Algorithmic analysis of user behavior in social media
Authors: Σταμετελάτος Γεώργιος 
Published: February 2022

Τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης κατέχουν κεντρικό ρόλο στη ζωή του σύγχρονου ανθρώπου και συντελούν σε μεγάλο βαθμό στη διαμόρφωση των ατόμων και των ομάδων. Βασικό αντικείμενο έρευνας και μελέτης στον τομέα των κοινωνικών δικτύων αποτελούν οι διεπαφές και διαπροσωπικές σχέσεις μεταξύ των εμπλεκόμενων οντοτήτων (ατόμων, ομάδων ή υποομάδων, οργανισμών ή άλλων μονάδων) σε διάφορα πεδία εφαρμογής (την πολιτική, την οικονομία, τη βιολογία, την κατανομή του πλούτου, τις συναλλαγές, την ψυχολογία, την επιστήμη των υπολογιστών κ.ά.) καθώς και η μελέτη της αμφίδρομης ροής της πληροφορίας ανάμεσα στις οντότητες αυτές. Η ανάλυση κοινωνικών δικτύων (social network analysis) είναι η μελέτη των κοινωνικών δικτύων που πραγματοποιείται μέσα από το γνωστικό αντικείμενο της θεωρίας γράφων (graph theory) καθώς και της θεωρίας δικτύων (network theory), που αποτελούν θεμελιώδη γνωστικά πεδία της επιστήμης δικτύων (network science). Η προσέγγιση αυτή αποσκοπεί στην πληρέστερη κατανόηση αλλά και τη βαθύτερη ερμηνεία των ποικίλων δεσμών, των αλληλεπιδράσεων ή των αμοιβαίων επικοινωνιακών σχέσεων μεταξύ ατόμων ή ομάδων, μια σειρά δηλαδή παραγόντων που με τη σειρά τους διαμορφώνουν και ρυθμίζουν (πέρα και έξω των γενετικών ή περιβαλλοντικών επιρροών) την ατομική συμπεριφορά ή την συλλογική/ομαδική συνείδηση και έκφραση.Η συστηματική μελέτη των κοινωνικών δικτύων που καθιέρωσε την σύγχρονη ανάλυση κοινωνικών δικτύων εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1990. Πληθώρα επιστημονικών μελετών αυτή την περίοδο συνέπεσε με την ραγδαία ανάπτυξη του Διαδικτύου καθώς και των υπηρεσιών άμεσης επικοινωνίας που εμφανίστηκαν σε αυτό. Οι συσχετίσεις ανάμεσα στις διασυνδεδεμένες οντότητες του αναδυόμενου ψηφιακού κόσμου ανέδειξαν την ανάπτυξη μεθόδων των δομικών ιδιοτήτων τέτοιων δικτύων αλλά και την κατανόηση των υποκείμενων μηχανισμών που διέπουν τη λειτουργία τους. Πολλά από τα θεμελιώδη είδη δικτύων που παρατηρούνται στις πραγματικές κοινωνίες των ανθρώπων ή ακόμη και στη φύση, όπως τα δίκτυα scale-free ή τα δίκτυα small world, μελετήθηκαν τη συγκεκριμένη περίοδο.Το πιο πρόσφατο ορόσημο των κοινωνικών δικτύων και της ανάλυσής τους σημειώθηκε με την μετάβαση του πεδίου στα διαδικτυακά κοινωνικά δίκτυα (online social networks). Η εμφάνιση των διαδικτυακών κοινωνικών δικτύων δεν άλλαξε μόνο την ποσότητα και ποιότητα της διαθέσιμης πληροφορίας αλλά και επηρέασε σε μεγάλο βαθμό την διαδραστικότητα των χρηστών με αυτές τις πλατφόρμες. Δισεκατομμύρια χρήστες καθημερινά ενασχολούνται με το περιεχόμενο διαφόρων υπηρεσιών κοινωνικής δικτύωσης, παράγουν