基于多Agent和改進(jìn)Deffaunt模型的信息傳播建模與仿真①

王 潤,趙 軍

(寧夏大學(xué) 信息工程學(xué)院,銀川 750021)

在線社交平臺是人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂米顬槠毡榈膽?yīng)用軟件,基于社交媒體平臺的社會化營銷也成為了現(xiàn)代化社會中企業(yè)必不可少的營銷方式.研究企業(yè)社會化營銷背景下的信息傳播對于企業(yè)在制定營銷策略、廣告投放、輿情監(jiān)控、精準(zhǔn)營銷等方面都有著重要意義.

由于和傳染病傳播的過程非常相似,所以對于信息傳播過程的研究通?；趥魅緞恿W(xué)模型展開,如SIS[1]、SIR[2]等.該類模型為數(shù)理模型,通過將信息傳播分為幾個(gè)不同階段,并用微分方程作為理論基礎(chǔ)來描述傳播行為.傳播模型對現(xiàn)實(shí)情況做了一定的簡化,無法滿足快速發(fā)展時(shí)代的研究需求,因此學(xué)者們結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況,并基于具體的研究背景和情境,對個(gè)體狀態(tài)以及屬性的分析將信息傳播階段進(jìn)行進(jìn)一步的劃分,建立了許多新的信息傳播模型,如SEIR[3]、SCIR[4]等.然而改進(jìn)模型仍屬于數(shù)理模型,通常不考慮參與個(gè)體本身的一些屬性以及環(huán)境因素對信息傳播過程的影響[5],模型的仿真結(jié)果也通常只展現(xiàn)了宏觀的信息傳播規(guī)律,沒有反映出過程中的個(gè)體交互,從而無法準(zhǔn)確刻畫企業(yè)社會化營銷背景下的信息傳播與演化.

信息傳播是一個(gè)比較典型的復(fù)雜系統(tǒng)演化過程,其中的個(gè)體具有思考、決策能力,在社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中,個(gè)體間的交互是必然存在的,因此在社會化營銷背景下的信息傳播過程也涉及到個(gè)體的選擇決策以及個(gè)體交互過程.研究發(fā)現(xiàn),個(gè)體會對新發(fā)布的信息產(chǎn)生一個(gè)初始觀點(diǎn),并且在和其他個(gè)體的交流互動過程中不斷進(jìn)行觀點(diǎn)的調(diào)整[6,7],因此在信息傳播過程中,個(gè)體之間會進(jìn)行非線性觀點(diǎn)交互,并以內(nèi)部觀點(diǎn)的變化為驅(qū)動力而形成外在對信息的處理決策,進(jìn)而形成了宏觀上的復(fù)雜信息傳播過程,因此有必要借助觀點(diǎn)交互模型建立交互機(jī)制,從而更好地還原信息傳播過程中的個(gè)體交互過程.對于觀點(diǎn)演化的研究,更多都基于連續(xù)觀點(diǎn)模型展開[8,9].觀點(diǎn)體現(xiàn)了個(gè)體的選擇傾向性,而個(gè)體的選擇傾向性不是階躍變化的,在復(fù)雜環(huán)境中的個(gè)體是否選擇傳播信息,往往經(jīng)歷了潛移默化的過程在會產(chǎn)生最終的選擇[10],連續(xù)觀點(diǎn)更能體現(xiàn)個(gè)體內(nèi)部觀點(diǎn)循序漸進(jìn)的變化過程,因此,本文也基于連續(xù)觀點(diǎn)模型對信息傳播過程中個(gè)體觀點(diǎn)的演化進(jìn)行研究.

多Agent 方法能夠建立具有自主性和一定行為的個(gè)體模型,并通過設(shè)定一些規(guī)則讓系統(tǒng)在一定環(huán)境下自發(fā)演化,然后考察系統(tǒng)演化過程中涌現(xiàn)出來的若干性質(zhì).這種基于局部個(gè)體空間相互作用的模型,是研究復(fù)雜系統(tǒng)整體行為的有效手段,在研究信息傳播問題上具有顯著優(yōu)勢.

