（管理科学与工程专业论文）基于复杂社会网络的创新扩散模型研究.pdf

摘耍 基于复杂社会网络的创新扩散模型研究 摘要 社会经济系统中，新的产品技术、思想方法、行为策略、文化时尚以及其他一些创新事 物的传播过程往往倍受关注，它对于人们控制社会经济系统，促进社会进步都具有重要的意 义。由于这种传播过程发生在社会群体中，其本质是大量社会个体接触外部环境，并与其他 个体接触、学习和决策的动态互动过程，往往难以理解和预测。研究者们通过构造不同的创 新扩散模型，试图抽象这类复杂动态过程的关键影响因素，为人们理解和控制不同的创新扩 散现象提供理论指导。 复杂网络理论将社会经济系统看作个体问相互联系的网络，从而为个体间动态互动过程 提供了科学的研究视角，研究发现，基于复杂社会网络的创新扩散出现了一些新特征，包括： ( 1 ) 个体间相互作用可以改变创新扩散的结果，( 2 ) 网络效应对创新扩散具有显著影响， ( 3 ) 网络拓扑结构的差异可能导致创新扩散的变化。越来越多的研究者运用网络视角分析 创新扩散问题。 结合上述特征及相关研究进展，本文着重从四个方面展开研究，即( 1 ) 创新必须通过 大量社会个体进行扩散，因此，一定要从适用。j 二社会个体的微观扩散模型出发，描述个体间 的社会互动机制和有限理性特征，从而更深入的理解和分析创新扩散的微观基础：( 2 ) 微观 个体的多样性行为导致群体效应的多样性，微观扩散模型应考察大量个体行为的累加结果， 即群体效应冈素，并比较群体效应的影响：( 3 ) 社会网络具有不同于其他网络的统计特征， 微观扩散模型应反映社会网络扩散的特征，便于考察网络结构特征对扩散过程的影响：( 4 ) 真实网络结构随着个体间互动过程而动态变化，冈此微观扩散模型应适用+ j ：动态演化网络， 并考察扩散动力学与网络结构的其同演化。 因此，本文基于复杂社会网络研究了网络结构、创新的相对优势、个体问互动机制、群 体效应以及动态演化网络对创新扩散的影响，不仅拓展了创新扩散模型，完善了现有理论成 果，也极大丰富了复杂网络理论的具体应用，为社会经济系统问题提供了新的研究视角。 本文主要研究工作和结论可归纳如下： ( 1 ) 阐明了论文选题背景与研究意义，指出了复杂网络理论的兴起及其对理解研究社 会经济系统的独特意义，强调了复杂网络视角对传统创新扩散问题的改变和颠覆，从而论证 了本文选题的前沿性和研究的重要性。在此基础上，提出了研究思路和研究方法，确定论文 的研究内容和结构框架，最后对论文创新点进行了i 门纳。 ( 2 ) 综述了与本文相关的研究进展彳现有成果，重点论述复杂网络理论对社会经济系 i ：海交通大学博f j 学位论文 统尤其是传统创新扩散研究的重要意义。首先，明确了创新扩散的研究范嗣和理论基础，对 现有扩散模型进行了系统性总结，指出了创新扩散研究由宏观扩散模型向微观扩散模型发展 的趋势，从而论证了本文着重关注扩散微观基础的依据。其次，从复杂网络的统计特征、网 络生成模犁和扩散模型三个方面梳理了复杂网络理论的主要研究成果，从而为本文提供了研 究视角和分析i ：具。然后，详细阐述了复杂网络理论对社会经济系统研究，尤其是对扩散研 究的重要推动作用，指出了学科间的交叉融合开辟了更为，“阔的研究空间。最后，总结了现 有文献在研究社会网络上的扩散问题时存在的几点不足，明确了本文的主要研究问题。 ( 3 ) 提出了基j ：复杂社会网络理解和分析扩散问题的研究框架，为后面各章节模型奠 定了理论研究基础。在此基础上，从个体间网络的拓扑特征和创新的相对优势特点出发，构 造了具有相对优势的创新扩散过程。研究表明，个体间网络的结构性差异会显著影响到网络 上的创新扩散结果，具有相对优势的创新是否被广泛采用，受到网络结构特征的显著影响。 ( 4 ) 构造了基f 邻居效应的网络扩散模型，用“邻居效应函数”刻画邻居对个体选择 的影响机制，分析了外部【大l 素与邻居效应共| 一影响下的扩散均衡及其影响冈素。研究发现， 邻居效应函数的凹凸性决定了扩散的均衡，多重均衡的存在会增加扩散的不确定性，邻居效 应的强度和复杂社会网络的结构特征对均衡采用者比例有重要影响。 ( 5 ) 利用反协调博弈刻画了个体的差异化选择特征，分析了复杂社会网络上的扩散过 程及其影响闪素。结论表明，这类扩散不会出现“赢家通吃”现象，采用策略的风险占优度 和网络结构特征能够显著影响扩散的程度。因此，通过调整个体采用收益和个体间相互联系， 可以有效管理和控制具有差异化选择特征的扩散，如度假产品、奢侈品、“搭便车”行为、 流行与时尚等。 ( 6 ) 引入了网络的动态演化条件，并基于协调博弈刻画了具有理性特征的社会个体的 策略选择行为特征，从而构造了创新在个体间的扩散过程与个体问网络结构的共同演化模 型。研究表明，个体行为j 网络结构对创新扩散的影响，取决t - o j 新是否具备相对优势，而 而微观层面个体行为会导致复杂网络结构特征的变化，创新扩散j 个体间网络结构是双向互 动关系。 本文主要创新点门纳如下： ( 1 ) 构建了基f 复杂幸t 会网络的创新扩散模型，着重分析了网络结构对具有相对优势 的创新扩散的影响。已有研究大多认为相对优势越明显的创新越容易扩散，而本文研究发现， 网络结构的变化叮以促使具有相对优势的创新更容易扩散，也町以导致具有相对优势的创新 扩散失败。该结论表明，个体问网络的结构性差异能够显著影响网络上的创新扩散结果。 ( 2 ) 构造了基r 邻居效应的网络扩散模型，揭示了个体问相互作用规律j 网络结构是 i i 摘爱 ! i 曩置皇皇曼置量奠皇皇曼皇暑量曼量鼍曼皇! 皇皇曼曼曼鼍曼曼曼曼皇皇曼! 詈兰曼曼曼皂曼毫曼皇量置| 昌量量曼詈曼曼曼皇鼍詈置鼍鼍皇量鲁曼篁鼍皇皇曼量曼皇! 量量曼置量置暑詈曼 如何影响扩散过程的。与已有创新扩散模犁不同，本文利用“邻居效应函数”打开了个体问 相互作用机制这一“黑箱”，刻画了邻居对个体选择的不同影响机制。研究发现最终采用者 比例能否稳定取决于邻居效应( 即个体问相互作用规律) 的具体机制，个体问网络结构特征 对最终的采用者比例也有显著影响。 ( 3 ) 利用反协调博弈描述了个体偏好差异化选择的特征，从个体问的策略性互动和网 络结构特征出发，研究了度假产品、奢侈品、“搭便车”行为、流行与时尚等一类创新扩散 的共性规律。研究发现，这类扩散不会出现“赢家通吃”现象，采用策略的风险占优度和网 络结构特征能够显著影响扩散的程度。而已有创新扩散模型大都假定个体选择趋同化，无法 得出相似的结论。 ( 4 ) 尝试将研究视角从静态网络拓展到动态演化网络，构造了创新扩散过程与个体问 网络结构的共同演化模型，对网络结构j 扩散动力学的相互关系这一理论前沿问题进行了有 益探索。研究发现，网络整体收益不仅仅是个体收益的累加，也j 网络结构有关。创新在个 体间的扩散过程与个体间网络结构的相互影响十分显著。