sieci społecznych metodą analizy - future work...

Transkrypt

1 Badanie cech lokalnej topologii sieci społecznych metodą analizy motywów sieciowych - perspetktywy... - zastosowania... - future work... Krzysztof Juszczyszyn Krzysztof Juszczyszyn

2 Ps. Centralności... Betweenness: Prawie jak dynamika... (miara strukturalna, aktywność w tle )

3 MOTYWY SIECIOWE 1. Motywy sieciowe (network motifs) koncepcja, zastosowania, perspektywy Wyniki badania sieci społecznej pracowników PWr metodą analizy motywów sieciowych

4 MOTYWY SIECIOWE Systemy sieciowe -analogie... -Modele W-S, B-A,...

5 Network Sciences -problemy,dane,algorytmy.. Unifikacja pod wpływem rozwoju oraz upowszechnienia technik informatycznych

6 MOTYWY SIECIOWE Geneza metody - dlaczego bioinformatyka? - nieporównywalne z innymi dziedzinami repozytoria danych (ilość). - wieloletnie badania struktur sieciowych (sieci metaboliczne, regulacji genów, katalityczne, komórkowe... - szczegółowość). - powyższe w odniesieniu do wielu organizmów (różnorodność) Poszukiwania metod klasyfikacji struktur sieciowych.

7 MOTYWY SIECIOWE Motyw sieciowy (network motif): wzorzec połączeń między węzłami sieci ( podgraf), występujący częściej (rzadziej) niż w grafie losowym o tych samych parametrach (liczbie węzłów i połączeń). Milo R., Shen-Orr S., Itzkovitz S., Kashtan N., Chklovskii D., Alon U. (2002) Network motifs: simple building blocks of complex networks. Science, 298,

8 MOTYWY SIECIOWE Typowe rozmiary motywów 3-7 węzłów. Miary obecności motywów w sieciach: Z-score najpopularniejsza miara statystyczna. Koncentracja C w porównaniu z innymi motywami.

9 Efekt występowania motywu w sieci i

10 MOTYWY SIECIOWE Występowanie: Wszędzie: Sieci informacyjne, społeczne, biologiczne, ewolucyjne, biochemiczne,... praktycznie każda nielosowa (czyt.: rzeczywista) struktura sieciowa. wszędzie nie znaczy te same ani też w takich samych proporcjach... (bakteria E.coli sieć transkrypcji genów) Mangan S.et.al. (2003) The coherent feedforward loop as a sign-sensitive delay element in transcription networks. Journal of Molecular Biology., 334,

11 Levitt R. et.al. (2004) Superfamilies of evolved and designed networks. Science 303(5663),

12 MOTYWY SIECIOWE Wykrywanie motywów: 1. Przegląd zupełny grafu sieci. Bardzo kosztowne obliczenia - dla motywów 5-7 węzłowych oraz dużych sieci ( > ~10 5 węzłów) nie praktykuje się. 2. Próbkowanie sieci (network sampling) Tanio - maksymalnie O(n 2 )

13 Network sampling motywy n-węzłowe NETWORK MOTIFS S. Itzkovitz S., Milo R., Alon U. (2004) Efficient sampling algorithm for estimating subgraph concentrations and detecting network motifs, Bioinformatics, 20 (11),

14 Network sampling przykł. wyniki WWW; 325tys. węzłów, 1.46mln połączeń (Barabasi & Albert, 1999) NETWORK MOTIFS

15 Network sampling wydajność NETWORK MOTIFS

16 MOTYWY SIECIOWE Własności algorytmów wykrywania motywów via network sampling: Minimalny koszt (np.: typowo liczba próbek rzędu 0.1%~1% całkowitej liczby triad w sieci wystarcza do utworzenia TSP z pożądaną dokładnością). Złożoność maksymalnie O(n 2 ). (perspektywa) Zgodność koncepcji z technologiami agentowymi.

17 MOTYWY SIECIOWE Motywy kolorowane... Kolorowanie motywów kolor krawędzi w zależności od lokalności połączeń. Symulacje wskazują korelację między topologią sieci (np. lokalność połączeń) a stężeniem motywów. Chung-Yuan H., Chuen-Tsai S., Chia-Ying C., Ji-Lung H. (2007) Bridge and brick motifs in complex networks, Physica A, 377,

18 MOTYWY SIECIOWE Motywy vs Watts&Strogatz

19 Motywy a stabilność struktury (przy zadanej interpretacji) Social balance on networks: The dynamics of friendship and enmity, Antal, T.; Krapivsky, P. L.; Redner, S. Physica D: Nonlinear Phenomena, Volume 224, Issue 1-2, p , 2006.

20 Lokalna topologia a stabilność struktur w dużej skali...? Zależność TSP krytyczne zmiany w strukturze sieci...??? Social balance on networks: The dynamics of friendship and enmity, Antal, T.; Krapivsky, P. L.; Redner, S. Physica D: Nonlinear Phenomena, Volume 224, Issue 1-2, p , 2006.