本文構(gòu)建的信息傳播模型基于復(fù)雜系統(tǒng)建模思想,綜合考慮社會化營銷中的個(gè)體屬性、環(huán)境等因素,改進(jìn)Deffaunt 經(jīng)典觀點(diǎn)交互模型,細(xì)粒度地刻畫個(gè)體異質(zhì)特征和個(gè)體間的交互,建立有效的信息傳播多Agent 仿真模型,從而對自主性個(gè)體的異質(zhì)性、個(gè)體間的復(fù)雜交互等多方面因素對信息傳播過程的影響進(jìn)行研究.

1 多Agent 模型研究

1.1 信息傳播過程分析

本文首先借鑒動力學(xué)模型的建模思想,對社會化營銷背景下的信息傳播過程進(jìn)行分析,將其用不同個(gè)體狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換來表示,并考慮個(gè)體屬性、環(huán)境等多種因素構(gòu)建更為準(zhǔn)確的多Agent 信息傳播模型.

社會化營銷通常以各類社會化媒體平臺為載體而進(jìn)行,平臺一般提供了多種信息傳播渠道,因此用戶接觸信息也就有了多種方式.以微博為例,在微博中,企業(yè)發(fā)布信息有不同渠道,比如微博入口、大視窗等的廣告推送,另外微博還通過與一些“大V”用戶合作讓其幫助信息的傳播擴(kuò)散,而這些“大V”用戶都可以看作傳播態(tài)個(gè)體,其它的廣告機(jī)制則可以統(tǒng)一看作存在于營銷環(huán)境中的廣告信息,因此在微博情境下的用戶的信息接觸模式有兩種:接觸傳播態(tài)個(gè)體和接觸環(huán)境中的信息.不同于傳播態(tài)個(gè)體,環(huán)境中的信息不具有自主性,而是在環(huán)境中的某個(gè)地方固定存在.

為了更直觀地區(qū)分兩種信息接觸模式,將未知態(tài)的個(gè)體進(jìn)行進(jìn)一步劃分,使信息傳播中存在兩種通過不同方式獲知信息的未知態(tài)用戶.現(xiàn)實(shí)世界中的個(gè)體通常為具有決策能力和選擇行為的理性個(gè)體,所以未知態(tài)個(gè)體獲知信息后,稱為觀望態(tài)個(gè)體,觀望態(tài)個(gè)體受到多種因素的影響,進(jìn)行綜合決策后發(fā)生內(nèi)在觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)變,進(jìn)而成為傳播態(tài)個(gè)體,傳播態(tài)個(gè)體停止傳播信息后,成為免疫態(tài)個(gè)體.

為了方便表示,將不同的狀態(tài)用不同的符號代替:S1:未知態(tài)1;S2:未知態(tài)2;O:觀望態(tài);I:傳播態(tài);R:免疫態(tài).綜上所述,社會化營銷中用戶的狀態(tài)的變化過程如圖1所示.

圖1 企業(yè)社會化營銷中的信息傳播過程

1.2 多Agent 總體模型

本文用多Agent 建模與仿真的方法研究信息傳播,把用戶在現(xiàn)實(shí)世界參與社會化營銷而出現(xiàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程作為原型系統(tǒng),結(jié)合己有知識和經(jīng)驗(yàn),通過對原型系統(tǒng)的分析,確定主體種類,外部環(huán)境以及系統(tǒng)邊界,從而形成一個(gè)初始的系統(tǒng)總體模型.結(jié)合2.1 小節(jié)對信息傳播過程的分析,本文設(shè)計(jì)多Agent 系統(tǒng)模型如圖2所示.

