Generalizando o modelo para HONs

Research Reports
Autor

Timóteo Fassoni

Consideramos, primeiramente:

Modelos ingênuos

A maneira mais fácil de generalizar este modelo é sortear diretamente uma hiperaresta (ou ordem) para que ela participe da regra de seleção. Os dois casos abaixo exemplificam estes modelos simples.

Baseado em nó

  • Em um dado instante \(t\), um nó \(i\in\mathcal{V}\) é escolhido aleatoriamente;
  • Uma hiperaresta \(e_j\in\mathcal{E}\), tal que \(i\in e_j\), é escolhida aleatoriamente;
  • \(q\) nós pertencentes a \(e_j\) são sorteados aleatoriamente com reposição;
  • Se todos os nós selecionados estão no mesmo estado \(s\), então \(\xi_{t+\delta t}(i)=s\);
  • Caso contrário, com probabilidade \(\varepsilon\), o nó \(i\) muda para um estado aleatório \(\xi_{t+\delta t}(i)=s^{\text{r}}\in\mathcal{S}\setminus\{\xi_t(i)\}\);
  • O tempo é incrementado por \(\delta t = -\frac{\ln u^{\text{r}}}{N}\), com \(u^{\text{r}}\sim \mathcal{U}(0,1]\).

Baseado em hiperaresta

  • Em um dado instante \(t\), uma hiperaresta \(e_j\in\mathcal{E}\) é escolhida aleatoriamente;
  • \(q\) nós pertencentes a \(e_j\) são sorteados aleatoriamente com reposição;
  • Se todos os nós selecionados estão no mesmo estado \(s\), então um nó \(i\in e_j\) escolhido aleatoriamente muda seu estado para \(s\): \(\xi_{t+\delta t}(i)=s\);
  • Caso contrário, com probabilidade \(\varepsilon\), o nó \(i\in e_j\) muda para um estado aleatório \(\xi_{t+\delta t}(i)=s^{\text{r}}\in\mathcal{S}\setminus\{\xi_t(i)\}\);
  • O tempo é incrementado por \(\delta t = -\frac{\ln u^{\text{r}}}{M}\), com \(u^{\text{r}}\sim \mathcal{U}(0,1]\).

Comparação

Ambos os modelos obtêm o mesmo perfil em “step function” para a curva da probabilidade de saída \(E(\phi_0)\), mas não para a curva de tempo de saída \(\tau(\phi_0)\).

\(q\)-voter em ordem superior

Acrescentamos às definições acima as seguintes:

  • \(\zeta_t^i:\mathcal{E}\to\{0\}\cup\mathcal{S}\), a função que denota o estado efetivo de cada hiperaresta \(e_j\in\mathcal{E}\) sob a perspectiva do nó \(i\) no instante \(t\), sendo que \(\zeta_t^i(e_j) = 0\) indica que a hiperaresta está “inativa” (despolarizada);
  • \(\mathcal{V}_{t}^{i}(e_j,\sigma) = \{ k\in e_j : k\not=i \text{ e } \xi_t(k)=\sigma\}\), o conjunto de nós na hiperaresta \(e_j\) (excluindo o nó \(i\)) que se encontram no estado \(\sigma\).

A dinâmica do modelo é definida pelas seguintes regras:

  • Em um dado instante \(t\), um nó \(i\in\mathcal{V}\) é escolhido aleatoriamente;
  • \(q\) hiperarestas \(e_1,\dots,e_q\in\mathcal{E}\), tais que \(i\in e_j\), são sorteadas aleatoriamente com reposição;
  • Para cada hiperaresta \(e_j\) selecionada, determinamos o conjunto \(\mathcal{V}_{t}^{i}(e_j,\sigma)\) de nós em \(e_j\) (excluindo \(i\)) que estão em um dado estado \(\sigma\in\mathcal{S}\):
    • Se o número de nós que compartilham a opinião da maioria for maior ou igual a um limiar \(\theta_j = \theta_0 \cdot m_j\) (onde \(m_j\) é a ordem da hiperaresta \(e_j\)), isto é, se \(\max_{\sigma}\left|\mathcal{V}_t^i(e_j,\sigma)\right|\geq\theta_j\), então a hiperaresta é rotulada com o estado da maioria: \[\zeta_t^i(e_j) = \bar{\sigma} = \arg\max_{\sigma}\left|\mathcal{V}_{t}^{i}(e_j,\sigma)\right|;\]
    • Caso contrário, ela é rotulada como despolarizada: \(\zeta_t^i(e_j)=0\), significando que não exerce influência na dinâmica;
  • Se \(\zeta_t^i(e_j)=s\) para todas as \(q\) hiperarestas selecionadas (ou seja, se todas as \(q\) hiperarestas estão polarizadas e compartilham exatamente o mesmo estado majoritário \(s\)), então o nó \(i\) adota o estado \(s\): \(\xi_{t+\delta t}(i)=s\);
  • Caso contrário, com probabilidade \(\varepsilon\), o nó \(i\) muda para um estado aleatório \(\xi_{t+\delta t}(i)=s^{\text{r}}\in\mathcal{S}\setminus\{\xi_t(i)\}\);
  • O tempo é incrementado por \(\delta t = -\frac{\ln u^{\text{r}}}{N}\), com \(u^{\text{r}}\sim \mathcal{U}(0,1]\).

Para uma rede de interações aos pares (pairwise network) — isto é, uma rede em que todas as hiperarestas têm ordem \(m=1\) — este modelo se reduz perfeitamente ao modelo \(q\)-voter padrão. Neste caso, cada hiperaresta pode ser escrita como \(e_j = \{i,k\}\), resultando trivialmente em \(\zeta_t^i(e_j) = \xi_t(k)\).