该结论从微观层面解释了复杂社会 网络为何呈现某些宏观结构特征。 【关键词】复杂社会网络；创新扩散；邻居效应；差异化选择；共同演化 1 1 1 l ：海交通大学博i 学位论文 曼皇墨鲁暑皇皇皇量| 量置皇皇皇皇皇曼舅皇皇曼曼皇量皇墨鼍皇毫量鲁曼鼍曼! 皇置曼曼曼鼍鲁昙皇昌詈曼皇皇量量鲁鲁皇篁置詈曼i 一葺i 詈皇簟 r e s e a r c ho nd i f f u s i o nm o d e l so fi n n o v a t i o nb a s e do n c o m p l e x s o c i a ln e t w o r k s a bs t r a c t s p r e a do fn e wp r o d u c t ，t e c h o n o l o g y , t h o u g h t ，m e t h o d ，b e h a v i o r , s t r a t e g y , c u l t u r e ，f a s h i o na n d o t h e ri n n o v a t i o n si ns o c i a le c o n o m i cs y s t e m , w h i c hi ss i g n i f i c a n tt ot h ec o n t r o la n dd e v e l o p m e n t o fs o c i a le c o n o m i cs y s t e m ，a l w a y sd r a w sm u c ha t t e n t i o n t h ep r o c e s so fs p r e a do c c u r si ns o c i a l g r o u p ，w h i c hc o u l db er e g a r d e da sd y n a m i cp r o c e s s e so f m a s si n d i v i d u a l sw h om a k ed e c i s i o nb y c o n t a c tw i t ha n dl e a r nf r o me a c ho t h e r s t h e r e f o r e ，i ti sd i f f i c u l tt oc o m p r e h e n da n dp r e d i c t r e s e a r c h e r st r yt oa b s t r a c tt h ek e yf a c t o r so ft h ec o m p l e xd y n a m i cp r o c e s sb ym e a n so fd i f f e r e n t d i f f u s i o nm o d e l so fi n n o v a t i o n ，i no r d e rt op r o v i d et h e r i t i c a li n s t r u c t i o nt ou n d e r s t a n da n dc o n t r o l d i f f e r e n td i f f u s i o np h e n o m i n o n so fi n n o v a t i o n c o m p l e xn e t w o r kt h e o r yr e g a r d ss o c i a l e c o n o m i cs y s t e ma sr e l a t i o nn e t w o r kb e t w e e n i n d i v i d u a l s ，p r o v i d e sr e s e a r c hp e r s p e c t i v eo nd y n a m i ci n t e r a t i o np r o c e s sb e t w e e ni n d i v i d u a l s ，a n d s h o w st h a tt h e r ea r es o m en e wf e a t u r e so ft h et o p i cu n d e rp e r s p e c t i v eo fn e t w o r k ，i n c l u d i n g ：( 1 ) i n d i v i d u a li n t e r a t i o nc o u l dc h a n g er e s u l to fi n n o v a t i o nd i f f u s i o n , ( 2 ) n e t w o r ke f f e c ti n f l u e n c e s d i f f u s i o np r o c e s sg r e a t l y , ( 3 ) d i f f e r e n tn e t w o r ks t r u c t u r ec o u l dl e a dt od i f f e r e n td i f f u s i o np r o c e s s t h e s ef e a t u r e sa r en o tf u l l ye x p l a i n e db yc u r r e n tf i n d i n g s t h e r e f o r e ，t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so n f o u ra s p e c t sa ss a l l yp o r to fa n a l y s i s ，n a m e l y ( 1 ) p a ya t t e n t i o nt ot h em i c r o - b a s eo fi n n o v a t i o n d i f f u s i o na n dd e v e l o pd i f f u s i o nm o d e l so ni n d i v i d u a ll e v e lw h i c hd e s c r i b e st h es o c i a li n t e r a c t i o n a n db o u n d e dn a t i o n a l i t yo fs o c i a li n d i v i d u a l ；( 2 ) m a s sb e h a v i o ro ni n d i v i d u a ll e v e ll e a dt o d i v e r s i t yo fp o p u l a t i o ne f f e c to ng r o u pl e v e lw h i c hs h