Dynamic Social Networks in Agent-based Modelling

416 Pages·2017·30.1 MB·English

Agent-based modelling enables the explicit representation of entities and their
interaction with each other and the environment, and so it became an important
method to study complex systems. Social networks form an important part of
agent-based social simulation, as they define the topology of agent interaction.
This dissertation initially identifies important properties of social networks and
their dynamics and reviews their representation in agent-based models of rele- er
u
a
vant domains. A classification of levels of detail for the network modelling compo- h
z
nents initialisation, dynamics of networks, and dynamics on networks is proposed ol
H
a
and guides the identification of deficits. A formal, iterative evaluation framework h
c
s
is developed to quantitatively assess network modelling approaches under a set a
S
of weighted criteria (representativity, adjustability, validity, and efficiency). The
framework is applied to an abstract model of opinion dynamics and to an empiri-

cally grounded model of social influence. A lifestyle-specific network survey is
designed, conducted, and analysed and helps to ground the evaluation of the net-
work modelling’s representativity on empirical data. The study finds significant dif-
ferences of degree and distance distributions as well as in the composition of ego
networks between lifestyles. New network modelling approaches are developed to
account for requirements in agent-based models such as agent-type specific link
Dynamic Social Networks in Agent-based Modelling
preferences, degree and distance distributions, community structures, and interac- g
n
tion dynamics. The comparison of simple to elaborated network modelling for the elli Increasingly Detailed Approaches of Network
d
application models shows a significant impact on simulation results, highlighting o
M Initialisation and Network Dynamics
the need for informed decisions about suitable approaches. d
e
s
a
b
-
t
n
e
g Sascha Holzhauer
A
n
s i
k
r
o
w
t
e
N
al
ci
o
S
c
mi
a
ISBN 978-3-7376-0262-4 n
y
D
9 783737 602624
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:5)(cid:5)(cid:6)(cid:6)(cid:6)(cid:6)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:11)(cid:11)(cid:11)(cid:11)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:7)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:12)(cid:12)(cid:12)(cid:12)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:14)(cid:14)(cid:14)(cid:14)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:15)(cid:15)(cid:15)(cid:15)(cid:16)(cid:16)(cid:16)(cid:16)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:18)(cid:18)(cid:18)(cid:18)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:6)(cid:6)(cid:6)(cid:6)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:6)(cid:6)(cid:6)(cid:6)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:20)(cid:20)(cid:20)(cid:20)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:21)(cid:21)(cid:21)(cid:21)(cid:22)(cid:22)(cid:22)(cid:22)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:14)(cid:14)(cid:14)(cid:14)(cid:23)(cid:23)(cid:23)(cid:23)(cid:5)(cid:5)(cid:5)(cid:5)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:24)(cid:24)(cid:24)(cid:24)(cid:25)(cid:25)(cid:25)(cid:25)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:21)(cid:21)(cid:21)(cid:21)(cid:26)(cid:26)(cid:26)(cid:26)(cid:27)(cid:27)(cid:27)(cid:27)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:5)(cid:5)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:28)(cid:28)(cid:28)(cid:28)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:29)(cid:29)(cid:29)(cid:29)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:9)(cid:28)(cid:28)(cid:28)(cid:28)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:13)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:10)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:19)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:17)(cid:25)(cid:25)(cid:25)(cid:25)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:30)(cid:17)(cid:6)(cid:14)(cid:13)(cid:4)(cid:5)(cid:19)(cid:17)(cid:25)(cid:10)(cid:16)(cid:2)(cid:15)(cid:13)(cid:21)(cid:4)(cid:19)(cid:10)(cid:13)(cid:28)(cid:2)(cid:24)(cid:31)(cid:31)(cid:14)(cid:9)(cid:4)(cid:6)(cid:7)(cid:13)(cid:5)(cid:2)(cid:9) (cid:2)(cid:20)(cid:13)(cid:21)(cid:22)(cid:9)(cid:14)(cid:23)(cid:2)(cid:30)(cid:17)(cid:19)(cid:21)(cid:19)(cid:4)(cid:10)(cid:19)(cid:5)(cid:4)(cid:21)(cid:19)(cid:9)(cid:17)(cid:2)
(cid:4)(cid:17)(cid:28)(cid:2)(cid:20)(cid:13)(cid:21)(cid:22)(cid:9)(cid:14)(cid:23)(cid:2)(cid:15)(cid:16)(cid:17)(cid:4)(cid:18)(cid:19)(cid:6)(cid:5)(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
kassel
university
press(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
!(cid:7)(cid:19)(cid:5)(cid:2)(cid:22)(cid:9)(cid:14)(cid:23)(cid:2)(cid:7)(cid:4)(cid:5)(cid:2)(cid:27)(cid:13)(cid:13)(cid:17)(cid:2)(cid:4)(cid:6)(cid:6)(cid:13)(cid:31)(cid:21)(cid:13)(cid:28)(cid:2)(cid:27)(cid:16)(cid:2)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:2)"(cid:4)(cid:6)(cid:12)(cid:10)(cid:21)(cid:16)(cid:2)(cid:9) (cid:2)#(cid:6)(cid:9)(cid:17)(cid:9)(cid:18)(cid:19)(cid:6)(cid:5)(cid:2)(cid:4)(cid:17)(cid:28)(cid:2)(cid:29)(cid:4)(cid:17)(cid:4)(cid:25)(cid:13)(cid:18)(cid:13)(cid:17)(cid:21)(cid:2)(cid:9) (cid:2)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:2)$(cid:17)(cid:19)%(cid:13)(cid:14)(cid:5)(cid:19)(cid:21)(cid:16)(cid:2)(cid:9) (cid:2)&(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:13)(cid:10)(cid:2)(cid:4)(cid:5)(cid:2)(cid:4)(cid:2)
(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:5)(cid:19)(cid:5)(cid:2) (cid:9)(cid:14)(cid:2)(cid:4)(cid:6)’(cid:12)(cid:19)(cid:14)(cid:19)(cid:17)(cid:25)(cid:2)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:4)(cid:6)(cid:4)(cid:28)(cid:13)(cid:18)(cid:19)(cid:6)(cid:2)(cid:28)(cid:13)(cid:25)(cid:14)(cid:13)(cid:13)(cid:2)(cid:9) (cid:2)(cid:15)(cid:9)(cid:23)(cid:21)(cid:9)(cid:14)(cid:2)(cid:28)(cid:13)(cid:14)(cid:2)((cid:7)(cid:19)(cid:10)(cid:9)(cid:5)(cid:9)(cid:31)(cid:7)(cid:19)(cid:13)(cid:2))(cid:15)(cid:14)*(cid:2)(cid:31)(cid:7)(cid:19)(cid:10)*+*(cid:2)
(cid:2)
(cid:3)(cid:12)(cid:31)(cid:13)(cid:14)%(cid:19)(cid:5)(cid:9)(cid:14),(cid:2) ((cid:14)(cid:9) *(cid:2)(cid:15)(cid:14)*(cid:2)#(cid:14)(cid:17)(cid:5)(cid:21)(cid:2)(cid:24)(cid:17)(cid:28)(cid:14)(cid:13)(cid:4)(cid:5)(cid:2)
-(cid:9)(cid:26)(cid:3)(cid:12)(cid:31)(cid:13)(cid:14)%(cid:19)(cid:5)(cid:9)(cid:14),(cid:2)(cid:2)((cid:14)(cid:9) *(cid:2)(cid:15)(cid:14)*(cid:2)(cid:24)(cid:17)(cid:28)(cid:14)(cid:13)(cid:4)(cid:5)(cid:2)"(cid:10)(cid:4)(cid:6)(cid:7)(cid:13)(cid:2)
(cid:15)(cid:13) (cid:13)(cid:17)(cid:5)(cid:13)(cid:2)(cid:28)(cid:4)(cid:16),(cid:2) ./(cid:2)0(cid:6)(cid:21)(cid:9)(cid:27)(cid:13)(cid:14)(cid:2)12.3(cid:2)
(cid:21)(cid:7)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
(cid:2)
