基于元胞自动机的网络群体同步行为研究

张晨 王冰

关键词 元胞自动机 社会群体 同步 网络舆情

中图分类号：TP393                                    文献标识码：A   DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.09.015

Abstract This paper takes the network group as the research object， and uses the cellular automata technology to study and simulate its evolution behavior， revealing the influence of individual herd mentality on the evolution of network public opinion. By verifying the model built by the actual case， it is proved that there is a network public opinion synchronization threshold， so that when the herdity is large， the network public opinion gradually becomes synchronous， and finally a more consistent public opinion is formed; when the herdity is small， the network The sensational synchronization is generally not realized， and will eventually form a number of different public opinion focuses.

Keywords cellular automata; social group; synchronization; internet public opinion

0 引言

生物群體，是一个群体内部有着一套行为规律并以此来进行信息交换互动和相应进行行为模式调整的自然集合体，例如因为季节变化而迁徙的鸟类、面对敌人为进行防御的鱼类、为了生存而成群出去觅食的蚁群等。而人类，作为特殊的生物群体，[1]相较于上述的普通生物群体，有着更为丰富的群体行为形式，既有通过群体来进行简单信息交互的群体行为，[2]也有为了保护自身权益而形成的大型集体活动，更有因为自身的不满情绪而产生的骚乱等等。当下，对于群体行为的研究主要集中在社会学、心理学、生物学、物理学、复杂科学等领域，各自有各自不同的解读，但也各自有各自的优缺点。其中，社会学、心理学大多数研究都用定性分析方法，而并不多加考虑定量方法，因此这两个学科领域对于微观层面的研究分析相对来说存在一定缺陷;生物学以动物群体为对象的探索为主，不适合人类社会群体行为的探究;物理学太过强调复杂网络结构，忽略与现实的结合;复杂科学多以模拟交通流和实际人流为主，并不足以反映当下兴起的网络群体事件的演化过程。因此，总体来看，目前对于群体行为的研究虽然比较多，但是研究的方向却分散在各个领域，研究的内容也就相对比较分散，没有形成一个完整的研究，由此可以看出当下对社会系统集群行为的相关研究开展得并不十分充分，还有很大的发挥空间。

目前，我国所处的时代正是经济高速发展的社会转型时期，加之社会主义初级阶段这一既定的基本国情，使得当前社会存在一定的矛盾，有时甚至在一定条件催化下被激化，从而使各类社会群体事件发生频率激增。另外，考虑到如今互联网普及的范围越来越广，几乎人人都能够在网上进行信息交流，信息的传播速度加快，交流的方式逐渐多样化，网络成为一个大型的群体行为交互平台，人们的观念也从以前的刻板变成了现今的多样，经常会有一些事件在网络引起多方面的激烈讨论，继而引发当下社会新时代背景下的新型群体事件——网络群体行为事件。[3]

群体行为中的同步行为由于影响力大、扩散快，越来越引起学者重视。例如目前用于同步行为建模的多智能体系统模型、[4]系统动力学模型、[5]基于Agent的建模[6]等被广大学者广泛应用，其中元胞自动机（cellular automate，CA）[7]技术由于具有构造简单且能产生自组织行为的优点，因此得到广泛的应用，本文也同样采用该方法进行相关仿真研究。

论文主要工作是如下：首先对网络群体事件特性征进行了相关的分析与整合，其次模拟了网络群体事件信息扩散的元胞自动机模型，最后根据仿真得到网络群体事件的同步变化结果。

1 网络群体事件演化的元胞自动机模型

2 数值仿真实验

本节利用上节所建仿真模型进行模拟，取参数u=0.5，最大运行次数设置为1000次。首先，通过仿真实验画出面向群体事件的同步现象，然后引入从众因数，研究该因素对舆情同步仿真过程的影响。并在仿真测试中，发现网络群体事件同步程度与其介入水平两者的关系。

