Google matrix analysis of Wikipedia networks

Cette thèse s’intéresse à l’analyse du réseau dirigé extrait de la structure des hyperliens deWikipédia. Notre objectif est de mesurer les interactions liant un sous-ensemble de pages duréseau Wikipédia. Par conséquent, nous proposons de tirer parti d’une nouvelle représentationmatricielle appelée matrice réduite de Google ou "reduced Google Matrix". Cette matrice réduitede Google (GR) est définie pour un sous-ensemble de pages donné (c-à-d un réseau réduit).Comme pour la matrice de Google standard, un composant de GR capture la probabilité que deuxnoeuds du réseau réduit soient directement connectés dans le réseau complet. Une desparticularités de GR est l’existence d’un autre composant qui explique la probabilité d’avoir deuxnoeuds indirectement connectés à travers tous les chemins possibles du réseau entier. Dans cettethèse, les résultats de notre étude de cas nous montrent que GR offre une représentation fiabledes liens directs et indirects (cachés). Nous montrons que l’analyse de GR est complémentaire àl’analyse de "PageRank" et peut être exploitée pour étudier l’influence d’une variation de lien surle reste de la structure du réseau. Les études de cas sont basées sur des réseaux Wikipédiaprovenant de différentes éditions linguistiques. Les interactions entre plusieurs groupes d’intérêtont été étudiées en détail : peintres, pays et groupes terroristes. Pour chaque étude, un réseauréduit a été construit. Les interactions directes et indirectes ont été analysées et confrontées à desfaits historiques, géopolitiques ou scientifiques. Une analyse de sensibilité est réalisée afin decomprendre l’influence des liens dans chaque groupe sur d’autres noeuds (ex : les pays dansnotre cas). Notre analyse montre qu’il est possible d’extraire des interactions précieuses entre lespeintres, les pays et les groupes terroristes. On retrouve par exemple, dans le réseau de peintresissu de GR, un regroupement des artistes par grand mouvement de l’histoire de la peinture. Lesinteractions bien connues entre les grands pays de l’UE ou dans le monde entier sont égalementsoulignées/mentionnées dans nos résultats. De même, le réseau de groupes terroristes présentedes liens pertinents en ligne avec leur idéologie ou leurs relations historiques ou géopolitiques.Nous concluons cette étude en montrant que l’analyse réduite de la matrice de Google est unenouvelle méthode d’analyse puissante pour les grands réseaux dirigés. Nous affirmons que cetteapproche pourra aussi bien s’appliquer à des données représentées sous la forme de graphesdynamiques. Cette approche offre de nouvelles possibilités permettant une analyse efficace desinteractions d’un groupe de noeuds enfoui dans un grand réseau dirig

Capturing the influence of geopolitical ties from Wikipedia with reduced Google matrix

Interactions between countries originate from diverse aspects such as geographic proximity, trade, socio-cultural habits, language, religions, etc. Geopolitics studies the influence of a country’s geographic space on its political power and its relationships with other countries. This work reveals the potential of Wikipedia mining for geopolitical study. Actually, Wikipedia offers solid knowledge and strong correlations among countries by linking web pages together for different types of information (e.g. economical, historical, political, and many others). The major finding of this paper is to show that meaningful results on the influence of country ties can be extracted from the hyperlinked structure of Wikipedia. We leverage a novel stochastic matrix representation of Markov chains of complex directed networks called the reduced Google matrix theory. For a selected small size set of nodes, the reduced Google matrix concentrates direct and indirect links of the million-node sized Wikipedia network into a small Perron-Frobenius matrix keeping the PageRank probabilities of the global Wikipedia network. We perform a novel sensitivity analysis that leverages this reduced Google matrix to characterize the influence of relationships between countries from the global network. We apply this analysis to two chosen sets of countries (i.e. the set of 27 European Union countries and a set of 40 top worldwide countries). We show that with our sensitivity analysis we can exhibit easily very meaningful information on geopolitics from five different Wikipedia editions (English, Arabic, Russian, French and German)