4(cid:19)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:9)(cid:25)(cid:14)(cid:4)(cid:31)(cid:7)(cid:19)(cid:6)(cid:2)(cid:19)(cid:17) (cid:9)(cid:14)(cid:18)(cid:4)(cid:21)(cid:19)(cid:9)(cid:17)(cid:2)(cid:31)(cid:12)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:5)(cid:7)(cid:13)(cid:28)(cid:2)(cid:27)(cid:16)(cid:2)(cid:15)(cid:13)(cid:12)(cid:21)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:20)(cid:4)(cid:21)(cid:19)(cid:9)(cid:17)(cid:4)(cid:10)(cid:27)(cid:19)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:9)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:23)(cid:2)
!(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:15)(cid:13)(cid:12)(cid:21)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:20)(cid:4)(cid:21)(cid:19)(cid:9)(cid:17)(cid:4)(cid:10)(cid:27)(cid:19)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:9)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:23)(cid:2)(cid:10)(cid:19)(cid:5)(cid:21)(cid:5)(cid:2)(cid:21)(cid:7)(cid:19)(cid:5)(cid:2)(cid:31)(cid:12)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:6)(cid:4)(cid:21)(cid:19)(cid:9)(cid:17)(cid:2)(cid:19)(cid:17)(cid:2)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:15)(cid:13)(cid:12)(cid:21)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:20)(cid:4)(cid:21)(cid:19)(cid:9)(cid:17)(cid:4)(cid:10)(cid:27)(cid:19)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:9)(cid:25)(cid:14)(cid:4) (cid:19)(cid:13)5(cid:2)
(cid:28)(cid:13)(cid:21)(cid:4)(cid:19)(cid:10)(cid:13)(cid:28)(cid:2)(cid:27)(cid:19)(cid:27)(cid:10)(cid:19)(cid:9)(cid:25)(cid:14)(cid:4)(cid:31)(cid:7)(cid:19)(cid:6)(cid:2)(cid:28)(cid:4)(cid:21)(cid:4)(cid:2)(cid:19)(cid:5)(cid:2)(cid:4)%(cid:4)(cid:19)(cid:10)(cid:4)(cid:27)(cid:10)(cid:13)(cid:2)(cid:19)(cid:17)(cid:2)(cid:21)(cid:7)(cid:13)(cid:2)(cid:30)(cid:17)(cid:21)(cid:13)(cid:14)(cid:17)(cid:13)(cid:21)(cid:2)(cid:4)(cid:21)(cid:2)(cid:7)(cid:21)(cid:21)(cid:31),66(cid:28)(cid:17)(cid:27)*(cid:28)(cid:17)(cid:27)*(cid:28)(cid:13)*(cid:2)
(cid:2)
7(cid:12)(cid:25)(cid:10)*,(cid:2)&(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:13)(cid:10)8(cid:2)$(cid:17)(cid:19)%*8(cid:2)(cid:15)(cid:19)(cid:5)(cid:5)*(cid:2)(cid:2)12.3(cid:2)
(cid:30)(cid:3)4(cid:20)(cid:2)9:/(cid:26);(cid:26):;:3(cid:26)2131(cid:26)<(cid:2))(cid:31)(cid:14)(cid:19)(cid:17)(cid:21)+(cid:2)
(cid:30)(cid:3)4(cid:20)(cid:2)9:/(cid:26);(cid:26):;:3(cid:26)213;(cid:26).(cid:2))(cid:13)(cid:26)(cid:27)(cid:9)(cid:9)(cid:23)+(cid:2)
(cid:15)0(cid:30),(cid:2)(cid:7)(cid:21)(cid:21)(cid:31),66(cid:28)=*(cid:18)(cid:13)(cid:28)(cid:14)(cid:4)*(cid:9)(cid:14)(cid:25)6.2*.91..6&$(9:/;:;:3213;.(cid:2)
$>(cid:20),(cid:2)(cid:7)(cid:21)(cid:21)(cid:31),66(cid:17)(cid:27)(cid:17)(cid:26)(cid:14)(cid:13)(cid:5)(cid:9)(cid:10)%(cid:19)(cid:17)(cid:25)*(cid:28)(cid:13)6(cid:12)(cid:14)(cid:17),(cid:17)(cid:27)(cid:17),(cid:28)(cid:13),2221(cid:26)<213;:(cid:2)
(cid:2)
?(cid:2)12.:8(cid:2)(cid:23)(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:13)(cid:10)(cid:2)(cid:12)(cid:17)(cid:19)%(cid:13)(cid:14)(cid:5)(cid:19)(cid:21)(cid:16)(cid:2)(cid:31)(cid:14)(cid:13)(cid:5)(cid:5)(cid:2)@(cid:18)(cid:27)(cid:8)8(cid:2)&(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:13)(cid:10)(cid:2)
(cid:22)(cid:22)(cid:22)*(cid:12)(cid:31)(cid:14)(cid:13)(cid:5)(cid:5)*(cid:12)(cid:17)(cid:19)(cid:26)(cid:23)(cid:4)(cid:5)(cid:5)(cid:13)(cid:10)*(cid:28)(cid:13)(cid:2)
(cid:2)
((cid:14)(cid:19)(cid:17)(cid:21)(cid:13)(cid:28)(cid:2)(cid:19)(cid:17)(cid:2)@(cid:13)(cid:14)(cid:18)(cid:4)(cid:17)(cid:16)(cid:2)
iii
Acknowledgements
ThethesisathandwaswritteninthecontextoftheprojectKUBUSattheCenterofEn-
vironmental Systems Research (CESR) at the University of Kassel. I thank the German
FederalMinistryofEducationandResearch(BMBF)forfundingthiswork.
