数据驱动的社会网络传播动力学及其应用

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病毒及信息(行为、舆情等)在社会网络上的传播受到个体行为、自然环境和社会环境的影响,同时伴随着传播过程会产生大量的数据,利用实际数据研究社会网络上的各种传播成为必然。为此,本文基于人口统计、疾病监测、地理位置等数据,结合传播网络结构和传播机理,研究社会网络上的传播动力学,并将其应用到社会网络上具体疾病和行为传播中,构成了数据驱动的基本框架,其主要贡献在于:1)以H7N9禽流感和非洲猪瘟为研究对象,提出数据+网络结构+传播机理的新数据驱动建模思路,基于数据,构建疾病传播相关的传播网络,建立数据驱动的网络传播动力学模型,研究社会网络上传染病的传播规律;2)以非洲猪瘟为研究对象,运用数据驱动的建模思路,单纯基于数据,利用时空统计学方法,分析社会网络上传染病的时空传播特征;3)将数据+网络结构+传播机理的数据驱动建模思路运用到社会网络上的行为传播中,以婚姻关系为研究对象,构建基于朋友间相互介绍传达的信息构成的婚姻关系传播网络,建立对逼近婚姻网络动力学模型,研究婚姻网络上婚姻关系的演化规律。主要研究内容和创新点概括如下:(1)解决了H7N9禽流感人间病例的传染源溯源问题。为确定第五波H7N9禽流感人间病例的传染源,利用Javascript语言从百度地图爬取活禽相关场所的地理位置数据,构建活禽运输网络;基于离散马尔科夫过程,建立数据驱动的H7N9禽流感网络传播动力学模型;提出有向加权网络上的时空反向探测和正向传播算法。明确了H7N9禽流感人间病例的具体传染源,发现除活禽交易市场外,散养家禽为其重要传染源;推断出最可能的传播路线,发现H7N9禽流感由长江三角洲和珠江三角洲向西传播;计算出病毒首次到达时间,并分析病毒首次到达时间的温度特征,得出温度为9℃~19℃时疾病传播风险最高。我们提出的数据+网络结构+传播机理的新数据驱动建模思路,可为研究真实网络上具体疾病的传播提供新思路。(2)确定了中国大陆地区非洲猪瘟三种主要传播途径的传播风险。为评估中国大陆非洲猪瘟三种主要传播途径的传播风险,利用Python语言从百度地图爬取生猪交易相关场所的地理位置数据,构建生猪运输网络;基于离散马尔科夫过程,建立数据驱动的非洲猪瘟网络传播动力学模型;提出半有向加权网络上的时空反向探测和正向传播算法。分析了三种传播途径的传播风险,结果表明人员与车辆带毒传播风险最大,其次是餐厨剩余物喂养,生猪和猪产品调运的传播风险相对较小;推断出最可能的传播路线,发现非洲猪瘟在中国大陆整体上由东北先西南、再向西传播;另外,评估了各省份在不同时间的感染风险。(3)揭示了非洲猪瘟在中国大陆的时空传播特征。针对2018年~2019年非洲猪瘟在中国大陆的迅速蔓延,基于非洲猪瘟病例数据和各省份养殖场总量数据,利用时空统计学分析方法,分析了非洲猪瘟的时空传播特征。找出了热点发病区域,集中在东北和西南地区的部分城市;确定了7个时空聚集区,一类时空聚集区位于贵州省的黔南布依族苗族自治州,聚集时间为2019年6月19日至25日,第一个二类时空聚集区位于辽宁省的沈阳市、营口市、盘锦市、鞍山市和辽阳市,聚集时间为2018年8月1日至10月10日;给出了非洲猪瘟在中国大陆的整体和局部传播方向和传播速度,发现2018年8月至10月疾病在空间上传播速度较慢,2019年2月至3月传播速度较快。(4)给出了提高我国结婚率的有效建议。面对我国结婚率逐年降低的现状,提出了带有朋友间相互介绍的婚姻演化机制,构建了基于朋友间相互介绍传达的信息构成的婚姻关系网络,建立了婚姻网络对逼近动力学模型。从理论上分析了模型的临界阈值和正平衡点的存在性;基于北京市的婚姻登记数据,通过模型的数值解和ER网络上的随机模拟,对模型进行验证;通过敏感性分析发现朋友间的相互介绍不仅可以增加阈值,还可以增加网络中的已婚人数;同时,增加同性朋友个数和平衡男女比例都可以增加网络中的已婚者规模,提高结婚率。
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