χρήσιμη γνώση ενεργώντας με βάση τις προτιμήσεις τους, και αναζητώντας νέες πληροφορίες σχετικές με την παρουσία τους στην πλατφόρμα. Η διείσδυση τέτοιων κοινωνικών δικτύων στη ζωή μας είναι τόσο έντονη που η έννοια του κοινωνικού δικτύου είναι συχνά συνυφασμένη με τις διασυνδεδεμένες πλατφόρμες κοινωνικής δικτύωσης. Καθώς τα κοινωνικά δίκτυα έχουν δισεκατομμύρια ενεργούς χρήστες, τόσο οι επιπτώσεις αλλά και οι προοπτικές της χρήσης μιας τόσο πλούσιας δεξαμενής πληροφοριών είναι πολύπλευρες και εκτεταμένες.Στην έρευνα που έχει διαξαχθεί στα πλαίσια αυτής της διατριβής, προσανατολιζόμαστε στην εξόρυξη χρήσιμης πληροφορίας και γνώσης από διαδικτυακά μέσα κοινωνικής δικτύωσης και την εκμεταλλευόμαστε για να λύσουμε προβλήματα που συχνά συναντώνται όταν οι χρήστες αναζητούν πληροφορίες σε αυτά. Η ανάλυσή μας περιβάλλεται από δύο βασικές ιδιότητες:α. Βασίζεται σε μεθόδους που είναι καθαρά δομικές, δηλαδή εφαρμόζονται αποκλειστικά στην αναπαράσταση του δικτύου ως ένα σύνολο από κορυφές και ακμές.β. Βασίζεται στην υπόθεση ότι οι διαδικτυακοί χρήστες παίρνουν αποφάσεις και ενεργούν με βάση την προσωπικότητά τους (τα ενδιαφέροντα και τις προτιμήσεις τους).Συγκεκριμένα, εξετάζουμε εφαρμογές κοινωνικών φαινομένων που αφορούν την πολιτική και τον τουρισμό ως περιπτώσεις χρήσης. Επιπρόσθετα, επιχειρούμε να παρουσιάσουμε ένα γενικό θεωρητικό μοντέλο περιγραφής της δημιουργίας δικτύων που μπορεί εν δυνάμει να εξηγήσει ορισμένες από τις ιδιότητες των κοινωνικών δικτύων που αφορούν στην τάση των χρηστών να προσεγγίζουν συγκεκριμένους άλλους χρήστες στα δίκτυα αυτά.Η εμφάνιση των διαδικτυακών κοινωνικών μέσων άλλαξε δραματικά τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι επικοινωνούν και αλληλεπιδρούν. Τα κοινωνικά μέσα καθιέρωσαν ένα περιβάλλον στο οποίο η πρόσβαση και επαφή των χρηστών με την πλατφόρμα καθίσταται τετριμμένη με τη χρήση μοντέρνων διασυνδεδεμένων συσκευών. Επιπρόσθετα, οι πλατφόρμες κοινωνικής δικτύωσης εξελίσσονται διαρκώς με προσθήκες λειτουργιών, όπως μοίρασμα φωτογραφιών, τοποθέτηση ετικετών (tagging), πρόταση συστάσεων (recommendation) και άλλα. Στα κοινωνικά μέσα, οι χρήστες που συμμετέχουν παράγουν καθημερινά μεγάλη ποσότητα πληροφορίας. Η παραγωγή αυτή είναι συχνά διάφανη στους χρήστες οι οποίοι, μέσα από τις ενέργειές τους, συνεισφέρουν σε μια τεράστια δεξαμενή πληροφοριών που είναι συσχετισμένη με τις προτιμήσεις και τα ενδιαφέροντά τους. Ο ισχυρισμός μας είναι ότι η δομική συνιστώσα που εμπεριέχεται σε αυτή την πληροφορία πηγάζει από τα κίνητρα που δίνονται στους χρήστες για τη συμμετοχή τους στο κοινωνικό μέσο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη μιας εφαρμογής στο κοινωνικό αυτό δίκτυο. Στην έρευνα αυτή, εξετάζουμε δύο σημαντικές περιπτώσεις: γνώση πολιτικού περιεχομένου και συναφής γνώση για τουριστικές εφαρμογές.