IamverygratefultomysupervisorProf. Dr. AndreasErnstforthegreatopportunity
to explore the field of modelling social networks in environmental psychology, inspiring
discussions, his motivating but patient support, and the freedom to pursue my interests
inagent-basedmodelling. IthankProf. Dr. AndreasFlacheforhisspecialinterestinmy
workandstimulatingdiscussions.
IammuchobligedtomycolleaguesattheCESR,especiallytoRamunePansa,Ange-
likaGellrich, andUrsWenzelforimportantadviceindesigningandanalysingthesocial
networksurvey.ManythanksgotoAlexanderReschkeforhisthoroughworkoftranscrib-
ing questionnaires and his valuable support in analysing the data. I am very grateful to
Dr. FriedrichKrebsforthejointmodelling,hisinspiringthoughts,andimportanthints.
I’mmostgratefultomywifeElisawhoalwayssupportedmewitheverythingIneeded
andwasverypatient.Sheborebyfarthemostloadofcorrectingmytexts.Specialthanks
gotoMichaBendixwhowasespeciallyresponsiblefor(irregular)breakswhenIneeded
themthemost. Ifurtherthankmyparents,mysaviour,andfriendsinKassel,Edinburgh,
andbeyondwhosupportedmeinmanydifferentways.
Contents
ListofAlgorithms xi
ListofFigures xii
ListofTables xvi
Acronyms xx
Symbols xxii
1 Introduction 1
I SocialNetworksandAgent-basedModelling 5
2 SocialNetworks 7
2.1 SelectedNetworkMeasures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 RepresentationofNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.2 GeographyandDistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.3 ClusteringandCommunities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 SocialNetworkProperties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1 MeaningofLinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 SizesofPersonalSocialNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.3 NetworkStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.4 Spatiality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 DynamicsofSocialNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.1 FormationofSocialRelationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2 DevelopingRelationships: ChangesinRelationStrength . . . . . . 21
2.3.3 EndingRelationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Agent-basedModelling 27
3.1 Agent-basedSimulationsasaWayofModelling . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 TaxonomiesofAgent-basedModels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
iv
v
3.2.1 TaxonomyafterN.Gilbert(2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.2 TaxonomyafterHeath,Hill,andCiarallo(2009) . . . . . . . . . . . 29
3.2.3 TaxonomyofAgentInteraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 ACommonProtocoltoDescribeABM:ODD. . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4 ABMinPsychology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4.1 ABMinEnvironmentalPsychology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4.2 ABMinSocialPsychology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5 ValidationofABMmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5.1 DefinitionofTerms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5.2 NecessitytoValidate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.5.3 TechniquesforVerificationandValidation . . . . . . . . . . . . . . 39
3.5.4 StagesofVerificationandValidation . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4 SocialNetworksinABM 45
4.1 Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.1 DiffusionofKnowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.2 DiffusioninanOrganisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1.3 Gossip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.4 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2 OpinionDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.1 IsingModelsandMulti-stageDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.2 VoterModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2.3 BoundedConfidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.4 InformedAgents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.5 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 ModellingBehaviouralDecisionMaking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.1 SpatiallyExplicitDecisionMaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.2 ConsumerBehaviour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.3 CollectiveAction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.4 GameTheory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.5 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4 Summary: StateofNetworkModelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5 DeficitsinModellingSocialNetworks 65
5.1 ComponentsofSocialNetworkModelling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.1.1 InitialisationofNetworks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.1.2 DynamicsofNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.1.3 DynamicsonNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.1.4 Agent’sSocialModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 InitializationofNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
vi
5.2.1 CriteriaforNetworkGenerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2.2 ACoarseClassificationofSocialNetworkModellingApproaches . . 74
5.2.3 ReviewofAppliedApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2.4 RequirementsandDeficiencies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.3 DynamicsofNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3.1 CriteriaforModellingDynamicsofNetworks. . . . . . . . . . . . . 84
