author, did all the mathematics derivations. KYW organized the manuscript. TJL did the derivations and provided the data. XL, BYG, and GXC collected the data and plot figures. JHW and YFH processed the data and revised the manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Funding</title>
<p>This paper is supported by the State Key laboratory of Plateau Ecology and Agriculture, Qinghai Univerisity (2021-KF-10), National Natural Science Foundation of China (52109092), and Huazhong University of Science and Technology (3004242101).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>Data supporting <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Table S1</xref> in this study were obtained from a digital elevation model (DEM) data with a 30 m resolution. I would like to thank Rina Schumer and Gary Parker for their useful comments and revisions of the manuscript.</p>
</ack>
<sec id="s12">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2021.792289/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2021.792289/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material>
<label>Supplementary Table S1</label>
<caption>
<p>The Tokunaga matrices <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the Yellow River and the Amazon River.</p>
</caption>
</supplementary-material>
<supplementary-material>
<label>Supplementary Table S2</label>
<caption>
<p>The side-branching ratio matrices <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the Yellow River and the Amazon River.</p>
</caption>
</supplementary-material>
<supplementary-material>
<label>Supplementary Table S3</label>
<caption>
<p>The <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrices for the Yellow River and the Amazon River.</p>
</caption>
</supplementary-material>
<supplementary-material>
<label>Supplementary Table S4</label>
<caption>
<p>The <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrices of generators <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the Yellow River and the Amazon River.</p>
</caption>
</supplementary-material>
<supplementary-material xlink:href="Table4.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Table1.pdf" id="SM2" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Table2.pdf" id="SM3" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Table3.pdf" id="SM4" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abrahams</surname>
<given-names>A. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1984</year>). <article-title>The Development of Tributaries of Different Sizes along Winding Streams and Valleys</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>20</volume>, <fpage>1791</fpage>&#x2013;<lpage>1796</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/wr020i012p01791</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Claps</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fiorentino</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oliveto</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Informational Entropy of Fractal River Networks</article-title>. <source>J.&#x20;Hydrol.</source> <volume>187</volume>, <fpage>145</fpage>&#x2013;<lpage>156</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0022-1694(96)03092-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Devauchelle</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petroff</surname>
<given-names>A. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seybold</surname>
<given-names>H. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rothman</surname>
<given-names>D. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Ramification of Stream Networks</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci.</source> <volume>109</volume>, <fpage>20832</fpage>&#x2013;<lpage>20836</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1215218109</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dodds</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Geometry of River Networks</article-title>. <comment>Ph.D. Thesis</comment>. <publisher-name>Massachusetts Institute of Technology</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dodds</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rothman</surname>
<given-names>D. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Unified View of Scaling Laws for River Networks</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>59</volume>, <fpage>4865</fpage>&#x2013;<lpage>4877</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.59.4865</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mesa</surname>
<given-names>O. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Horton Laws for Hydraulic-Geometric Variables and Their Scaling Exponents in Self-Similar Tokunaga River Networks</article-title>. <source>Nonlin. Process. Geophys.</source> <volume>21</volume>, <fpage>1007</fpage>&#x2013;<lpage>1025</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5194/npg-21-1007-2014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Horton</surname>
<given-names>R. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1945</year>). <article-title>Erosional Development of Streams and Their Drainage Basins; Hydrophysical Approach to Quantitative Morphology</article-title>. <source>Geol. Soc. Am. Bull.</source> <volume>56</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>275</fpage>&#x2013;<lpage>370</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1130/0016-7606(1945)56[275:edosat]2.0.co;2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hung</surname>
<given-names>C.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>R.-Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Coding and Distance Calculating of Separately Random Fractals and Application to Generating River Networks</article-title>. <source>Fractals</source> <volume>13</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>57</fpage>&#x2013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218348X05002738</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kovchegov</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zaliapin</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Random Self-Similar Trees: A Mathematical Theory of Horton Laws</article-title>. <source>Probab. Surv.</source> <volume>17</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>213</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/19-PS331</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>H. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>An Efficient Method for Mapping High-Resolution Global River Discharge Based on the Algorithms of Drainage Network Extraction</article-title>. <source>Water</source> <volume>10</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>533</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/w10040533</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.&#x20;Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>T. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bellie</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>X. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Y. F.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A D8-Compatible High-Efficient Channel Head Recognition Method</article-title>. <source>Environ. Model. Softw.</source> <volume>125</volume>, <fpage>104624</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.envsoft.2020.104624</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mandelbrot</surname>
<given-names>B. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1982</year>). <source>The Fractal Geometry of Nature</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>W. H. Freeman</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mantilla</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Troutman</surname>
<given-names>B. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Testing Statistical Self-Similarity in the Topology of River Networks</article-title>. <source>J.&#x20;Geophys. Res.</source> <volume>115</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2009JF001609</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Masek</surname>
