多类型实体演进学术网络:观察、建模和分析

摘要

近年来,学术网络经历了快速的发展.该网络结构通常包含多种类型的实体和复杂多样的实体间关系,其中作者、论文和主题是学术网络中最具代表性的三类实体,它们之间存在着类型丰富且随时间演进的交互关系.对学术网络的结构及其演进机制进行研究具有重要意义.然而,大多数相关工作仅考虑了学术网络中单一类型实体内的交互关系,如作者间的合著关系、论文间的引用关系或主题间的关联关系,未能对学术网络中不同类型的实体进行有效整合、给出对多类型实体演进学术网络进行研究分析的统一框架.为了解决上述问题,该文提出了“多实体学术模型”,将作者、论文、主题三种类型的实体整合进一个统一的理论框架,并通过研究实体间的连接关系及其演进情况来对学术网络进行刻画.其贡献点主要包括以下几个部分:(1)该文同时考虑了论文、作者、主题对学术网络性质的影响,并对包含690万条数据的微软学术网络数据集进行了统计分析,得到以下两个方面的结果:验证了一般社会网络中存在的性质如节点度服从幂律分布、幂律指数随时间收敛、网络稠密化等在多类型实体演进学术网络中同样存在;发现了一些多类型实体演进学术网络中特有的性质,如规模较大的实体往往具有更高的演进速率,幂律指数随时间的波动与收敛及实体间交互演进等,并根据其演进特性提出实体内演进、实体间演进以及交互演进三种演进模式;(2)基于上述观测现象,提出了多实体学术模型:该模型通过构建异构图的方法同时刻画同一类型实体内和不同类型实体间的连接关系,并通过直接演进、间接演进、内部演进等多种策略刻画连接关系的演进模式,具有很强的理论保证.该模型可用于多类型实体演进学术网络的数学刻画,并为学术关系预测、学术影响力传播、推荐算法设计等应用提供理论基础;(3)分别从理论分析和实验验证两个方面证明了模型的有效性:理论方面,通过数学推导证明了多实体学术模型具有节点度随时间呈多项式速率增长、节点度服从幂律分布、网络稠密化等性质;实验方面,根据多实体学术模型生成了相应的仿真网络并证明其具有上述性质.