5.3.2 ReviewonRecentApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.3.3 DeficitsinModellingDynamicsofNetworks . . . . . . . . . . . . . 92
5.4 DynamicsonNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.4.1 CriteriaforModellingDynamicsonNetworks . . . . . . . . . . . . 95
5.4.2 ReviewonRecentApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.4.3 RequirementsandDeficiencies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.4.4 StepsTowardsanIntegratedWayofModellingSocialNetworks . . 97
II PersonalSocialNetworksSurvey 99
6 PurposeandHypotheses 101
6.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
6.2 ClassificationofAgents: Sinus-Milieus® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
6.3 StudySpecifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
6.4 ExpectedInformationandHypotheses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
6.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
7 AnInstrumentforSurveyingPersonalSocialNetworks 113
7.1 AssessmentofSurveyMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
7.1.1 CompleteNetworkSurveyofanEntirePopulation . . . . . . . . . .113
7.1.2 Single-ItemSurvey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
7.1.3 Scale-UpMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
7.1.4 SummationMethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
7.1.5 NameGenerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
7.1.6 ReverseSmallWorldMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
7.1.7 SnowballSampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
7.1.8 Diaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
7.2 TheSelectedSurveyDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
7.3 GeneratingListsofAlters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
7.3.1 DistinguishingApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
7.3.2 Pitfalls,Biases,andLimitationsofNameGenerators . . . . . . . . .119
7.3.3 ImplicationsandImprovements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
7.3.4 SelectedApproach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
7.4 ExplorationofAlterProperties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
vii
7.4.1 SamplingofAlters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
7.4.2 IdentificationofNetworkPartner’sMilieuGroup . . . . . . . . . . .126
7.4.3 AnswerCategoriesandLabeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
7.4.4 GroupingandLayoutofQuestions . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
7.5 DeterminationofAlter-AlterTies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
7.6 PersonalInformationaboutEgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
7.7 MediumoftheSurvey. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
7.7.1 OnlineNetworkSurveys(CASI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
7.7.2 PaperAndPencilInterviewing(PAPI) . . . . . . . . . . . . . . . . .137
7.7.3 AssignmentofSurveyModestoSampledParticipants . . . . . . . .138
7.8 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
8 SurveyResults 143
8.1 SampleCharacteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
8.2 PersonalSocialNetworkSizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
8.2.1 Milieu-specificNetworkSizes(H1) . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
8.2.2 Age-specificNetworkSizes(H2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
8.2.3 TopicsofCommunication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
8.3 Milieu-specificNetworkComposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
8.3.1 ReducedMilieuIndicator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
8.3.2 TotalPersonalSocialNetwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
8.3.3 FamilyMembersandFriendships . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155
8.3.4 NeighbourhoodandColleagues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
8.4 HomophilyandVariety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
8.4.1 InbreedingHomophily(H3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
8.4.2 BaselineHomophily(H4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
8.4.3 Partners’InterestsinPersonalSocialNetworks(H5) . . . . . . . . .158
8.5 EffectsofGeographicalDistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
8.5.1 DistanceDistributionsfortheTotalSample . . . . . . . . . . . . . .159
8.5.2 Milieu-specificDistances(H6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
8.5.3 DistanceDistributionsforTopicsofCommunication . . . . . . . . .164
8.5.4 DistanceDistributionsAccordingtoAgeGroups . . . . . . . . . . .165
8.6 EmotionalClosenessandCommonInterest . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
8.6.1 ClosenessofRelations(H7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
8.6.2 ClosenesswithRespecttoTopicsofCommunication . . . . . . . . .171
8.6.3 LevelofCommonInterest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
8.7 DynamicsontheNetwork: ContactFrequencies . . . . . . . . . . . . . . .173
8.7.1 Milieu-specificFrequencyDistributions . . . . . . . . . . . . . . . .173
8.7.2 Milieu-specificFrequenciesforTopicsofCommunication . . . . . .173
8.7.3 DistanceDependentContactFrequencies(H8) . . . . . . . . . . . .174
viii
8.8 PersonalNetworkDensity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
