A model for simulating spreading processes based on social interactions in complex networks: case studies on online social networks and epidemics

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2023.Esta tese foi motivada por dois problemas relacionados aos processos de espalhamento: a desinformação sendo disseminada em Redes Sociais Online (OSNs) e as doenças infecciosas sendo transmitidas em uma população suscetível. O principal objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo para simular processos de espalhamento baseado em interações sociais e que permita abordar tanto a estrutura complexa das redes, como os comportamentos evolutivos dos agentes em um nível microscópico. Para tanto, é fornecido um modelo genérico para interações sociais assíncronas entre agentes, o qual é estendido tanto para a troca de informações como para os casos de transmissão de doenças. Um modelo de evolução da infecção é construído, dispondo de transições probabilísticas entre os estágios, permitindo o uso de dados do mundo real de forma direta. Esse modelo de troca de informações pode tratar conjuntos finitos de informações, diferentemente dos modelos da literatura de dinâmica de opinião. Também, neste último estudo de caso, outros fatores que impactam a disseminação são considerados, como a autoestima da pessoa e a confiabilidade da informação. Ambos os fatores são modelados como uma extensão do modelo anterior, porém, admitindo matrizes dinâmicas para as probabilidades das interações. Métricas para capturar informações relevantes sobre a estrutura de redes complexas grandes são estudadas, concluindo que a centralidade de autovetor está intimamente relacionada à velocidade de propagação e à probabilidade de uma determinada informação prevalecer sobre as demais no modelo proposto. Estruturas de rede estáticas e dinâmicas são construídas para representar cenários relevantes em ambos os estudos de caso, as quais são baseadas em modelos de redes complexas encontrados na literatura. Além disso, um algoritmo de clusterização é modificado para identificar comunidades em redes sociais. Este algoritmo alterado é capaz de evitar erros que foram identificados na utilização de algoritmos da literatura. Por fim, conhecer como se dá a divisão em comunidades de uma rede social, e alguma métrica de centralidade sobre os agentes, permite que políticas para controlar a disseminação de informações nas OSNs sejam propostas.Abstract: This thesis is motivated by two problems related to spreading processes: misinformation being disseminated in Online Social Networks (OSNs), and infectious diseases being transmitted in a susceptible population. The main objective of the present work is developing a model for simulating spreading processes based on social interactions, which address both the networks' complex structure and the evolving behaviors of the agents on a microscopic level. To this purpose, we provide a generic model for asynchronous social interactions between agents, which is extended for both the information exchange and the disease transmission cases. We build a model for infection evolution with probabilistic transitions between stages, allowing the usage of real-world data in a straightforward way. Our information exchange model can handle finite sets of information, differently from the models in the opinion dynamics literature. Also, in this last case study, we considered other factors that impact the spreading, like the person's self-esteem and the information's reliability. We model both factors as an extension from the previous one, by admitting dynamic matrices for the interactions' probabilities. We study metrics for capturing relevant information on the structure of large and complex networks, concluding that eigenvector centrality is intimately related to the spreading speed and the probability of a given information prevailing over the others in our model. We construct static and dynamic network structures representing meaningful scenarios for both case studies, which rely on complex network models from the literature. Further, we present the modification for a clustering algorithm to identify communities in social networks. This amended algorithm can avoid errors in the clustering that we have identified while using algorithms from the literature. Finally, we show that knowing how a social network is divided into communities, and some centrality metrics about the agents, enable us for proposing policies to control the spreading of information in OSNs