圖2 多Agent 總體模型

多Agent 模型繼續(xù)沿用2.1 小節(jié)中的用戶狀態(tài)分類,另外基于對企業(yè)社會化營銷原型系統(tǒng)的分析,還考慮到了實(shí)際情況中的信息發(fā)布者—企業(yè),以及包含了所有企業(yè)和用戶個(gè)體在內(nèi)的環(huán)境.模型中,所有Agent都存在于環(huán)境Agent 中,企業(yè)作為信息源,發(fā)布信息到環(huán)境中,不同狀態(tài)的用戶根據(jù)一定的規(guī)則發(fā)生狀態(tài)改變.可以看到,總體模型中各個(gè)離散的系統(tǒng)成員通過信息傳播機(jī)制被組織起來,形成相互聯(lián)系的動態(tài)松散多Agent 組織結(jié)構(gòu).

總體模型由4 部分組成:(1)不同狀態(tài)的用戶個(gè)體Agent;(2)環(huán)境Agent;(3)企業(yè)Agent;(4)主體關(guān)系.

用戶Agent 由個(gè)體標(biāo)識、屬性、規(guī)范庫、行為組成,具體表示為＜ID,Name,Attributes,Norm Base,Behaviors>.

企業(yè)Agent和環(huán)境Agent 主要由屬性和行為組成,具體表示為＜ Name,Attributes,Behaviors>.

主體關(guān)系是模型中主體之間的交互關(guān)系,如模型中的實(shí)線表示主體間信息傳播的方向,虛線表示主體間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系.

本文對多Agent 模型做以下幾點(diǎn)假設(shè):

(1)本模型不局限于某一特定行業(yè)市場;

(2)假設(shè)在整個(gè)過程中無新個(gè)體的產(chǎn)生和舊個(gè)體的消失,個(gè)體數(shù)量為恒定值.

2 交互機(jī)制研究

2.1 觀點(diǎn)交互模型的改進(jìn)

(1)Deffaunt 模型

Deffaunt 模型是一種連續(xù)觀點(diǎn)模型中的兩兩交互模型,模型遵循有限信任原則,認(rèn)為兩個(gè)個(gè)體的觀點(diǎn)差值在規(guī)定的范圍內(nèi)才可以進(jìn)行觀點(diǎn)交互,在某一時(shí)刻,一個(gè)個(gè)體與另一個(gè)可交互個(gè)體進(jìn)行交互,并將當(dāng)前時(shí)刻的自身的觀點(diǎn)值與其鄰居觀點(diǎn)值的差值之和作為下一時(shí)刻的觀點(diǎn)值.在社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中個(gè)體之間通常是進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)式的交流,而非群體交流,已有的研究中個(gè)體觀點(diǎn)的演化一般也基于Deffaunt 模型進(jìn)行研究[10–12],所以本文后續(xù)將基于Deffaunt 模型來研究多Agent 模型中從觀望到傳播過程的個(gè)體交互機(jī)制.

設(shè)個(gè)體i的觀點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)刻t表示為opi(t),另一個(gè)可交互個(gè)體j的觀點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)刻t表示為opj(t),發(fā)生交互后,在t+1 時(shí)刻,個(gè)體i的觀點(diǎn)如下式:

式中,收斂參數(shù) μ表示個(gè)體i對鄰居個(gè)體j的信任程度,反映了觀點(diǎn)更新的速度.

(2)Deffaunt 模型

傳統(tǒng)Deffaunt 模型中的恒定值 μ作為收斂參數(shù),反映了個(gè)體對另一個(gè)個(gè)體的觀點(diǎn)影響力,而在實(shí)際的交互情形中,異質(zhì)個(gè)體間的觀點(diǎn)影響力并不對等,因此須考慮多方面因素,給出相應(yīng)的函數(shù)來更為準(zhǔn)確的描述觀點(diǎn)影響力.

由于受到個(gè)體年齡、性格、心理、地位和對信息的掌握、分析能力等因素的影響,導(dǎo)致不同的人對自己觀點(diǎn)的堅(jiān)持程度有所不同,在群體內(nèi)部甚至?xí)嬖谟^點(diǎn)極難或者極易改變的極端個(gè)體.為此本文給每個(gè)個(gè)體設(shè)定一個(gè)觀點(diǎn)的“堅(jiān)定程度”,用insist來表示.

