空间网络中基于人类行为特性的社会传播动力学研究

The spatial structure of complex systems can remarkably affect the topology characters and dynamics of systems, which is one of hot research topics in complex networks. However, studying in these dynamics is greatly restricted due to poor understandings of some key issues, including the correlations between spatial structures and human social behaviors and corresponding issues of spatial social contagions. Based on the real social networks, this project will make a probing analysis of the correlations between spatial structures and human activities and the heterogeneity of human activities, and then build the mobile or interdependent spatial networks models. Using the spatial network models, we further study the dynamics of social contagions combining the human activities and traditional spreading models, and find out the key nodes and paths under an appropriate theoretical framework. Moreover, we will study how to maximize the diffusion of social information, by means of the centrality indexes of node influence in spatial networks and the biased contact strategies of promoting social contagions. The project will contribute to a better understanding of the spatial structures of social networks and the spreading dynamics in them, and also provide a more reasonable reference for prevention and control of infectious disease and public sentiment.

复杂系统的空间结构能够显著影响网络拓扑特性及网络系统的动力学行为，是当前网络研究的热点课题之一。然而，空间网络动力学仍然存在若干亟待研究的关键性问题，其包括空间结构与人类社会行为之间的内在关联性及相关的空间社会传播动力学问题。本项目拟从实际社会网络出发，研究空间结构特征与人类行为特性之间的关联性以及人类行为的异质性，进而构建移动空间网络和依赖空间网络模型。在该网络模型的基础上，把人类行为特性与传统的传播模型有机地结合在一起，并通过建立相应的理论分析框架，研究空间社会传播动力学过程，重点揭示影响该过程的关键节点以及链路。研究空间节点影响力的中心性指标以及促进社会传播的有效选择接触策略，使得社会信息传播达到最大化。本项目的研究有助于更好地理解社会网络的空间特征及其上的动力学行为，也为舆情/疫情的预警及防控提供更为重要的参考依据。

本项目在充分考虑空间结构特征与人类行为特性之间的关联性以及人类行为的异质性等关键社会因素下，构建空间社会网络模型。通过边划分理论建立空间社会传播的理论分析模型，得到了有效社会传播阈值，提高了理论预测的普适性。在上述研究的基础上，对有效社会传播展开了深入研究，发现个体采纳行为的异质性显著影响传播相变类型，社会行为采纳范围呈两段性增长。随着个体采纳阈值增大，第一阶段保持连续性增长，第二阶段逐渐消失。改变个体在不同网络层间的信息传递率，能够得到社会传播范围的两段性相变。网络层内个体连接的异质性不改变第一阶段的增长类型。当增大网络层内的异质性，第二阶段从非连续增长逐渐变为连续增长。除有效社会传播之外，我们还开展了如下研究：结合数值模拟揭示空间网络规模、空间维数、空间依赖强度等空间结构特性对传播过程的影响；通过有限尺度分析揭示传播临界现象及相变类型；基于个体局域结构以及宏观层面的传递速度提出空间交通流量分配策略，可以合理地将低速层的流量重新分配到高速层，有效缓解多层空间网络中的交通拥堵。在本项目资助期间，项目负责人以第一作者和合作者身份在Phys. Rev. E，Chaos和Physica A等SCI 期刊上发表6篇标注本项目的学术论文，获批省部级科研项目2项。本项目圆满完成了预定研究任务，为研究社会疫情/舆情的空间传播及防控提供了有效和准确的分析和计算手段，本项目的研究结果为理解社会网络的空间特征及分析预测其上的传播动力学行为提供理论依据，可以应用于社交网络及舆情监控等许多领域。