Filtro de Kalman distribuído como estratégia de consenso em problemas de rendez-vous de times robóticos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2018.Rendez-vous é uma tarefa cooperativa comum para times de robôs móveis, tratando-se de um problema amplamente estudado na literatura, de modo que pesquisas recentes sugerem abordagens distribuídas para a sua solução. Seguindo essa tendência, propõe-se uma técnica distribuída para que os membros de um time robótico atinjam o rendez-vous usando as informações a respeito de suas posições, mesmo que essas estejam sujeitas a altos níveis de ruído. Para isso, os robôs usam um filtro de Kalman na forma de informação, executado de maneira distribuída e utilizando um algoritmo de consenso para realizar a fusão dos dados de seus vizinhos. Diversas simulações foram realizadas e a discussão dos resultados é apresentada com objetivo de analisar a convergência do algoritmo proposto. Além disso, uma análise comparativa foi feita em relação à duas técnicas encontradas na literatura, sendo que uma trata-se de um algoritmo básico de consenso e a outra é baseada em controle preditivo. Nessas comparações, analisou-se a convergência dos algoritmos, o esforço de controle, o erro em relação ao ponto de rendez-vous e o custo computacional. Os resultados foram promissores, o que indica a técnica proposta como uma alternativa viável para a solução do problema de rendez-vous de times robóticos, mediante ruídos nas medições.Abstract : Rendezvous is a common cooperative task for a team of mobile robots, being widely studied in the literature, in such way that recent researches suggest distributed approaches to its solution. Following this trend, it is proposed a distributed technique for the members of a robotic team to achieve rendezvous using the information of their positions even if they have a high level of uncertainty in that. For this, the robots use a Kalman filter in the information form, carried out in a distributed way and using a consensus algorithm to fuse its neighbors' data. Several simulations were made and the discussion about the results is presented, with aim to analyze the proposed algorithm's convergence. Also, a comparative analysis was made relative to two techniques found in the literature, one of them being a basic consensus algorithm and the other one being founded on predictive control. In these comparisons, it was analyzed the convergence of the algorithms, the control effort, the error in relation to the rendezvous point and the computational cost. The results are promising, what indicates that the technique proposed here as a viable alternative for solving the rendezvous problem in robotic teams with measurement noises

A control approach to address ethical issues on social (robotic) networks

International audienceFrom the first Internet-based social networking applications designed to get people in contact and make friends to social networks made up of over 2 billion users, the combination of communication networks, portable devices, and AI has changed the way people interact and make decisions. The extent of this influence could be observed not only in marketing and social behavior but also in referendums and elections, leading to distortion of democratic manifestations and representations. Considering this, the consequences of the misuse of Internet-based social networks could have a substantial impact on society, and it is important to define ethical guidelines and policies for developers, rulers, operators, and social actors. Considering this aim, the objective of this paper is to show that an approach based on Systems & Control could be effective in evaluating the impact of such policies in order to meet ethical issues. The starting point from this analysis are the models of information spreading in dynamic social networks, and these models are adapted and updated to encompass the complex behavior from users, as well as some regulatory policies. The analyses were based on simulations of these models on small and large scale networks

Emergency left colon resection for acute perforation: primary anastomosis or Hartmann's procedure? A case-matched control study.

BACKGROUND: The optimal treatment remains controversial for acute left-sided colon perforation. Therefore, the effectiveness and safety of primary anastomosis versus Hartmann's operation (HP) was compared in a case-matched control study. METHODS: Thirty consecutive patients with primary anastomosis and protective ileostomy (PAS) were matched to 30 HP patients, controlling for age, gender, American Society of Anesthesiologists (ASA) score, body mass index (BMI), and peritonitis severity (Hinchey). In a second analysis, PAS patients with purulent peritonitis (Hinchey 3) were matched to patients with primary anastomosis without ileostomy (PA). RESULTS: Hospital mortality was similar between HP (17%) and PAS (10%). Complication frequency and severity (requiring re-intervention or admission to the Intensive Care Unit [ICU]) were comparable for the first operation (60% versus 56% and 30% versus 32%). The stoma reversal rate was higher in PAS than in HP (96% versus 60%, p = 0.001), with significantly fewer complications (23% versus 66%, p = 0.02), and lower severity (7% versus 33%, p = 0.02). Additional analysis of PAS versus PA showed similar morbidity (52% versus 41%, p = 0.45) and complication severity (18% versus 24%, p = 0.51), whereas overall operation time and hospital stay were significantly shorter in PA (169 versus 320 min, p = 0.003, 17 versus 28 days, p < 0.001). CONCLUSIONS: Primary anastomosis and protective ileostomy is a superior treatment to HP in acute left-sided colon perforation. In the absence of feculent peritonitis an ileostomy appears unnecessary