o u l db ec o n s i d e r e di nd i f f u s i o nm o d e l s ；( 3 ) d i f f u s i o nm o d e l ss h o u l dc o n s i d e rf e a t u r eo fs o c i a ln e t w o r k si no r d e rt oa n a l y z ei n f l u e n c eo f n e t w o r ks t r u c t u r e ；( 4 ) r e a ln e t w o r k se v o l v e sw i t hi n t e r a c t i o np r o c e s so fi n d i v i d u a l sw h i c hs h o u l d b ec o n s i d e r e di n t od i f f u s i o nm o d e l s t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ei n f l u e n c eo fn e t w o r ks t r u c t u r e ，r e l a t i v ed o m i n a c eo fi n n o v a t i o n ， i n d i v i d u a li n t e r a c t i o n ，p o p u l a t i o ne f f e c ta n dd y n a m i ce v o l v i n gn e t w o r k so ni n n o v a t i o nd i f f u s i o n b a s e do np e r s p e c t i v eo fn e t w o r k t h er e s e a r c he x t e n d st r a d i t i o n a lt h e o r yo fd i f f u s i o n ，p r o m o t e s t h ea p p l i c a t i o no fc o m p l e xn e t w o r kt h e o r y , a n dp r o v i d e sb r a n dn e wp e r s p e c t i v et ot o p i co f i n n o v a t i o nd i f f u s i o ni ns o c i a ls y s t e m t h em a i nw o r k sa n dr e s u l t sa r ec o n c l u d e da sf o l l o w s ： 1 f i r s t ，t h i sd i s s e r t a t i o nc o m p r e h e n s i v e l yi n t r o d u c e st h em a i nr e s e a r c hb a c k g r o u n da n d i v a b s t r a c t s i g n i f i c a n c e ，p o i n t so u tt h a tc o m p l e xs o c i a ln e t w o r kt h e o r yi si m p o r t a n tf o ru n d e r s t a n d i n gs o c i a l e c o n o m i cs y s t e m ，e m p h a s i z e st h a tp e r s p e c t i v eo fn e t w o r kc o u l dt r a n s f o r mt r a d i t i o n a lr e s e a r c ho f i n n o v a t i o nd i f f u s i o n , c o n s e q u e n t l yd e n m o n s t r a t e st h em e a n i n go ft o p i c t h e nt h em a i nc o n t e n t s a n ds t r u c t u r ea r es u m m a r i z e da sw e l la st h ea c a d e m i ci n n o v a t i o no ft h i sd i s s e r t a t i o n 2 t h i sd i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h er e s e a r c hf i n d i n g su pt od a t e ：f i r s t l y , c l a r i f i e st h et o p i c s c o p ea n dt h e o r e t i c a lb a s i so f i n n o v a t i o nd i f f u s i o n ，c o n c l u d e se x i s t i n gd i f f u s i o nm o d e l sa n ds t a t e s t h a tt h e s em o d e l sa r ei n c l i n e dt op r e f e rt oi n d i v i d u a ll e v e lt h a np o p u l a t i o nl e v e l ，w h i c hp r o v e st h e m i c r ob a s i so fd i f f u s i o nd e s e r v e sm o r ea t t e n t i o ni n t h i sd i s s e r t a t i o n s e c o n d l y , c o n l u d e st h e t h e o r i c t i c a lf i n d i n go fc o m p l e xn e t w o r kt h e o r yb ys t a t i s t i c a lf e a t u r e ，n e t w o r kg e n e r a t i o nm o d e l s a n dd i f f u s i o nm o d e l s ，w h i c ho f f e r sr e s e a r c hp e r s p e c t i v ea n da n a l y s i st o o l s t h i r d l y , e l a b o r a t e