【High 翻天】Higer-order Networks with Battiston Federico (7)

简介: 模拟人类行为的动态过程一直是许多研究的焦点,其中社会关系和交互通常被认为是一种潜在结构,是高阶方法的天然试验场。

传播与社会动力学(1)

模拟人类行为的动态过程一直是许多研究的焦点,其中社会关系和交互通常被认为是一种潜在结构,是高阶方法的天然试验场。

传播

网络传播过程时建立在经典的流行病学模型基础上的。经典的流行病学模型主要可分为两大类,即

  • SIR (Susceptible–Infected–Recovered)模型。
  • SIS (Susceptible–Infected–Susceptible)模型。

这两个模型中,易感个体(S)可通过与感染个体(I)相互作用而感染。前者个体在一定时间后获得对再次感染的免疫力,这些免疫个体即(R)不再参与传播,因此该模型也被称为吸收状态(absorbing state);后者个体在 S 和 I 之间相互切换,最终达到一个非零的稳定状态。

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基于这两个基础模型也有许多变形,及相关处理方法(如:平均场法、异构平均场法和微观马氏链法),在此不赘述。

simplicial complexes

在simplicial contagion model1 中,simplicial complexes 被用来表示传染动态发生在其之上的社会结构。考虑每个组交互中包含的所有子交互,该模型的动态依赖于不同的感染渠道(单纯型)。通过这些渠道,以不同的传播率发生传染。

在这里插入图片描述
通过一组控制参数 $\beta_{i}, i = 1, \cdots,D$ 等对 $D$ 阶 SIS 型-模型进行控制,该参数即单位时间的感染概率。平均场法很适合用于此类高阶情形,感染节点的静止密度演化的一般方程如下:$$\dot{\rho}(t) = - \mu \rho(t) + \sum_{d=1}^{D} \beta_{d}[k_{d}]\rho^{d}(t) (1 - \rho(t)).$$ 该方法证实了在synthetic random simplicial complexes 上得到的结果:在具有均匀度分布特征的社会结构上,稳态动态、位置和过渡性质可以被分析预测。

hypergraphs

与 simplicial complexes 相比,超图可以用来描述只发生在组中的交互,从而解除了必须包括组内所有子交互的限制。因此,超边可以有效地用于表示集群或社区。超图也被用来模拟协作网络中的知识扩散。将社区建模为超边的想法中,使用超图的节点来表示个人,使用超边来表示节点所属的不同社区。作者2研究了一个SIS模型在连续时间马尔可夫链形式下的超图上的行为,其中感染和恢复都服从泊松过程。

基于 SIS 型-模型的超图演化的一般方程:$$\dot{\rho}_{k} (t) = - \mu \rho_{k} (t) + \beta_{k}(1 - \rho_{k}(t)) k \Theta^{d -1}.$$ 此外,基于类似的 SIS 的框架,可将临界质量动力学明确地包含在传染过程中,从而推广了上述传染过程。事实上,实验已经显示了启动社会变革所需的临界质量水平的不同值,即通过承诺的少数人将现有的平衡恢复到新的平衡。

基于 SIR 模型的不同扩展引入超图。将个体置于一个谣言传播的框架中,个体分为三个标准类别:无知(S)、传播者(I)和扼杀者(R)。

在这里插入图片描述


  1. I. Iacopini, G. Petri, A. Barrat, V. Latora, Simplicial models of social contagion, Nature Commun. 10 (1) (2019) 2485.
  2. Á. Bodó, G.Y. Katona, P.L. Simon, SIS epidemic propagation on hypergraphs, Bull. Math. Biol. 78 (4) (2016) 713--735.
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