Analyse matricielle Google des réseaux Wikipedia

This thesis concentrates on the analysis of the large directed network representation of Wikipedia.Wikipedia stores valuable fine-grained dependencies among articles by linking webpages togetherfor diverse types of interactions. Our focus is to capture fine-grained and realistic interactionsbetween a subset of webpages in this Wikipedia network. Therefore, we propose to leverage anovel Google matrix representation of the network called the reduced Google matrix. This reducedGoogle matrix (GR) is derived for the subset of webpages of interest (i.e. the reduced network). Asfor the regular Google matrix, one component of GR captures the probability of two nodes of thereduced network to be directly connected in the full network. But unique to GR, anothercomponent accounts for the probability of having both nodes indirectly connected through allpossible paths in the full network. In this thesis, we demonstrate with several case studies that GRoffers a reliable and meaningful representation of direct and indirect (hidden) links of the reducednetwork. We show that GR analysis is complementary to the well-known PageRank analysis andcan be leveraged to study the influence of a link variation on the rest of the network structure.Case studies are based on Wikipedia networks originating from different language editions.Interactions between several groups of interest are studied in details: painters, countries andterrorist groups. For each study, a reduced network is built, direct and indirect interactions areanalyzed and confronted to historical, geopolitical or scientific facts. A sensitivity analysis isconducted to understand the influence of the ties in each group on other nodes (e.g. countries inour case). From our analysis, we show that it is possible to extract valuable interactions betweenpainters, countries or terrorist groups. Network of painters with GR capture art historical fact sucha painting movement classification. Well-known interactions of countries between major EUcountries or worldwide are underlined as well in our results. Similarly, networks of terrorist groupsshow relevant ties in line with their objective or their historical or geopolitical relationships. Weconclude this study by showing that the reduced Google matrix analysis is a novel powerfulanalysis method for large directed networks. We argue that this approach can find as well usefulapplication for different types of datasets constituted by the exchange of dynamic content. Thisapproach offers new possibilities to analyze effective interactions in a group of nodes embedded ina large directed network.Cette thèse s’intéresse à l’analyse du réseau dirigé extrait de la structure des hyperliens de Wikipédia. Notre objectif est de mesurer les interactions liant un sous-ensemble de pages du réseau Wikipédia. Par conséquent, nous proposons de tirer parti d’une nouvelle représentation matricielle appelée matrice réduite de Google ou "reduced Google Matrix". Cette matrice réduite de Google (GR) est définie pour un sous-ensemble de pages donné (c-à-d un réseau réduit).Comme pour la matrice de Google standard, un composant de GR capture la probabilité que deux noeuds du réseau réduit soient directement connectés dans le réseau complet. Une des particularités de GR est l’existence d’un autre composant qui explique la probabilité d’avoir deux noeuds indirectement connectés à travers tous les chemins possibles du réseau entier. Dans cette thèse, les résultats de notre étude de cas nous montrent que GR offre une représentation fiable des liens directs et indirects (cachés). Nous montrons que l’analyse de GR est complémentaire à l’analyse de "PageRank" et peut être exploitée pour étudier l’influence d’une variation de lien sur le reste de la structure du réseau. Les études de cas sont basées sur des réseaux Wikipédia provenant de différentes éditions linguistiques. Les interactions entre plusieurs groupes d’intérêt ont été étudiées en détail : peintres, pays et groupes terroristes. Pour chaque étude, un réseau réduit a été construit. Les interactions directes et indirectes ont été analysées et confrontées à des faits historiques, géopolitiques ou scientifiques. Une analyse de sensibilité est réalisée afin de comprendre l’influence des liens dans chaque groupe sur d’autres noeuds (ex : les pays dans notre cas). Notre analyse montre qu’il est possible d’extraire des interactions précieuses entre les peintres, les pays et les groupes terroristes. On retrouve par exemple, dans le réseau de peintre sissu de GR, un regroupement des artistes par grand mouvement de l’histoire de la peinture. Les interactions bien connues entre les grands pays de l’UE ou dans le monde entier sont également soulignées/mentionnées dans nos résultats. De même, le réseau de groupes terroristes présente des liens pertinents en ligne avec leur idéologie ou leurs relations historiques ou géopolitiques.Nous concluons cette étude en montrant que l’analyse réduite de la matrice de Google est une nouvelle méthode d’analyse puissante pour les grands réseaux dirigés. Nous affirmons que cette approche pourra aussi bien s’appliquer à des données représentées sous la forme de graphes dynamiques. Cette approche offre de nouvelles possibilités permettant une analyse efficace des interactions d’un groupe de noeuds enfoui dans un grand réseau dirig

