[论文解读] Opinion formation and cyclic dominance in adaptive networks

Güven Demirel, Roshan Prizak+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2010

Opinion Dynamics and Social Influence参考文献 4被引用 6

一句话总结

本文提出一种自适应网络模型，其中个体采用意见（石头剪刀布），并在意见不一致时动态重连边，导致出现四种不同的动力学相。研究揭示了一种类异宿动态驱动的悖论性转变：共识并非在稳定状态下出现，而是在不稳定状态下形成，引入了‘群体愚蠢’作为意见形成中的集体失败现象。

ABSTRACT

The Rock-Paper-Scissors(RPS) game is a paradigmatic model for cyclic dominance in biological systems. Here we consider this game in the social context of competition between opinions in a networked society. In our model, every agent has an opinion which is drawn from the three choices: rock, paper or scissors. In every timestep a link is selected randomly and the game is played between the nodes connected by the link. The loser either adopts the opinion of the winner or rewires the link. These rules define an adaptive network on which the agent's opinions coevolve with the network topology of social contacts. We show analytically and numerically that nonequilibrium phase transitions occur as a function of the rewiring strength. The transitions separate four distinct phases which differ in the observed dynamics of opinions and topology. In particular, there is one phase where the population settles to an arbitrary consensus opinion. We present a detailed analysis of the corresponding transitions revealing an apparently paradoxial behavior. The system approaches consensus states where they are unstable, whereas other dynamics prevail when the consensus states are stable.

研究动机与目标

• 使用石头剪刀布游戏作为循环支配的隐喻，建模社交网络中的意见形成。
• 研究由社会隔离驱动的自适应网络重连如何与意见动力学相互作用。
• 识别并表征意见更新规则与网络拓扑自适应相互作用所引发的若干动力学相。
• 通过非线性网络动力学解释在不稳定状态下出现的反直觉共识现象。
• 探讨在线交流对意见稳定性的影响，特别是通过提高重连频率促进任意共识的机制。

提出的方法

• 个体被分配三种意见之一（石头、剪刀、布），每一轮时间步随机选择一条边进行互动。
• 互动后，失败者要么采纳胜利者的意见（社会调节），要么切断连接并重连至具有相似意见的个体（社会隔离）。
• 通过解析方法与数值模拟分析模型，追踪意见分布与网络结构的时间演化。
• 通过调节重连强度与平均度数，识别相变，揭示四种不同的动力学区域：稳态、振荡、共识与碎片化。
• 识别异宿与同宿结构作为实现长期动力学与共识形成的關鍵机制。
• 将系统行为与静态网络上的循环支配模型及自适应势动模型进行比较，以分离出自适应网络特有的效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 意见更新与网络重连之间的相互作用如何导致网络化意见系统中出现不同的动力学相？
• RQ2 为何系统在动力学不稳定的态下仍表现出共识？其背后的机制是什么？
• RQ3 异宿环在维持长期意见动力学并促成共识形成方面发挥何种作用？
• RQ4 社会隔离（重连）的频率如何影响达到任意共识与持续振荡的可能性？
• RQ5 该模型的行为在多大程度上与现实中的意见动力学相似，特别是在重连潜力高的在线环境中？

主要发现

• 随着重连强度与平均度数的变化，出现四种截然不同的动力学相：稳态、振荡、共识与碎片化。
• 共识相并非在意见稳定时出现，而是在意见不稳定时出现，其根源在于异宿环结构所支持的循环收敛。
• 在共识相中，最终意见的选取具有任意性，这一现象因集体非理性而被称为‘群体愚蠢’。
• 由于自适应网络能够避免吸收态，系统表现出持续的长期动力学，这与标准势动模型不同。
• 碎片化相变是自适应网络独有的现象，当重连占主导时，导致意见簇彼此分离。
• 该模型表明，更高的在线交流频率（提升重连频率）可能通过偏好任意共识而促进‘群体愚蠢’。