Τα ζητήματα πολιτικής σημασίας αποτελούν αντικείμενο διαρκούς απασχόλησης ενώ την σύγχρονη εποχή εμφανίζονται συχνά στα κοινωνικά μέσα. Καθώς τα κοινωνικά μέσα συνεχίζουν να κατέχουν κεντρικό ρόλο στις πολιτικές καμπάνιες, φαινόμενα ψευδών ειδήσεων (fake news) ή πολιτικής προκατάληψης (bias) άρχισαν να κάνουν την εμφάνισή τους και να διαδίδονται μέσω κοινωνικών κύκλων στα κοινωνικά μέσα. Η μελέτη τέτοιων φαινομένων κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική λόγω του αντίκτυπου που έχουν στην κοινωνική πόλωση καθώς και στους θεμελιώδεις μηχανισμούς της δημοκρατίας. Κρίνεται συνεπώς σημαντική η αυτόματη εξαγωγή πολιτικής πληροφορίας σχετικής με συγκεκριμένους κόμβους ενδιαφέροντος υψηλής κεντρικότητας σε ένα δίκτυο, όπως για παράδειγμα ο πολιτικός τους προσανατολισμός ή η τάση τους να παράγουν ψευδές ή προκατειλημένo περιεχόμενο. Χρησιμοποιώντας όμως τη συμπεριφορά και τις ενέργειες των ιδίων για τον αυτόματο εντοπισμό αυτής της πληροφορίας ίσως είναι πιο απαιτητικό να επιτευχθεί καθώς οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα να προσαρμόσουν τη συμπεριφορά τους για να αποφύγουν μία τέτοια ενέργεια. Ο ισχυρισμός μας είναι ότι συχνά είναι πιο αξιόπιστος ο εντοπισμός του πολιτικού προσανατολισμού ενός χρήστη μέσω των συνδέσεών του με άλλους χρήστες. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούμε τους συνδέσμους που σχηματίζονται από άλλους χρήστες προς τους χρήστες ενδιαφέροντος, οι οποίοι μπορεί να μην είναι αμοιβαίοι. Με αυτόν τον τρόπο, ο πολιτικός προσανατολισμός των χρηστών ενδιαφέροντος εντοπίζεται με βάση τη συλλογική τους εικόνα στο δικτύου, και όχι μόνο με βάση του ατομικού τους προφίλ.Μια ακόμη ενδιαφέρουσα εφαρμογή ανάλυσης κοινωνικών δικτύων που είναι μέρος αυτής της διατριβής είναι τα συστήματα προσωποποιημένων συστάσεων (recommender systems) στα κοινωνικά μέσα που ειδικεύονται στον τουρισμό: τα τουριστικά κοινωνικά μέσα. Σε αυτή την περίπτωση, η υπόθεσή μας είναι πως η συμπεριφορά των χρηστών του κοινωνικού μέσου θα είναι συνεπείς με τις προτιμήσεις και τα ενδιαφέροντά τους. Ένας φυσικός τρόπος για υπόδειξη προσωποποιημένων συστάσεων είναι η εκμετάλλευση της εγγενούς πληροφορίας στα προφίλ των χρηστών που συμμετέχουν ενεργά στο κοινωνικό μέσο και προέρχονται από τις ενέργειες των ίδιων. Οι μέθοδοί μας χρησιμοποιούν δημόσιες συλλογές αντικειμένων που βασίζονται στο ότι οι χρήστες συχνά επιθυμούν να επισκέπτονται περισσότερους προορισμούς από ότι πραγματικά επισκέπτονται. Βασιζόμενοι σε αυτή την ιδιότητα, επιχειρούμε να εντοπίσουμε τις ομοιότητες ανάμεσα στις τοποθεσίες, έτσι όπως αυτή είναι αποτυπωμένη από τους χρήστες του κοινωνικού μέσου.