st h e p r o m o t i o no fc o m p l e xs o c i a ln e t w o r k so nr e s e a r c ho fs o c i a le c o n o m i cs y s t e ma n dd i f f u s i o n , w h i c he x t e n d sr e s e a r c hf i e l db yc o m b i n a t i o no fd i f f e r e n tb r a n c ho fk n o w l e d g e f i n a l l y , p o i n t so u t m a i nr e s e a r c hp r o b l e 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o rs e l e c t i o no fi n n o v a t i o nw h i l ep o s i t i v ed e g r e ec o r r e l a t i o na n ds m a l lw o r l de f f e c t g oa g a i n s ti t m o r e o v e r , b e h a v i o r a lm o d e lo ff i r ms h o w sd i s t i n c ti n f l u e n c e c o n s c i o u sb e h a v i o r a l m o d e lf a v o r si n n o v a t i o no fh i g h e rf i t n e s sw h i l eu n c o n s c i o u sb e h a v i o r a lm o d e le v e ns u p p r e s s e s s e l e c t i o no fi n n o v a t i o n t h e s ec o n e l u s i o n ss t a t et h a tt h es t r u c t u r a ld i f f e r e n c eo fn e t w o r kw i l l r e m a r k a b l yi n f l u e n c e st h ed y n a m i c so nn e t w o r k s ，w h i c hd i f f e rf r o mr e s u l t so ft r a d i t i o n a lr e s e a r c h o fi n n o v a t i o nd i f f u s i o n 4 c o n s t r u c t st h en e t w o r kd i f f u s i o nm o d e lw i t h “n e i g h b o u re f f e c tf u n c t i o n w h i c hd e s c r i b e s t h ei n f l u e n c eo fn e i g h b o r so ni n d i v i d u a l s c h o i c e ，a n a l y s e st h ee q u i l i b r i u ma n di n f l u e n c i n g f a c t o r su n d e rt h ec o l l e c t i v ed i f f u s i o nm o d e lo fe x t e m a la n di o c a lf a c t o r s t h er e s u l ts h o w st h a t t h ep r o p e r t yo fn e i g h b o re f f e c tf u n c t i o nd e t e r m i n e st h ee q u i l i b r i u mo fd i f f u s i o n ；e x i s t e n c eo f m u l t i e q u i l i b r i u mi n c r e a s e s t h e u n c e r t a i n t yo fd i f f u s i o n ；n e i g h b o r e f f e c ta n ds t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e xs o c i a ln e t w o r k sh a sg r e a ti n f l u e n c eo na d o p t e r s e q u i l i b r i u m t h u s ， n e t w o r ks t r u c t u r ea n di n t e r a c t i o no fn e i g h b o r ss h o u l db ec o n s i d e r e di nm a n a g e m e n td e c i s i o n 5 m o d e lt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n t i a lc h o i c eb ya n t i c o o r d i n a t i o ng a m ea n da n a l y s et h e v - i f ：f 交通大学m j 学位论文 p r o c e s sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r so fi n n o v a t i o nd i f f u s i o ni nc o m p l e xs o c i a ln e t w o r k s t h er e s u l t s s h o wt h a tt h i sk i n do fd i f f u s i o nc o u l da l w a y so c c u r w i t ht h ei n c r e a s eo fr i s kd o m i n a n to fa d o p t e d s t r a t e g y , a d o p t e r si n c r e a s e si nn o n h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sb u tm a yd e c r e a s ei nh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s