在現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常存在著“人以群分”的現(xiàn)象,具有一定相似性的個(gè)體彼此通常會有較高的信任度,所以本文引入信任因子,來衡量人際間的相互信任程度.用trust來表示信任程度,opi表示個(gè)體i的觀點(diǎn)值,opj表示個(gè)體j的觀點(diǎn)值,信任程度具體表達(dá)式如下:

個(gè)體的影響力是研究社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中信息傳播時(shí)經(jīng)常被考慮到的因素[13–15],在社會化營銷背景下,社會化媒體平臺中的個(gè)體通常也都有著不同的影響力,影響力高的個(gè)體通常有龐大的粉絲基數(shù),信息受眾面比較廣,影響力對信息傳播有著重要影響,因此本文也對個(gè)體影響力加以考慮,并用aut表示.

綜上,本文在綜合考慮信任程度、觀點(diǎn)堅(jiān)持度和個(gè)體權(quán)威度對信息傳播影響的基礎(chǔ)上給出個(gè)體影響力函數(shù).f(i,j)表示I 類個(gè)體j對O 類個(gè)體i的影響,用autj表示I 類個(gè)體j的權(quán)威度,其他參數(shù)同上.具體表達(dá)式如下:

函數(shù)中參數(shù) ω表示觀點(diǎn)堅(jiān)持度的影響在整體影響中所占的權(quán)重,參數(shù) φ表示個(gè)體權(quán)威度的影響在整體影響力中所占的權(quán)重.個(gè)體間進(jìn)行交互之后,觀點(diǎn)值調(diào)整為:

在多Agent 模型中,對O 類個(gè)體設(shè)計(jì)了兩種交互關(guān)系,除了與I 類個(gè)體交互之外,O 類個(gè)體還可與環(huán)境交互,通過環(huán)境中信息的影響,發(fā)生內(nèi)部觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)變,所以給出O 類個(gè)體與環(huán)境交互時(shí)的觀點(diǎn)調(diào)整方式:假設(shè)O 類個(gè)體i在t時(shí)刻的觀點(diǎn)值為opi(t),信息的吸引力為acn,引入對信息的信任因子 α,在t+1 時(shí)刻,個(gè)體i的觀點(diǎn)值為:

2.2 整體交互規(guī)則

根據(jù)多Agent 模型中的交互關(guān)系,并結(jié)合基于改進(jìn)Deffaunt 模型的觀點(diǎn)交互機(jī)制,給出整體的多Agent交互規(guī)則,如表1所示.

表1 多Agent 交互規(guī)則

3 信息傳播模型的仿真實(shí)現(xiàn)

3.1 仿真實(shí)例描述

某企業(yè)為了提高關(guān)注量,提升企業(yè)知名度,欲在微博平臺上進(jìn)行社會化營銷活動,活動通過“轉(zhuǎn)發(fā)抽獎”的方式進(jìn)行,即用戶將營銷活動信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)后,就可成為抽獎參與者,有機(jī)會獲得由企業(yè)提供的獎品.為了使活動更好地進(jìn)行,企業(yè)和微博中具有一定粉絲基礎(chǔ)的一些自媒體用戶進(jìn)行合作,讓其幫助信息的擴(kuò)散,另外,企業(yè)在微博中的其他廣告機(jī)制也進(jìn)行了信息的投放.

從以上實(shí)例可以分析出共有企業(yè)、環(huán)境、用戶3 類主體,用戶有兩種信息接觸模式,而主體之間存在著信息傳播過程.

