Stochastic Sampling and Machine Learning Techniques for Social Media State Production

The rise in the importance of social media platforms as communication tools has been both a blessing and a curse. For scientists, they offer an unparalleled opportunity to study human social networks. However, these platforms have also been used to propagate misinformation and hate speech with alarming velocity and frequency. The overarching aim of our research is to leverage the data from social media platforms to create and evaluate a high-fidelity, at-scale computational simulation of online social behavior which can provide a deep quantitative understanding of adversaries\u27 use of the global information environment. Our hope is that this type of simulation can be used to predict and understand the spread of misinformation, false narratives, fraudulent financial pump and dump schemes, and cybersecurity threats. To do this, our research team has created an agent-based model that can handle a variety of prediction tasks. This dissertation introduces a set of sampling and deep learning techniques that we developed to predict specific aspects of the evolution of online social networks that have proven to be challenging to accurately predict with the agent-based model. First, we compare different strategies for predicting network evolution with sampled historical data based on community features. We demonstrate that our community-based model outperforms the global one at predicting population, user, and content activity, along with network topology over different datasets. Second, we introduce a deep learning model for burst prediction. Bursts may serve as a signal of topics that are of growing real-world interest. Since bursts can be caused by exogenous phenomena and are indicative of burgeoning popularity, leveraging cross-platform social media data is valuable for predicting bursts within a single social media platform. An LSTM model is proposed in order to capture the temporal dependencies and associations based upon activity information. These volume predictions can also serve as a valuable input for our agent-based model. Finally, we conduct an exploration of Graph Convolutional Networks to investigate the value of weak-ties in classifying academic literature with the use of graph convolutional neural networks. Our experiments look at the results of treating weak-ties as if they were strong-ties to determine if that assumption improves performance. We also examine how node removal affects prediction accuracy by selecting nodes according to different centrality measures. These experiments provide insight for which nodes are most important for the performance of targeted graph convolutional networks. Graph Convolutional Networks are important in the social network context as the sociological and anthropological concept of \u27homophily\u27 allows for the method to use network associations in assisting the attribute predictions in a social network

Vorhersage der Aktualisierungen auf Social Media Plattformen

Social Media Plattformen wie Facebook, Twitter und YouTube sind nicht nur bei Endbenutzern, sondern auch bei Unternehmen seit Jahren sehr beliebt. Unternehmen nutzen diese Plattformen insbesondere für Marketingzwecke, womit herkömmliche Marketinginstrumente zunehmend in den Hintergrund rücken. Neben Unternehmen verwenden auch politische Parteien, Universitäten, Forschungseinrichtungen und viele weitere Organisationen die Möglichkeiten von Social Media für ihre Belange. Das große Interesse von Endbenutzern und Institutionen an Social Media macht es interessant für viele Anwendungen in Wirtschaft und Wissenschaft. Um Marktbeobachtung und Forschung zu Social Media zu betreiben, werden Daten benötigt, die meist über dedizierte Werkzeuge erhoben und ausgewertet werden, wobei die Einschränkungen vorhandener technischer Schnittstellen der Social Media Plattformen zu beachten sind. Für ausgewählte Forschungsfragen sind Aspekte wie Umfang und Aktualität der Daten von besonderer Bedeutung. Ein Abfragen von Aktualisierungen aus den Social Media Plattformen kann mit heute verfügbaren Mitteln nur über Polling-Verfahren durchgeführt werden. Zum Berechnen der Aktualisierungsintervalle nutzt man häufig statistische Modelle. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, geeignete Zeitpunkte zum Abruf vorgegebener Feeds auf Social Media Plattformen zu bestimmen, um neue Beiträge zeitnah abzurufen und zu verarbeiten. Die Berechnung geeigneter Aktualisierungszeitpunkte dient der Optimierung des Ressourceneinsatzes und einer Reduktion der Verzögerung der Verarbeitung. Viele Anwendungen können davon profitieren. Die vorliegende Arbeit leistet mehrere Beiträge im Hinblick auf die Zielsetzung. Zunächst wurden Arbeiten zu Social Media und angrenzenden Datenquellen im Umfeld des World Wide Web, welche die Bestimmung von Änderungsraten oder die Vorhersage von Aktualisierungen verfolgen, auf die eigene Problemstellung übertragen. Ferner wurde die Eignung der Algorithmen zur Vorhersage der Aktualisierungszeitpunkte aus bestehenden Ansätzen mithilfe quantitativer Messungen bestimmt. Die Ansätze wurden dazu auf reale Daten aus Facebook, Twitter und YouTube angewendet und mithilfe geeigneter Metriken evaluiert. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass die Qualität der Vorhersagen wesentlich von der Wahl des Algorithmus abhängt. Hierbei konnte eine Forschungslücke im Hinblick auf die Auswahl geeigneter Algorithmen identifiziert werden, da diese nach bisherigen Erkenntnissen üblicherweise nur manuell oder nach statischen Regeln erfolgt. Ein eigener Ansatz zur Vorhersage bildet den Kern der Arbeit und bezieht die individuellen Aktualisierungsmuster bestehender Social Media Feeds ein, um für neue Feeds die geeigneten Algorithmen zur Vorhersage, mit passender Parametrisierung, auszuwählen. Entsprechend den Ergebnissen der Evaluation wird gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Qualität der Vorhersagen bei gleichzeitiger Reduktion des Aufwands für die Auswahl erreicht