21 ... Zjawiska krytyczne (X-events, np.: przejścia fazowe) a lokalna topologia sieci...

22 Krytyczna zmiana własności sieci (po przekroczeniu N i Krytyczna zmiana własności sieci (po przekroczeniu N i potem 2N połączeń) BEZ znaczących zmian ilościowych (liczba węzłów i krawędzi)...

23 Software: NETWORK MOTIFS

24 Społeczna sieć komunikacyjna utworzona na podst. logów serwera poczty PWr. SIEĆ SPOŁECZNA PWr Węzłów: Krawędzi :

25 SIEĆ SPOŁECZNA PWr Detekcja motywów sieciowych - cele eksperymentu: - Określenie podstawowych parametrów metody (ilość generowanych sieci losowych, częstość próbkowania,...) dla dalszych prac. -Potwierdzenie możliwości detekcji znanych własności topologicznych sieci społecznych (high g clustering) metodą ą analizy występowania motywów. - Zbadanie lokalnych własności topologicznych sieci w zależności od intensywności powiązań (wag krawędzi) Badana sieć: węzłów skierowanych krawędzi triad

26 Oprogramowanie: FANMOD SIEĆ SPOŁECZNA PWr Wernicke.S. (2006) Efficient detection of network motifs. IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 3 (4), ,. Wernicke S., Rasche F. (2006) FANMOD: a tool for fast network motif detection. Bioinformatics, 22 (9),

27 TSP sieci społecznej PWr SIEĆ SPOŁECZNA PWr

28 SIEĆ SPOŁECZNA PWr Podział krawędzi wg. intensywności połączeń Class 1 (MIN) Class 2 Class 3 Class 4 Class 5 (MAX) All No. of nodes 5,783 5,782 5,783 5,783 5,782 5,783 No. of edges 31, ,841 20, ,168 15, ,830

29 Profil TSP sieci społecznej PWr dla klas intensywności połączeń SIEĆ SPOŁECZNA PWr

30 SIEĆ SPOŁECZNA PWr Konkluzje: - Potwierdzenie ogólnego profilu motywów charakterystycznego dla sieci społecznych (+ Z-score pełnych, - Z-score dwukrawędziowych motywów) - Potwierdzenie struktury sieci (clustering) - Stwierdzenie i cech charakterystycznych t h (+M1) - Stwierdzone zachowanie Z-score motywów dla różnej siły połączeń ł ń (zmiana znaku: M1 i M4, wyraźnaź zmiana wartości: M7 oraz M13)

31 SIEĆ SPOŁECZNA PWr Oryginalne (w kontekście literatury przedmiotu) wyniki: - Analiza TSP dla dużej sieci społecznej. - Analiza TSP opartej na komunikacji mailowej, określenie różnic w porównaniu z opisanymi sieciami społecznymi. - Zbadanie TSP dla kilku klas intensywności połączeń (zachowanie motywów w grafie z wagami krawędzi)

32 NETWORK MOTIFS DYNAMIKA... TSP na bazie danych z okresu II 2006 IX Omówiony kształt TSP potwierdzony dla każdego miesiąca. Jednak... J s c s n K M siał K Ka ienko P Gabr s B Temporal Changes in Local Juszczyszyn K., Musiał K., Kazienko P., Gabrys B., Temporal Changes in Local Topology of an -Based Social Network, Computing and Informatics, vol 28 (-) (to appear).

33 Agents that communicate Z-score Motifs M1-M13 Months nr 1-20 (II 2006-IX 2007) IX 2007)

34 400 Z-score 300 Agents that communicate Max. Wariancja... Consecutive Months M1 M13 M7 M4

35 400 Z-score 300 Agents that communicate VII-IX 2006 IX VII-IX 2007 IX Consecutive Months M1 M13 M7 M4

36 ges of Ed No Agents that communicate VII-IX 2006 VII-IX Consecutive Months Edges Uni-Dir Bi-Dir

37 Agents that communicate

38 Agents that communicate

39 NETWORK MOTIFS Open questions & challenges : Geografia motywów wsieci i (wpływł na własnościł ś i ewolucję?) Motywy a inne parametry (wsp. grupowania, centralność, pozycja społeczna węzła... ę możliwości szacowania na podstawie analizy motywów?) Perspektywy badań porównawczych wielkich sieci społecznych Wymiar czasowy ewolucja systemów: Szansa na zdjęcia poklatkowe szybkozmiennych struktur sieci. Motywy a ewolucja sieci. Motywy a zjawiska krytyczne w sieciach. Możliwości zastosowań w badaniu sieci (użytkowników, ( y, programów,...) bazujących na systemach teleinformatycznych.

40 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