8.8.1 Milieu-specificEgoNetworkDensity(H9) . . . . . . . . . . . . . .178
8.8.2 PopulationDensityandNetworkDensity(H10) . . . . . . . . . . .178
8.9 EvaluationofSurveyInstruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
8.10 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
III DevelopingandAnalysingSocialNetworkModelling 183
9 AFrameworktoAnalyseSocialNetworkModelling 185
9.1 IntegratedEvaluationFramework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
9.1.1 DefiningNetworkClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
9.1.2 CriteriaforNetworkModellingApproaches . . . . . . . . . . . . .190
9.1.3 FrameworkIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
9.1.4 CourseofEvaluatingNetworkModellingApproaches . . . . . . . .195
9.2 ManagingOngoingRelationships(MORe). . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
9.2.1 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198
9.3 ParameterManagement(ParMa). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
9.3.1 ParameterSetOrganisationinaDatabase . . . . . . . . . . . . . .199
9.3.2 ParameterDefininionandUse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
9.4 UraNuS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
9.5 AModularODDExtensionforSocialNetworks . . . . . . . . . . . . . . . .202
9.5.1 TheIdeaofaModularProtocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
9.5.2 SocialNetworkProtocolModule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
9.5.3 ODD+SNProtocolSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204
10SimulationModelsofInvestigation 209
10.1 SocialNetworksinOpinionDynamicsModelsofDeffuant . . . . . . . . .211
10.1.1 ODDDescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211
10.1.2 Replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
10.1.3 Social Networks in the Opinion Dynamics Models of Deffuant
(SoNOMoDe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226
10.1.4 ODDDescriptionSoNOMoDe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227
10.1.5 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234
10.2 Heterogeneous Agents Providing Public Goods: Neighbour Support and
SocialNet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239
10.2.1 ODDDescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239
10.2.2 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249
11NetworkInitialisation 253
11.1 [1stIteration]HomogeneousNetworkClassStructureProtocol . . . . . . .253
ix
11.1.1 NetworkClassStructureforHomogenousConfigurations . . . . . .253
11.1.2 EmpiricalNetworkClassforHomogenousConfigurations . . . . . .254
11.2 [1stIteration]HomogeneousModellingApproaches . . . . . . . . . . . . .256
11.2.1 2DLatticeNetworkInitialisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256
11.2.2 Watts-StrogatzGenerator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257
11.3 [1stIteration]SoNOMoDe: Application,Evaluation,WeightUpdating . . .258
11.3.1 Approaches’Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
11.3.2 InvestigatingNetworksandUncertainty . . . . . . . . . . . . . . .262
11.3.3 WeightUpdating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263
11.4 [1stIteration]HAPPenInGS-S:Application,Evaluation,WeightUpdating .263
11.4.1 Approaches’Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263
11.4.2 InvestigatingNetworksandPreferencetowardsSocialConformity .266
11.4.3 WeightUpdating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
11.5 [2ndIteration]HeterogeneousNetworkClassStructureProtocol . . . . . .267
11.5.1 NetworkClassStructureforHeterogeneousConfigurations . . . . .267
11.5.2 EmpiricalNetworkClassforHeterogeneousConfigurations . . . . .268
11.6 [2ndIteration]HeterogeneousModellingApproaches . . . . . . . . . . . .269
11.6.1 Barabasi-AlbertApproach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269
11.6.2 HeterogeneousWatts-StrogatzNetworkGenerator. . . . . . . . . .270
11.7 [2ndIteration]SoNOMoDe: Application,Evaluation,WeightUpdating . .271
11.7.1 Approaches’Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271
11.7.2 InvestigatingNetworksandUncertainty . . . . . . . . . . . . . . .275
11.7.3 WeightUpdating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276
11.8 [2ndIteration]HAPPenInGS-S:Application,Evaluation,WeightUpdating .276
11.8.1 Approaches’Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276
11.8.2 InvestigatingNetworksandPreferencetowardsSocialConformity .279
11.8.3 WeightUpdating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .280
11.9 [3rdIteration]SpatiallyHeterogeneousNetworkClassStructureProtocol .280
11.9.1 SpatiallyHeterogeneousConfigurations: NetworkClassStructure .280
11.9.2 SpatiallyHeterogeneousConfigurations: EmpiricalNetworkClass .281
11.10[3rdIteration]HDFFNetworkModellingApproach . . . . . . . . . . . . .283
11.10.1 Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283
11.10.2 ODD+SN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283
11.10.3 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290
11.11[3rdIteration]SoNOMoDe: Application,Evaluation,WeightUpdating . . .295
11.11.1 Approaches’Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .295
11.11.2 InvestigatingNetworksandUncertainty . . . . . . . . . . . . . . .298
11.12[3rdIteration]HAPPenInGS-S:Application,Evaluation,WeightUpdating .299
11.12.1 Approaches’Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299
11.12.2 InvestigatingNetworksandPreferencetowardsSocialConformity .301