3.2 仿真網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

對于社交網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性,包括微博中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有很多學(xué)者通過獲取真實(shí)數(shù)據(jù),并對所形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)真實(shí)的社交網(wǎng)絡(luò)基本具有小世界網(wǎng)絡(luò)和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的綜合特性[5,11,15].如文獻(xiàn)[15]利用真實(shí)數(shù)據(jù)分析了包含5400 個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的微博關(guān)系網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征,發(fā)現(xiàn)每個(gè)用戶的平均好友量為48,將用戶被關(guān)注的程度看作網(wǎng)絡(luò)中的出度,出度呈現(xiàn)冪率分布,即少數(shù)用戶有較多的被關(guān)注量,而大多數(shù)用戶的被關(guān)注量較少,另外網(wǎng)絡(luò)整體有較大的聚類系數(shù)和較小的平均路徑.本文利用以上數(shù)據(jù),在多Agent模型中通過一定的規(guī)則讓Agent 之間的關(guān)系符合微博中關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的一些結(jié)構(gòu)特征,從而構(gòu)建仿真網(wǎng)絡(luò).

首先在Swarm 平臺中生成807 個(gè)均勻分布于二維網(wǎng)格中的異質(zhì)Agent,用以代表個(gè)體在社會網(wǎng)絡(luò)中的不同位置,每個(gè)Agent 可以朝著任意方向進(jìn)行移動,和其他Agent的每一次接觸是兩個(gè)Agent 之間的交互,和網(wǎng)格中代表信息的固定元素的每一次接觸是Agent 與環(huán)境之間的交互.給不同的Agent的可移動范圍和步長進(jìn)行限制,設(shè)定不同的可移動范圍,使Agent能夠與在一定范圍內(nèi)的其他Agent 進(jìn)行交互,從而模擬微博中的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).首先使代表普通用戶的多數(shù)Agent的可交互Agent 數(shù)量在較小的范圍內(nèi),而代表媒體用戶的少數(shù)Agent 則有較大的可移動范圍,使其有更多的可交互Agent,通過該方式來模擬度的冪率分布;另外在在一定范圍內(nèi)的多個(gè)Agent 都有相互交互的可能性,可看作是網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間也有一定的連接關(guān)系,從而也模擬了真實(shí)網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)較大的特征.

3.3 仿真實(shí)現(xiàn)

仿真實(shí)例中提到企業(yè)通過與自媒體用戶進(jìn)行合作讓其幫助信息的擴(kuò)散,因此在多Agent 系統(tǒng)初始化時(shí),應(yīng)當(dāng)生成一些傳播態(tài)個(gè)體來代表自媒體用戶,這些用戶具有較高的影響力,因此對其設(shè)定較高的權(quán)威度.企業(yè)也通過一些平臺廣告機(jī)制進(jìn)行信息傳播,這一點(diǎn)在多Agent 系統(tǒng)中應(yīng)有所體現(xiàn),可在swarm 平臺中生成一些固定的值用以表示廣告信息.在系統(tǒng)演化初期,大部分個(gè)體都為未知態(tài)個(gè)體.根據(jù)以上描述,給定不同類型Agent的初始密度,具體為:

多Agent 信息傳播模型的仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖3所示.

圖3 信息傳播過程

從仿真結(jié)果中可以看到,未知態(tài)個(gè)體總體呈減少變化趨勢,觀望態(tài)和傳播態(tài)個(gè)體呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢,免疫態(tài)個(gè)體則一直在增加.除了能夠觀察到宏觀上的個(gè)體密度變化,還能夠看到每一類個(gè)體密度在變化過程中存在著一些波動,這些波動由異質(zhì)個(gè)體間的交互而引起.通過多Agent 模型對信息傳播過程進(jìn)行模擬仿真,能夠反映信息傳播宏觀規(guī)律和過程中的個(gè)體交互.

對整體信息傳播過程進(jìn)行仿真之后,再對一些參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)定,運(yùn)用多Agent 模型來研究一些個(gè)體屬性和環(huán)境因素對信息傳播過程的影響.

