[論文レビュー] Effective information spreading based on local information in correlated networks

Lei Gao, Wei Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2016

Opinion Dynamics and Social Influence被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、局所的なネットワーク構造とインフォームドノード密度を活用して、相関ネットワークにおける情報拡散を加速する優先的接触戦略を提案する。低次数の近隣ノードを優遇し、局所的なインフォームド密度を組み込むことで、収束時間を顕著に短縮でき、中程度の次数-次数相関における最適な性能を示し、グローバル密度に基づく手法に比べて優れた効率性を発揮する。

ABSTRACT

Using network-based information to facilitate information spreading is an essential task for spreading dynamics in complex networks, which will benefit the promotion of technical innovations, healthy behaviors, new products, etc. Focusing on degree correlated networks, we propose a preferential contact strategy based on the local network structure and local informed density to promote the information spreading. During the spreading process, an informed node will preferentially select a contact target among its neighbors, basing on their degrees or local informed densities. By extensively implementing numerical simulations in synthetic and empirical networks, we find that when only consider the local structure information, the convergence time of information spreading will be remarkably reduced if low-degree neighbors are favored as contact targets. Meanwhile, the minimum convergence time depends non-monotonically on degree-degree correlation, and moderate correlation coefficients result in most efficient information spreading. Incorporating the informed density information into contact strategy, the convergence time of information spreading can be further reduced. Finally, we show that by using local informed density is more effective as compared with the global case.

研究の動機と目的

• 現実世界のシステムに広く見られる相関のある複雑ネットワークにおける、効果的な拡散戦略の欠如に取り組むこと。
• 次数-次数相関が情報拡散ダイナミクスおよび最適な接触戦略に与える影響を調査すること。
• グローバルなネットワーク知識を必要とせず、ノードの次数と局所的なインフォームド密度の二つだけの局所情報に基づいて、拡散速度を向上させる接触戦略を開発すること。
• 局所的インフォームド密度とグローバルインフォームド密度の両方の戦略の性能を比較し、効率性の向上を評価すること。

提案手法

• インフォームドノードが、自身の次数と局所的なインフォームド密度に基づいて近隣ノードを選択する、調整可能な優先的指数を有する優先的接触戦略を設計する。
• 重み付き選択メカニズムを用い、次数が低く、局所的なインフォームド密度が低いノードが接触の優先対象とされる。
• 調整可能な次数-次数相関を持つ合成ネットワークを、無相関配置モデルとバイアス付きエッジ再接続法を用いて生成する。
• 収束時間は、すべてのノードがインフォームド状態に達するまでのステップ数として測定され、最適な優先的指数は広範なシミュレーションにより特定される。
• 局所的インフォームド密度に基づく戦略と、グローバルインフォームド密度に基づく対応戦略を比較し、性能向上を評価する。
• スケールフリーネットワークと実世界の実測ネットワークの両方でシミュレーションを実施し、ネットワークタイプにわたる頑健性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次数-次数相関は、複雑ネットワークにおける情報拡散の最適接触戦略にどのように影響を与えるか？
• RQ2 局所情報に基づく接触戦略は、収束時間を短縮する点でグローバル情報に基づく戦略を上回ることができるか？
• RQ3 次数と局所的なインフォームド密度に基づいて接触対象を選択する際の最適な優先的指数は何か？
• RQ4 低次数ノードを優先することで、相関強度にかかわらず常に拡散速度が向上するのか？
• RQ5 次数のみを用いる場合と比較して、局所的なインフォームド密度を組み込むことで、拡散効率はどのように向上するか？

主な発見

• 低次数の近隣ノードを優先することで収束時間が顕著に短縮され、小規模な次数を持つノードを優先的に接触することで最小の収束時間が達成される。
• 最適な収束時間は次数-次数相関係数に対して非単調的に依存し、中程度の相関が最も速い拡散をもたらす。
• 非常にアサート型またはディアサート型のネットワークでは、小規模な次数を持つノードをより強く優先することで、最も速い拡散が達成される。
• 接触戦略に局所的なインフォームド密度を組み込むことで、次数情報のみを用いる場合よりも収束時間がより顕著に短縮される。
• すべてのネットワークタイプにおいて、局所的インフォームド密度に基づく戦略が、グローバルインフォームド密度に基づく戦略を上回り、収束時間をより効果的に短縮する。
• 本手法はグローバルなネットワーク知識を必要とせず、実世界の応用にスケーラブルかつ実用的であるため、より速い拡散を実現する。