Analyse matricielle Google des réseaux Wikipedia

This thesis concentrates on the analysis of the large directed network representation of Wikipedia.Wikipedia stores valuable fine-grained dependencies among articles by linking webpages togetherfor diverse types of interactions. Our focus is to capture fine-grained and realistic interactionsbetween a subset of webpages in this Wikipedia network. Therefore, we propose to leverage anovel Google matrix representation of the network called the reduced Google matrix. This reducedGoogle matrix (GR) is derived for the subset of webpages of interest (i.e. the reduced network). Asfor the regular Google matrix, one component of GR captures the probability of two nodes of thereduced network to be directly connected in the full network. But unique to GR, anothercomponent accounts for the probability of having both nodes indirectly connected through allpossible paths in the full network. In this thesis, we demonstrate with several case studies that GRoffers a reliable and meaningful representation of direct and indirect (hidden) links of the reducednetwork. We show that GR analysis is complementary to the well-known PageRank analysis andcan be leveraged to study the influence of a link variation on the rest of the network structure.Case studies are based on Wikipedia networks originating from different language editions.Interactions between several groups of interest are studied in details: painters, countries andterrorist groups. For each study, a reduced network is built, direct and indirect interactions areanalyzed and confronted to historical, geopolitical or scientific facts. A sensitivity analysis isconducted to understand the influence of the ties in each group on other nodes (e.g. countries inour case). From our analysis, we show that it is possible to extract valuable interactions betweenpainters, countries or terrorist groups. Network of painters with GR capture art historical fact sucha painting movement classification. Well-known interactions of countries between major EUcountries or worldwide are underlined as well in our results. Similarly, networks of terrorist groupsshow relevant ties in line with their objective or their historical or geopolitical relationships. Weconclude this study by showing that the reduced Google matrix analysis is a novel powerfulanalysis method for large directed networks. We argue that this approach can find as well usefulapplication for different types of datasets constituted by the exchange of dynamic content. Thisapproach offers new possibilities to analyze effective interactions in a group of nodes embedded ina large directed network.Cette thèse s’intéresse à l’analyse du réseau dirigé extrait de la structure des hyperliens de Wikipédia. Notre objectif est de mesurer les interactions liant un sous-ensemble de pages du réseau Wikipédia. Par conséquent, nous proposons de tirer parti d’une nouvelle représentation matricielle appelée matrice réduite de Google ou "reduced Google Matrix". Cette matrice réduite de Google (GR) est définie pour un sous-ensemble de pages donné (c-à-d un réseau réduit).Comme pour la matrice de Google standard, un composant de GR capture la probabilité que deux noeuds du réseau réduit soient directement connectés dans le réseau complet. Une des particularités de GR est l’existence d’un autre composant qui explique la probabilité d’avoir deux noeuds indirectement connectés à travers tous les chemins possibles du réseau entier. Dans cette thèse, les résultats de notre étude de cas nous montrent que GR offre une représentation fiable des liens directs et indirects (cachés). Nous montrons que l’analyse de GR est complémentaire à l’analyse de "PageRank" et peut être exploitée pour étudier l’influence d’une variation de lien sur le reste de la structure du réseau. Les études de cas sont basées sur des réseaux Wikipédia provenant de différentes éditions linguistiques. Les interactions entre plusieurs groupes d’intérêt ont été étudiées en détail : peintres, pays et groupes terroristes. Pour chaque étude, un réseau réduit a été construit. Les interactions directes et indirectes ont été analysées et confrontées à des faits historiques, géopolitiques ou scientifiques. Une analyse de sensibilité est réalisée afin de comprendre l’influence des liens dans chaque groupe sur d’autres noeuds (ex : les pays dans notre cas). Notre analyse montre qu’il est possible d’extraire des interactions précieuses entre les peintres, les pays et les groupes terroristes. On retrouve par exemple, dans le réseau de peintre sissu de GR, un regroupement des artistes par grand mouvement de l’histoire de la peinture. Les interactions bien connues entre les grands pays de l’UE ou dans le monde entier sont également soulignées/mentionnées dans nos résultats. De même, le réseau de groupes terroristes présente des liens pertinents en ligne avec leur idéologie ou leurs relations historiques ou géopolitiques.Nous concluons cette étude en montrant que l’analyse réduite de la matrice de Google est une nouvelle méthode d’analyse puissante pour les grands réseaux dirigés. Nous affirmons que cette approche pourra aussi bien s’appliquer à des données représentées sous la forme de graphes dynamiques. Cette approche offre de nouvelles possibilités permettant une analyse efficace des interactions d’un groupe de noeuds enfoui dans un grand réseau dirig