(1)個(gè)體觀點(diǎn)堅(jiān)持度對信息傳播過程的影響如圖4所示.圖4(a)為觀點(diǎn)堅(jiān)持度在區(qū)間[0.6,0.9]中取值,圖4(b)為觀點(diǎn)堅(jiān)持度在區(qū)間[0.2,0.5]中取值.將兩個(gè)仿真結(jié)果進(jìn)行對比,能夠看到觀點(diǎn)堅(jiān)持度較低的情況下觀望態(tài)個(gè)體的密度峰值高于觀點(diǎn)堅(jiān)持度較高的情況下觀望態(tài)個(gè)體的密度峰值,說明當(dāng)群體的整體觀點(diǎn)堅(jiān)持度水平較高時(shí),在信息傳播的過程中會有更多的個(gè)體處于觀望態(tài).

(2)廣告覆蓋率對信息傳播過程的影響如圖5所示.圖5(a)為廣告覆蓋了取0.2,圖5(b)為廣告覆蓋率取0.4.將兩個(gè)仿真結(jié)果進(jìn)行對比,能夠看到廣告覆蓋率越高,傳播態(tài)個(gè)體密度的峰值越高,即信息傳播越快.

(3)個(gè)體權(quán)威度對信息傳播過程的影響如圖6所示.仿真結(jié)果給出了分別在權(quán)威度水平整體較低和權(quán)威度水平整體較高的情況下傳播態(tài)個(gè)體密度的變化情況.圖6(a)為權(quán)威度在區(qū)間[0.2,0.5]中取值,圖6(b)為權(quán)威度在區(qū)間[0.6,0.9]中取值.從仿真結(jié)果中可以看到,權(quán)威度影響到傳播態(tài)個(gè)體密度的峰值,當(dāng)權(quán)威度較高時(shí),傳播態(tài)個(gè)體密度的峰值越高,說明權(quán)威度越高,在一定時(shí)間內(nèi)成為傳播態(tài)的個(gè)體數(shù)量越多.

圖4 個(gè)體觀點(diǎn)堅(jiān)持度對信息傳播過程的影響(OAgent)

圖5 廣告覆蓋率對信息傳播過程的影響(IAgent)

4 結(jié)論與展望

本文針對目前信息傳播模型存在的問題,研究了具體情境下的信息傳播過程,引入多Agent 建模理論和方法,從微觀角度分析Agent的屬性和行為,并基于改進(jìn)的觀點(diǎn)交互模型構(gòu)建了Agent 之間的交互規(guī)則,然后基于Swarm 仿真平臺對信息傳播多Agent 模型進(jìn)行模擬仿真,研究了社會化營銷背景下信息傳播過程的宏觀規(guī)律,另外,通過改變多Agent 模型中的參數(shù)值,對幾種不同影響因素對信息傳播過程的影響進(jìn)行了仿真分析,根據(jù)分析結(jié)果,可以對企業(yè)社會化營銷提出以下幾點(diǎn)策略建議.

圖6 個(gè)體權(quán)威度對信息傳播過程的影響(IAgent)

(1)企業(yè)可采取一定的手段提高客戶忠誠度,使客戶對傳播信息的觀點(diǎn)具有較高的堅(jiān)持度,另外,企業(yè)在社會化營銷過程中應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)輿論,提高傳播者的觀點(diǎn)值,形成良好的口碑,從而使傳播者對潛在傳播者具有更大的影響力.

(2)在營銷時(shí),企業(yè)應(yīng)在能力允許的范圍內(nèi)多渠道、大范圍地散播營銷信息,提高廣告覆蓋率,以促進(jìn)信息傳播速度,增加信息知曉人數(shù),從而提升企業(yè)和產(chǎn)品知名度,增加潛在客戶.

(3)權(quán)威度能夠影響到用戶觀點(diǎn),權(quán)威度越高,傳播信息的人越多.企業(yè)應(yīng)當(dāng)選擇在關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中具有較多關(guān)注者、群眾認(rèn)同度高的用戶作為初始傳播者,從而使更多的用戶傳播信息,起到良好而高效的社會化營銷效果.