2.1 同步涌现生成图

如图1所示，给出网络中单个节点对某一事件的初始态度分布。这里用较深的颜色表示较强烈的态度，用浅的颜色表示较弱势的态度。

2.2 同质从众性下的同步判断依据

随着时代的变迁，人们逐渐有了相对自由的话语权，加上互联网开放等特点，导致网络群体事件的个体在最开始的时候态度一般都是趋于多样化的，随着时间的推移慢慢调整，彼此之间的态度会相互影响，网络群体事件舆论的同步也逐渐涌现，这是一个从多样化到一致性的转变过程。

假设所有个体的从众性相同，记为wi=w（i=1，2，…，N）。如圖3所示，G值会随着时间t而变化，此刻取从众性参数w=0.7，在0时刻按照500个网络节点进行分析。随着仿真的执行，G值慢慢变大且最后在1附近基本保持不变，虽然还会有所浮动，但是大体上不会再有剧烈的起伏。这说明在同步仿真过程中，网络舆论从开始各据自己观点到后来渐渐达成统一的观点，即逐渐趋同;此时G值在靠近1的附近浮动表示在网络交流中新的个体会随机介入进来，但是新个体以前的立场同样也是不定的，其观点的进入会影响到其他群体的态度，进而导致G值浮动变化不定;至于G值仍然不等于1是由于在讨论的群体中总会存在一切固执己见、从众性很弱的个体。

取w=0.7，横纵坐标分别表示节点参与规模以及达到同步所需的时间，如图8所示，网络群体事件初始参与数越大，那么达到同步时间越短，最后在100个仿真时间上达到稳定。以上说明：在网络群体事件初始阶段，适当扩大参与人数，那该事件达到同步所需要的时间会大幅度地减少，而同步性能则会大大提升;但当群体性事件持续一个阶段后，新节点的加入不会再明显地提高同步能力了。这个结果和无标度网络显示的相关结果吻合。

本文针对目前网络同步行为研究现状，基于元胞自动机构建了同步行为仿真模型，仿真结果发现：在个体从众性同质的情况下，网络舆论同步能力受到从众性大小的影响为：当w≥0.7时，网络舆论能有效实现同步;而当0≤w<0.7时，网络舆论最终无法够达到同步，并且在网络群体事件初始阶段，节点的参与度越高越容易形成同步，而在发生的后期（即网络群体参与规模到达一定的程度后），参与规模的扩大将不再提高舆论形成同步的能力，并且趋于一个稳定值。这些结论不仅对以后网络群体行为的管理和网络环境的稳定发展有着重要的帮助，也能够为实际社会群体行为提供一定的参考依据。

基金项目：浙江省基础公益研究计划（LGF19G010002）;浙江省高等教育课堂教学改革（No.kg20160586）

参考文献

[1] 张耀峰，肖人彬.基于元胞自动机的网络群体事件舆论同步的涌现机制[J].系统工程理论与实践，2014.34（10）：2600-2608.

[2] 岳峰，荣明，胡晓峰，等.基于Agent构建群体行为模型[J].装甲兵工程学院学报，2008.22（1）：72-75.

[3] 王元卓，于建业，邱雯，等.网络群体行为的演化博弈模型与分析方法[J].计算机学报，2015.38（2）：282-300.

[4] 张秋花，薛惠锋，吴介军，等.多智能体系统MAS及其应用[J].计算机仿真，2007.24（6）：133-137.

[5] 张毅，邵晨曦.人员紧急疏散系统动力学模型及其分析[J].计算机工程与应用，2005.41（12）：198-201.

[6] 吴鹏，杨爽，张晶晶，等.突发事件网络舆情中网民群体行为演化的Agent建模与仿真研究[J].现代图书情报技术，2015.31（1）：15-20.

[7] 王仲君，王能超，冯飞，等.元胞自动机的演化行为研究[J].计算机应用研究，2007.24（8）：38-41.