接触关系网络建模

来源：人工社会

接触关系网络建模

公共卫生事件传播仿真时人工社会的重要应用领域，而接触关系研究是流行病研究的关键，接触关系网络构建的准确与否决定着流行病传播研究的正确性。本节首先对接触网络建模进行分析，然后从强关系网络、一般关系网路和弱关系网路三个方面对接触关系网络建模方法进行描述。

接触关系网络生成分析

在过去的一些关于流行病传播接触关系的研究中，通常采用问卷调查等方式进行。然而，调查问卷的研究方式需要花费很大的人力、物力和财力，而且从调查问卷的设计、修改到通过数据分析得到最终可用的信息之间所需的时间周期都会比较长。其次，随着研究区域的扩大调查问卷的设计难度、工作量和所需要付出的代价都会随之不断增加，当研究区域的范围增大到一定程度时调查问卷的方式就无法适应实际应用的需要。

Singer 和 Herrmann 等人对社会关系中的朋友关系进行了研究，通过 Agent 建模与仿真的方法对学生之间的相遇进行了仿真实验得到与调查统计结果相一致的仿真结果。近几年随着计算机技术和计算科学的日益发展，“云计算”已经被广泛应用到很多领域，通过社会计算方法来认识和研究人类社会已经被众多的专家学者所认同。而且人工社会侧重于流行病传播与控制研究方法的探讨和流行病传播普适规律的研究，并不侧重于对人们之间的接触关系的研究。

接触关系网络建模方法

接触关系网络主要可分为强关系网络、一般关系网路和弱关系网路。接触关系中的强连接关系描述的是由于家庭关系、室友关系和好友关系等导致接触发生概率非常高的社会关系。由于这类社会关系比较规则也比较稳定，能够通过一些已有的复杂网络模型进行表示。比如，全局耦合网络可以描述由于生存空间一致而导致的家庭关系、室友关系、同事关系等，而小世界网络模型很好地表示了人们之间的好友关系。一般连接关系是因为人们的生活习惯、工作需要和生活空间相邻等因素导致的。这种关系的构成比较复杂，具有很强的不规则性，目前也没有相应的网络模型的构建方法。为了解决这一问题，可以通过 Agent 接触实验的方法实现对一般连接关系的构建。弱连接关系表示的是日常生活中的偶然接触，这类关系具有不可预测性和很强的随机性。因此，对于任何一个 Agent 来说，整个人工社会中除了与之有强连接关系和一般连接关系之外的所有 Agent 都可能与之发生接触行为，我们把这样的关系称为具有潜在的弱连接关系。

以下案例根据 2010 年北京市第六次全国人口普查数据中乡村家庭户规模分布，基于MATLAB 构建了一个拥有 10000 个 Agent 规模的人工村落。在研究中侧重考虑由于人们之间的接触对流行病的传播的影响。Agent 之间的不同只表现在接触关系方面的相异，由于接触关系被分为三个层次，所以每个 Agent 的社会关系列表就被分为三种类型:强连接关系列表、一般连接关系列表和弱连接关系列表。

北京市乡村常住人口户规模

1、根据统计数据的人口分布规律(见上图)，利用全局耦合网络模型构建出人工村落的每一个家庭。为了构建具有 10000 个 Agent 规模的人工村落，根据人口分布的规律按照比例计算对人工村落的家庭分布进行了如下表的设置，然后利用全局耦合网络模型的规则将相应的 ID 信息填入每个 Agent 的强连接关系列表中，并将与其对应的相遇次数和相遇概率进行初始值的设定形成接触网络的初始化模型。强连接关系网络是基本层，并令其固定不变，所以将此处的相遇次数设为无穷大，而相遇概率设为 0.8。

人工村落家庭分布设置

2、人工村落中的强连接网络还包括好友关系或工作关系等导致的强连接关系，这类关系的随机性比较大而不能通过全局耦合网络进行模拟。不过“NW 小世界”网络的构建方法为建立强连接网络提供了思路，即在第一步生成的初始化网络模型的基础上让每个 Agent i 以一定的概率 Pi 与其强连接关系列表之外的 Agent 相连来生成完整的强连接网络，得到每个 Agent 完整的强连接关系列表。为了确保整个网络的连通性，以免出现孤立节点的情况，假设某个 Agent 在随机连接过程中没有成功连接到其他 Agent，那么就要在其强连接列表之外随机选择一个 Agent 作为其好友关系。

强连接关系网络的度分布

如上图所示，强连接关系网络的度分布与“NW 小世界”或“WS 小世界”网络模型所呈现的 Possion 分布非常接近，不同之处仅仅是峰值左右两边不是特别对称。这是由于强连接网络中的随机连接是在很多不同类型的规则网络基础上进行的，而“NW 小世界网络”和“WS 小世界网络”模型都是基于最近邻耦合网络模型进行随机重连或随机加边来实现的，因此可以说强连接网络是一种均匀网络具有小世界的特性，而这样的特性与实际也是相符合的，即在一个村落中人们除了和家人之间的特定强连接关系还会和其他的人因为工作学习等等原因产生强连接关系，并且这种关系的分布应该是均匀的，大多数人的强连接关系是类似的，只有少数人的强连接关系很小或者很大。

注：本文引自《面向应急管理的人工社会构建与计算实验》（邱晓刚、陈彬、张鹏著）第五章第三小节。

欢迎申请加入

中国仿真学会人工社会专委会（筹）

加入方法

中国仿真学会人工社会专委会（筹）入会程序