Geopolitical interactions from reduced Google matrix analysis of Wikipedia

International audienceInteractions between countries originate from diverse aspects such as geographic proximity, trade, socio-cultural habits, language, religions, etc. Geopolitics studies the influence of a country's geographic space on its political power and its relationships with other countries. This work reveals the potential of Wikipedia mining for geopolitical study. Actually, Wikipedia offers solid knowledge and strong correlations among countries by linking web pages together for different types of information (e.g. economical, historical, political, and many others). The major finding of this paper is to show that meaningful results on the influence of country ties can be extracted from the hyperlinked structure of Wikipedia. We leverage a novel stochastic matrix representation of Markov chains of complex directed networks called the reduced Google matrix theory. For a selected small size set of nodes, the reduced Google matrix concentrates direct and indirect links of the million-node sized Wikipedia network into a small Perron-Frobenius matrix that preserves the PageRank probabilities of the global Wikipedia network. We perform a novel sensitivity analysis that leverages this reduced Google matrix to characterize the influence of relationships between countries from the global network. We apply this analysis to the set of 27 European Union countries. We show that with our sensitivity analysis we can exhibit easily very meaningful information on geopolitics from five different Wikipedia editions (English, Arabic, Russian, French and German)

Analyse des interactions géopolitiques par la matrice de Google réduite

International audienceLa géopolitique étudie les relations entre des puissances politiques par rapport à leur situation géographique. Les interactions entre les pays du monde ont été largement étudiées à différentes échelles, en analysant par exemple des informations issues des échanges économiques, des faits historiques ou l'évolution des réglementations internationales. Cette étude propose d'exploiter les connaissances encyclopédiques de Wikipédia pour extraire les interactions entre un ensemble de pays choisis. Wikipédia enregistre ses connaissances sous la forme d'une réseau de pages Internet reliées entre elles par des hyperliens. La structure de ce réseau est porteuse d'informations très précieuses car elle représente les inter-dépendances entre les sujets étudiés. Wikipedia est édité en plusieurs langues, la plus volumineuse étant la langue anglaise. L'édition anglaise comporte plusieurs millions de pages et une étude minutieuse des interactions entre certaines pages passe par la définition d'outils mathématiques efficaces et qui capturent les inter-dépendances qui existent dans un nombre limité de pages. Dans cet article, nous utilisons la méthode d'analyse de la matrice réduite de Google récemment proposée pour extraire les interactions entre 40 pays au niveau mondial. Cette étude est menée pour 5 éditions de pages Wikipédia. Cette approche permet d'extraire du réseau, en plus des liens directs, des relations indirectes (ou cachées) entre les 40 pays sélectionnés. Ces relations indirectes sont particulièrement intéressantes car elles ne sont pas influencées par la mesure de PageRank et proposent ainsi un axe d'étude supplémentaire pertinent