Το τελευταίο μέρος της διατριβής είναι ένα θεωρητικό μοντέλο δημιουργίας γράφων που παρουσιάζει ομοιότητες με διαδικασίες που εμφανίζονται σε πραγματικά κοινωνικά, ή μη-κοινωνικά, δίκτυα, όπως βιολογικά δίκτυα ή δίκτυα υπολογιστών. Πιο συγκεκριμένα, η ιδιότητα αυτή αναφέρεται στα scale-free δίκτυα, δηλαδή τα δίκτυα των οποίων η κατανομή των βαθμών ακολουθεί κατανομή νόμου δύναμης (power law). Υπάρχουσες μελέτες στην βιβλιογραφία δείχνουν ότι η τωρινή κατάσταση στον χώρο δεν περιγράφει κάποιο μοντέλο που να είναι ακριβές σε σχέση με το πιθανοκρατικό μοντέλο που χρησιμοποιείται αλλά καλές προσεγγίσεις αυτού. Για τον λόγο αυτό, παρουσιάζουμε ένα μοντέλο που υλοποιεί επακριβώς τον εγγενή μηχανισμό της δημιουργίας του δικτύου χωρίς να περιορίζουμε τον χρόνο εκτέλεσης της διαδικασίας.Η ανάλυση που γίνεται στα πλαίσια της διατριβής αυτής βασίζεται σε μεθόδους που είναι αποκλειστικά δομικές, δηλαδή χρησιμοποιούν ως πρωτογενή πληροφορία μόνο δομικά χαρακτηριστικά του κοινωνικού δικτύου. Πιο συγκεκριμένα, η δομή ενός κοινωνικού δικτύου ορίζεται ως ένα σύνολο κόμβων που χαρακτηρίζουν τις οντότητες που συμμετέχουν στο κοινωνικό δίκτυο, και ένα σύνολο από ακμές που αντιπροσωπεύουν τις σχέσεις ανάμεσα στους κόμβους. Η ανάλυσή μας βασίζεται αποκλειστικά σε αυτό το είδος πληροφορίας και δεν λαμβάνεται υπόψη άλλος τύπος γνώσης σχετικός με τους κόμβους του δικτύου ή τις σχέσεις ανάμεσά τους. Επιπρόσθετα, οι μέθοδοι που χρησιμοποιούμε συνήθως μεταχειρίζονται τις ακμές ως δυαδικές σχέσεις ύπαρξης ή απουσίας σχέσης ενώ οι κόμβοι χαρακτηρίζονται με ένα αναγνωριστικό (ID) χωρίς φυσική ερμηνεία ή αξία. Υπό αυτό το πρίσμα, η ανάλυση κοινωνικών δικτύων θεωρείται το κύριο αντικείμενο αυτής της διατριβής σε ό,τι αφορά τη μεθοδολογία. Στην έρευνά μας χρησιμοποιούμε τόσο καθιερωμένες μεθόδους ανάλυσης του χώρου για την εξόρυξη της απαιτούμενης πληροφορίας από το δίκτυο όσο και καινοτόμες μεθόδους που δεν έχουν εφαρμοστεί στα κοινωνικά μέσα, και μελετάμε τη φυσική ερμηνεία της εφαρμογής τους.Η συχνότερη, καθιερωμένη στη βιβλιογραφία, μέθοδος που χρησιμοποιείται στην ανάλυσή μας είναι η μέθοδος graph projection, που αποτελεί έναν μετασχηματισμό του γράφου που μπορεί να συλλάβει ως ένα βαθμό τις σχέσεις ανάμεσα σε ζευγάρια κόμβων του γράφου, οι οποίες δεν μπορούν να αποτυπωθούν με τη χρήση των άμεσων σχέσεων στον αρχικό γράφο. Οι μέθοδοι graph projections απλοποιούν ένα δίκτυο, χωρίς να περιορίζουν σημαντικά την πληροφορία που υπάρχει σε αυτό, και κατευθύνουν την ανάλυση σε μια συγκεκριμένη επιλεγμένη ομάδα κόμβων. Άλλες μέθοδοι ανάλυσης κοινωνικών δικτύων αποτελούν οι τυχαία περίπατοι (random walks), η συσταδοποίηση κόμβων (community detection), ή άλλες μέθοδοι σημασιολογικής περιγραφής των οντοτήτων που συμμετέχουν στο δίκτυο. Σε αρκετές περιπτώσεις, η έρευνά μας περιλαμβάνει συγκριτική παρουσίαση αυτών των μεθόδων και των παραμέτρων τους. Τέλος, χρησιμοποιούμε μεθόδους αλγοριθμικής ανάλυσης δικτύων για καινοτόμα εφαρμογή στα κοινωνικά μέσα και δείχνουμε την καταλληλότητά τους ως προς την ανάδειξη της φυσικής ερμηνείας της πρωτογενούς πληροφορίας που υπάρχει στο δίκτυο.Η μεθοδολογία μας εφαρμόζεται σε πρωτογενή δεδομένα από τα κοινωνικά δίκτυα του Twitter και Foursquare. Τα δεδομένα που υπάρχουν και στις δύο αυτές υπηρεσίες ταιριάζουν απόλυτα με τα κίνητρα και τους στόχους μας καθώς και με την περιγραφή των προβλημάτων που επιχειρούμε να δώσουμε λύση σε αυτή την έρευνα. Το Twitter συχνά αντιμετωπίζεται ως ένα κοινωνικό μέσο με έντονη την παρουσία της πολιτικής συνιστώσας και αποτελείται από ένα πλούσιο σύνολο ενεργών χρηστών, όπως πολιτικοί, αντιπρόσωποι κομμάτων, υποψήφιοι, ή ακόμη και μέσα ενημέρωσης. Χρησιμοποιώντας ανάλυση κοινωνικών δικτύων, δείχνουμε την καταλληλότητα του Twitter για την ανάλυση φαινομένων πολιτικής προκατάληψης. Από την άλλη μεριά, το Foursquare είναι μια πλατφόρμα τουριστικού βοηθού και δεδομένων τοποθεσίας με περίπου 50 εκατομμύρια χρήστες. Οι χρήστες αλληλεπιδρούν με άλλους χρήστες ή με σημεία ενδιαφέροντος, χαρακτηριστικό του Foursquare που το κάνει ιδανικό για τη μελέτη προσωποποιημένων συστάσεων σημείων ενδιαφέροντος. Και τα δύο κοινωνικά μέσα αποτελούνται από ένα μεγάλο αριθμό χρηστών που έχουν κίνητρα να συμπεριφέρονται με συγκεκριμένο τρόπο, να παίρνουν αποφάσεις και να ενεργούν με βάση τις προτιμήσεις, τα ενδιαφέροντα και τις πεποιθήσεις τους. Στην έρευνα αυτή, επιχειρούμε να εκμεταλλευτούμε αυτό το φαινόμενο, συναθροίζοντας τις συμπεριφορές πολλαπλών χρηστών για την παραγωγή γνώσης επί τους αντικειμένου της μελέτης. Η ιδιότητα αυτή είναι βασισμένη στο γεγονός ότι οι χρήστες συχνά επιλέγουν να εκθέτουν τον εαυτό τους σε πληροφορίες που είναι σχετικές με τις προτιμήσεις τους ή ενδυναμώνουν τις απόψεις τους.Τέλος, παρουσιάζουμε μία αλγοριθμική προσέγγιση δημιουργίας κοινωνικού γράφου που επιχειρεί να εξηγήσει μία από τις θεμελιώδεις ιδιότητες πάνω στην οποία βασίζεται η δημιουργία σχέσεων σε κοινωνικά ή ακόμη και μη-κοινωνικά δίκτυα στον πραγματικό κόσμο. Η ιδιότητα αυτή αναφέρεται ως ο μηχανισμός του preferential attachment, σύμφωνα με τον οποίο οι κόμβοι που εισέρχονται στο δίκτυο συνήθως συνδέονται με παλαιότερους κόμβους που έχουν ήδη υψηλή συνδεσιμότητα. Οι αλγόριθμοι που προτείνουμε είναι αναλυτικές μέθοδοι αποδοτικής εκτέλεσης που συμπεριλαμβάνουν αυτή τη διάσταση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των χρηστών.