Understanding the complex dynamics of social systems with diverse formal tools

par Jordan Cambe

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pablo Jensen.

Soutenue le 26-09-2019

à Lyon , dans le cadre de École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon , en partenariat avec École normale supérieure de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de physique (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Céline Robardet.

Le jury était composé de Pablo Jensen, Céline Robardet, Alain Barrat, Marton Karsai, Cecilia Mascolo, Pierre Mercklé.

Les rapporteurs étaient Céline Robardet, Alain Barrat.

  • Titre traduit

    Comprendre les dynamiques complexes des systèmes sociaux à l'aide de divers outils formels


  • Résumé

    Au cours des deux dernières décennies les objets connectés ont révolutionné la traçabilité des phénomènes sociaux. Les trajectoires sociales laissent aujourd'hui des traces numériques, qui peuvent être analysées pour obtenir une compréhension plus profonde des comportements collectifs. L'essor de grands réseaux sociaux (comme Facebook, Twitter et plus généralement les réseaux de communication mobile) et d'infrastructures connectées (comme les réseaux de transports publiques et les plate-formes en ligne géolocalisées) ont permis la constitution de grands jeux de données temporelles. Ces nouveaux jeux de données nous donnent l'occasion de développer de nouvelles méthodes pour analyser les dynamiques temporelles de et dans ces systèmes.De nos jours, la pluralité des données nécessite d'adapter et combiner une pluralité de méthodes déjà existantes pour élargir la vision globale que l'on a de ces systèmes complexes. Le but de cette thèse est d'explorer les dynamiques des systèmes sociaux au moyen de trois groupes d'outils : les réseaux complexes, la physique statistique et l'apprentissage automatique. Dans cette thèse je commencerai par donner quelques définitions générales et un contexte historique des méthodes mentionnées ci-dessus. Après quoi, nous montrerons la dynamique complexe d'un modèle de Schelling suite à l'introduction d'une quantité infinitésimale de nouveaux agents et discuterons des limites des modèles statistiques. Le troisième chapitre montre la valeur ajoutée de l'utilisation de jeux de données temporelles. Nous étudions l'évolution du comportement des utilisateurs d'un réseau de vélos en libre-service. Puis, nous analysons les résultats d'un algorithme d'apprentissage automatique non supervisé ayant pour but de classer les utilisateurs en fonction de leurs profils. Le quatrième chapitre explore les différences entre une méthode globale et une méthode locale de détection de communautés temporelles sur des réseaux scientométriques. Le dernier chapitre combine l'analyse de réseaux complexes et l'apprentissage automatique supervisé pour décrire et prédire l'impact de l'introduction de nouveaux commerces sur les commerces existants. Nous explorons l'évolution temporelle de l'impact et montrons le bénéfice de l'utilisation de mesures de topologies de réseaux avec des algorithmes d'apprentissage automatique.


  • Résumé

    For the past two decades, electronic devices have revolutionized the traceability of social phenomena. Social dynamics now leave numerical footprints, which can be analyzed to better understand collective behaviors. The development of large online social networks (like Facebook, Twitter and more generally mobile communications) and connected physical structures (like transportation networks and geolocalised social platforms) resulted in the emergence of large longitudinal datasets. These new datasets bring the opportunity to develop new methods to analyze temporal dynamics in and of these systems. Nowadays, the plurality of data available requires to adapt and combine a plurality of existing methods in order to enlarge the global vision that one has on such complex systems. The purpose of this thesis is to explore the dynamics of social systems using three sets of tools: network science, statistical physics modeling and machine learning. This thesis starts by giving general definitions and some historical context on the methods mentioned above. After that, we show the complex dynamics induced by introducing an infinitesimal quantity of new agents to a Schelling-like model and discuss the limitations of statistical model simulation. The third chapter shows the added value of using longitudinal data. We study the behavior evolution of bike sharing system users and analyze the results of an unsupervised machine learning model aiming to classify users based on their profiles. The fourth chapter explores the differences between global and local methods for temporal community detection using scientometric networks. The last chapter merges complex network analysis and supervised machine learning in order to describe and predict the impact of new businesses on already established ones. We explore the temporal evolution of this impact and show the benefit of combining networks topology measures with machine learning algorithms.


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