Interactions and influence of world painters from the reduced Google matrix of Wikipedia networks

15 pages, 10 figures, submitted to IEEE AccessInternational audienceThis study concentrates on extracting painting art history knowledge from the network structure of Wikipedia. Therefore, we construct theoretical networks of webpages representing the hyper-linked structure of articles of 7 Wikipedia language editions. These 7 networks are analyzed to extract the most influential painters in each edition using Google matrix theory. Importance of webpages of over 3000 painters are measured using PageRank algorithm. The most influential painters are enlisted and their ties are studied with the reduced Google matrix analysis. Reduced Google Matrix is a powerful method that captures both direct and hidden interactions between a subset of selected nodes taking into account the indirect links between these nodes via the remaining part of large global network. This method originates from the scattering theory of nuclear and mesoscopic physics and field of quantum chaos. From this study, we show that it is possible to extract from the components of the reduced Google matrix meaningful information on the ties between these painters. For instance, our analysis groups together painters that belong to the same painting movement and shows meaningful ties between painters of different movements. We also determine the influence of painters on world countries using link sensitivity between Wikipedia articles of painters and countries. The reduced Google matrix approach allows to obtain a balanced view of various cultural opinions of Wikipedia language editions. The world countries with the largest number of top painters of selected 7 Wikipedia editions are found to be Italy, France, Russia. We argue that this approach gives meaningful information about art and that it could be a part of extensive network analysis on human knowledge and cultures

Multi-cultural Wikipedia mining of geopolitics interactions leveraging reduced Google matrix analysis

International audienceGeopolitics focuses on political power in relation to geographic space. Interactions among world countries have been widely studied at various scales, observing economic exchanges, world history or international politics among others. This work exhibits the potential of Wikipedia mining for such studies. Indeed, Wikipedia stores valuable fine-grained dependencies among countries by linking webpages together for diverse types of interactions (not only related to economical, political or historical facts). We mine herein the Wikipedia networks of several language editions using the recently proposed method of reduced Google matrix analysis. This approach allows to establish direct and hidden links between a subset of nodes that belong to a much larger directed network. Our study concentrates on 40 major countries chosen worldwide. Our aim is to offer a multicultural perspective on their interactions by comparing networks extracted from five different Wikipedia language editions, emphasizing English, Russian and Arabic ones. We demonstrate that this approach allows to recover meaningful direct and hidden links among the 40 countries of interest

Analysis of world terror networks from the reduced Google matrix of Wikipedia

9 pages, 5 figs, 2 tables, more data at http://www.quantware.ups-tlse.fr/QWLIB/wikiterrornetworks/International audienceWe apply the reduced Google matrix method to analyse interactions between 95 terrorist groups and determine their relationships and influence on 64 world countries. This is done on the basis of the Google matrix of the English Wikipedia (2017) composed of 5416537 articles which accumulate a great part of global human knowledge. The reduced Google matrix takes into account the direct and hidden links between a selection of 159 nodes (articles) appearing due to all paths of a random surfer moving over the whole network. As a result we obtain the network structure of terrorist groups and their relations with selected countries. Using the sensitivity of PageRank to a weight variation of specific links we determine the geopolitical sensitivity and influence of specific terrorist groups on world countries. We argue that this approach can find useful application for more extensive and detailed data bases analysis