<given-names>J.&#x20;G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Turcotte</surname>
<given-names>D. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1993</year>). <article-title>A Diffusion-Limited Aggregation Model for the Evolution of Drainage Networks</article-title>. <source>Earth Planet. Sci. Lett.</source> <volume>119</volume>, <fpage>379</fpage>&#x2013;<lpage>386</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0012-821x(93)90145-y</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mcconnell</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>A Proof of the Horton Law of Stream Numbers for the Tokunaga Model of River Networks</article-title>. <source>Fractals</source> <volume>16</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>227</fpage>&#x2013;<lpage>233</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218348X08003958</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Menabde</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Veitzer</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sivapalan</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Tests of Peak Flow Scaling in Simulated Self-Similar River Networks</article-title>. <source>Adv. Water Resour.</source> <volume>24</volume>, <fpage>991</fpage>&#x2013;<lpage>999</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0309-1708(01)00043-4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Montgomery</surname>
<given-names>D. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dietrich</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1992</year>). <article-title>Channel Initiation and the Problem of Landscape Scale</article-title>. <source>Science</source> <volume>255</volume>, <fpage>826</fpage>&#x2013;<lpage>830</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.255.5046.826</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peckham</surname>
<given-names>S. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995b</year>). <article-title>Self-similarity in the Three-Dimensional Geometry and Dynamics of Large River Basins</article-title>. <comment>Ph.D.Thesis</comment>. <publisher-loc>USA</publisher-loc>: <publisher-name>University of Colorado</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peckham</surname>
<given-names>S. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995a</year>). <article-title>New Results for Self-Similar Trees with Applications to River Networks</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>31</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>1023</fpage>&#x2013;<lpage>1029</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/94WR03155</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pelletier</surname>
<given-names>J.&#x20;D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Turcotte</surname>
<given-names>D. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Shapes of River Networks and Leaves: Are They Statistically Similar?</article-title> <source>Phil. Trans. R. Soc. Lond. B</source> <volume>355</volume>, <fpage>307</fpage>&#x2013;<lpage>311</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rstb.2000.0566</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Perron</surname>
<given-names>J.&#x20;T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Richardson</surname>
<given-names>P. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ferrier</surname>
<given-names>K. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lap&#xf4;tre</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>The Root of Branching River Networks</article-title>. <source>Nature</source> <volume>492</volume>, <fpage>100</fpage>&#x2013;<lpage>103</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature11672</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Seybold</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rothman</surname>
<given-names>D. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kirchner</surname>
<given-names>J.&#x20;W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Climate&#x27;s Watermark in the Geometry of Stream Networks</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source> <volume>44</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>2272</fpage>&#x2013;<lpage>2280</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2016gl072089</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shreve</surname>
<given-names>R. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1966</year>). <article-title>Statistical Law of Stream Numbers</article-title>. <source>J.&#x20;Geol.</source> <volume>74</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>17</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/627137</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Strahler</surname>
<given-names>A. N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1952</year>). <article-title>Hypsometric (Area-altitude) Analysis of Erosional Topography</article-title>. <source>Geol. Soc. Am. Bull.</source> <volume>63</volume>, <fpage>1117</fpage>&#x2013;<lpage>1142</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1130/0016-7606(1952)63[1117:haaoet]2.0.co;2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tokunaga</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1978</year>). <article-title>Consideration on the Composition of Drainage Networks and Their Evolution, Geograph</article-title>. <source>Rep</source> <volume>13</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tokunaga</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1984</year>). <article-title>Ordering of divide Segments and Law of divide Segment Numbers</article-title>. <source>Trans. Jpn. Geomorphol. Union</source> <volume>5</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>71</fpage>&#x2013;<lpage>77</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tokunaga</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1966</year>). <article-title>The Composition of Drainage Network in Toyohira River basin and Valuation of Horton&#x2019;s First Law (In Japanese with English Summary)</article-title>. <source>Geophys. Bull. Hokkaido Univ.</source> <volume>15</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>19</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Troutman</surname>
<given-names>B. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Scaling of Flow Distance in Random Self-Similar Channel Networks</article-title>. <source>Fractals</source> <volume>13</volume>, <fpage>265</fpage>&#x2013;<lpage>282</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218348X05002945</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Veitzer</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Random Self-Similar River Networks and Derivations of Generalized Horton Laws in Terms of Statistical Simple&#x20;Scaling</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>36</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>1033</fpage>&#x2013;<lpage>1048</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/1999WR900327</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Veitzer</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Statistical Self-Similarity of Width Function Maxima with Implications to Floods</article-title>. <source>Adv. Water Resour.</source> <volume>24</volume>, <fpage>955</fpage>&#x2013;<lpage>965</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0309-1708(01)00030-6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>G. Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>T. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <source>River basin Geometry</source>. <publisher-loc>Beijing, China</publisher-loc>: <publisher-name>Science Press</publisher-name>, <fpage>133</fpage>&#x2013;<lpage>138</lpage>. <comment>(in Chinese)</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>P.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>R.-Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <article-title>A Generalized Width Function of Fractal River Network for the Calculation of Hydrologic Responses</article-title>. <source>Fractals</source> <volume>10</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>157</fpage>&#x2013;<lpage>171</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218348X02001038</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zanardo</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zaliapin</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Foufoula-Georgiou</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Are American Rivers Tokunaga Self-Similar? New Results on Fluvial Network Topology and its Climatic Dependence</article-title>. <source>J.&#x20;Geophys. Res. Earth Surf.</source> <volume>118</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/jgrf.2002910.1029/2012jf002392</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>The Quantization of River Network Morphology Based on the Tokunaga Network</article-title>. <source>Sci. China Ser. D-Earth Sci.</source> <volume>52</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>1724</fpage>&#x2013;<lpage>1731</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11430-009-0176-y</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
