GRAPH-THEORETIC APPROACHES TO MODELING ACTOR-NETWORKS IN SCIENCE AND TECHNOLOGY STUDIES
Authors: Целых А.А. , Дедюлина М.А. 
Published: July 2024

В работе представлены результаты исследования в области моделирования актор-сетей с использованием содержательных теоретико-графовых формализмов, таких как гиперграфы, ориентированные гиперграфы, гиперсети, метаграфы и вложенные метаграфы. Объектом исследования являются, прежде всего, актор-сети социотехнических систем в исследованиях науки и технологий. Авторы проводят параллель между семантикой фундаментального механизма перевода в актор-сети и семантикой RDF-графа, представляемого кортежем из трех элементов. Для моделирования «перевода» в актор-сети предлагается использовать 3-униформный ориентированный гиперграф. Его ориентированные гиперребра компактно и естественным образом отражают роль каждой вершины-актанта, а также концепцию направленности перевода. Для моделирования «черного ящика» в актор-сети, «упаковывание» которого равносильно возникновению новой функциональной единицы с новым названием, с качественно новыми, эмерджентными свойствами, предлагается использовать гиперсети и вложенные метаграфы. В терминах теории гиперсетей «черный ящик» актор-сети – это гиперсимплекс, реальный ассамбляж в основании которого отображается в вершину в сети более высокого уровня. Возникновение гиперсимплексов при переходе между уровнями объясняет системное свойство эмерджентности. Модель вложенного метаграфа допускает связи как между элементами одного уровня, так и между элементами различных уровней, что позволяет наделить «черный ящик» агентивностью и в дальнейшем рассматривать его в качестве актанта в актор-сети. Предлагаемые теоретико-графовые модели позволяют системно изучать актор-сети с использованием богатого математического аппарате теории множеств (в том числе нечетких), что позволит в ближайшей перспективе перейти от качественных исследований к количественным.

This paper provides results of a study on modeling actor-networks using such formalisms as hypergraphs, directed hypergraphs, hypernetworks, metagraphs, and nested metagraphs. The object of our research are actor-networks of sociotechnical systems in science and technology studies. We draw a parallel between the semantics of a fundamental mechanism of translation in an actor-network and the semantics of RDF-graph given by a 3-tuple of elements. We suggest using a 3-uniform directed hypergraph to model translation in an actor-network. The directed hyperedges represent, in a compact and natural way, the role of every actant, taking into account the orientation of a translation. To model «black box» in actor network, we suggest using hypernetworks and nested metagraphs. Packing a «black box» is equivalent to the emergence of a new functional unit, with a new name and new emergent properties. In terms of the theory of hypernetworks, «black box» in an actor-network is a hypersimplex. Real assemblage in the basis of hypersimplex is mapped to the node in a higher-order network. The system property of emergency is held due to the emergence of hypersimplexes during the transitions between the levels. Nested metagraph model allows for the links both between elements on one level and on distinct levels that is critical for modeling agentivity of a «black box» as an actant in an actor-network. We introduce graph theoretical models that allow for system studies of actor-networks using rich mathematical apparatus of a set theory (as well as fuzzy set theory). We believe our contribution will encourage the quick transition from mainly qualitative to quantitative studies in actor-network theory.