m o r e o v e r , p r o p e r t yo f n e t w o r ks t r u c t u r ec o u l d i n f l u e n c en u m b e ro fa d o p t e r s s i g n i f i c a n t l y e f f e c to fs m a l lw o r l dd e p e n d so nw h e t h e rs t r a t e g yi sr i s kd o m i n a n tw h i l ee f f e c to f c o n n e c t i v i t ya n dh e t e r o g e n e i t yd e p e n d so nd e g r e eo fr i s kd o m i n a n c ei na d d i t i o n t h e r e f o r e ，i ti s e f f e c t i v et oa d j u s tb o t hp a y o f f so fi n d i v i d u a l sa n dr e l a t i o n s h 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g e df r o mi n d i v i d u a l s a c c u m u l a t i v eb e h a v i o r t h e r ee x i s t si n t e r a c t i v er e l a t i o n s h i p b e t w e e nd i f l u s i o na n dn e t w o r ks t r u c t u r e t h ep r i m a r yi n n o v a t i o n si n c l u d e ： 1 t h i sd i s s e r t a t i o np u t sf o r w a r dt h ed i f f u s i o nm o d e lo fi n n o v a t i o nb a s e do nc o m p l e xs o c i a l n e t w o r k sa n de x p l o r e st h ei n f l u e n c e so fn e t w o r ks t r u c t u r eo nd i f f u s i o no fi n n o v a t i o nw i t l lr e l a t i v e d o m i n a n c e e x s t i n gf i n d i n g sb e l i e v et h a ti n n o v a t i o nw i t hh i g h e rr e l a t i v ed o m i n a c ed i f f u s e sm o r e e a s i l yw h i l et h er e s u l t so ft h i sd i s s e r t a t i o ns h o wt h a tt h i sk i n do fd i f f u s i o nc o u l db ep r o m o t e da s w e l la s p r e v e n t e db yv a r i e t yo fn e t w o r ks t r u c t u r e t h e r e f o r e ，t h es t r u c t u r a ld i v e r s i t yo f i n d i v i d u a l s n e t w o r kw o u l di n f l u e n c ei n n o v a t i o nd i f f u s i o ng r e a t l y 2 t h i sd i s s e r t a t i o nc o n s t r u c t st h en e t w o r kd i f f u s i o nm o d e lb a s e do nn e i g h b o u re f f e c t d i f f e r e n tf r o me x i s t i n gd i f f u s i o nm o d e l s ，t h e “n e i g h b o u te f f e c tf u n c t i o n d e s c r i b e st h ei n f l u e n c i n g m e c h a n i s mo fn e i g h b o r so ni n d i v i d u a l s c h o i c e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ee q u i l i b r i ao fd i f f u s i o n d e p e n do nt h ep r o p e r t yo fn e i g h b o re f f e c tf u n c t i o n s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e xs o c i a l n e t w o r k sh a v eg r e a ti n f l u e n c eo na d o p t e r s e q u i l i b r i u m 3 t h i sd i s s e r t a t i o nd e v e l o p st h ed i f f u s i o nm o d e lw i t ht h ef e a t u r eo fd i f f e r e n t i a lc h o i c eo f i n d i v i d u a l s ，w h i c he x p l o r 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cn e t w o r k st od y n a l i l i ce v o l v i n gn e t w o r k s ， p r o v i d ec o - e v o l v i n gm o d e lo fi n n o v a t i o nd i f f u s i o na n dn e t w o r ks t n j c 眦o fi n d i v i d u a l sa n d e x p l o r et h ef r o n