<sec id="s13">
<title>Glossary</title>
<def-list>
<def-item>
<term id="G1-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m318">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>H-S order&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G2-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the number of streams with H-S order <inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m320">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G3-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m321">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mtext>B</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>bifurcation ratio (i.e. the ratio of the number of streams&#x20;[-])</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G4-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m322">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>a stream as a side-branching tributary with H-S order <inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m323">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> that flows into a stream ordered <inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m324">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> assigned by a Tokunaga order <inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m325">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G6-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m326">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the number of streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m327">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G7-fenvs.2021.792289">
<bold>
<italic>N</italic>
</bold>
</term>
<def>
<p>Tokunaga stream number matrix composed by <inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m328">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G8-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m329">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the ratio of the number of streams with the H-S order <inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m330">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> that flow into streams with&#x20;the order <inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m331">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the number of streams with the H-S order <inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m332">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G10-fenvs.2021.792289">
<bold>
<italic>T</italic>
</bold>
</term>
<def>
<p>Tokunaga side-branching ratio matrix composed by <inline-formula id="inf286">
<mml:math id="m333">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G11-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf287">
<mml:math id="m334">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the side-branching ratio&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G12-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf288">
<mml:math id="m335">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the average number of streams with the H-S order <inline-formula id="inf289">
<mml:math id="m336">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> that flow into streams <inline-formula id="inf290">
<mml:math id="m337">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">ordered</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G14-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf291">
<mml:math id="m338">
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the average increasing rate of the side-branching ratio of side tributaries <inline-formula id="inf1290">
<mml:math id="m1337">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">with a different order</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G16-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf292">
<mml:math id="m339">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>generator, exterior generator, interior generator&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G17-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf293">
<mml:math id="m340">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>iterative steps [-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G18-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf294">
<mml:math id="m341">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the number of exterior links and interior links at the <inline-formula id="inf295">
<mml:math id="m342">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th iteration step&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G19-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf296">
<mml:math id="m343">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>the number of streams with Tokunaga order <inline-formula id="inf297">
<mml:math id="m344">
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2032;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and H-S order <inline-formula id="inf298">
<mml:math id="m345">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at the&#x20;<inline-formula id="inf299">
<mml:math id="m346">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th <inline-formula id="inf1291">
<mml:math id="m1338">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">iterative step</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G21-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf300">
<mml:math id="m347">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>, <inline-formula id="inf301">
<mml:math id="m348">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Tokunaga matrix and side-branching ratio matrix of the QU-IBTN, which&#x20;is <inline-formula id="inf302">
<mml:math id="m349">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">generated by the interior generator</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the exterior generator <inline-formula id="inf303">
<mml:math id="m350">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3bb;</mml:mtext>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the <inline-formula id="inf304">
<mml:math id="m351">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>th step&#x20;[-]</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G23-fenvs.2021.792289">
<inline-formula id="inf305">
<mml:math id="m352">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf306">
<mml:math id="m353">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>a transformation of <inline-formula id="inf307">
<mml:math id="m354">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; a transformation of <inline-formula id="inf308">
<mml:math id="m355">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and represents the <inline-formula id="inf309">
<mml:math id="m356">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf310">
<mml:math id="m357">
<mml:mi mathvariant="normal">and</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values [-]</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
</sec>
</back>
</article>