Het netwerk een nieuw universeel paradigma?!

1
Het netwerk een nieuw universeel paradigma?!
Presentatie op TouW dag 20 mei 2006 Frans Mofers
2
koppeling naar de ochtend

• media zijn extensies van onze organen
• waarvan zijn onze communicatienetwerken
  extensies?
• mediumruimte
• wij hebben ons aangepast aan de mediaruimte die
  ons omgeeft, is maar goed ook want wij gaan hier
  niet meer uit
• en hoe zit dat met de netwerkruimte?

3
wat is een netwerk?

• een verzameling van objecten die onderling
  gekoppeld zijn
• de koppeling kan bestaan uit
• een fysieke verbinding tussen objecten
• een verbinding tussen webpaginas
• (chemische) boodschappen die uitgewisseld worden
  tussen de objecten
• de eigenschap dat objecten (personen) elkaar
  kennen/ooit ontmoet hebben

4
voorbeelden van netwerken?

• computers in het Internet
• webpagina's
• neuronen
• studenten informatica
• acteurs die samen in films opgetreden zijn
• een hoogspanningselektriciteitsnetwerk
• virussen
• . . . . .

5
het netwerkparadigma

• paradigma
• een samenhangend stelsel van modellen en
  theorieën die een denkkader vormen waarmee de
  'werkelijkheid' geanalyseerd wordt
• het denken in termen van netwerken is bezig onze
  blik de wereld steeds meer te doordringen
  modellen en theorieën over netwerken worden in
  steeds meer wetenschapsgebieden gebruikt om de
  fenomenen te beschrijven
• deze lezing
• modellen en theorieën rond netwerken die een
  zeker universeel karakter hebben
• toegepast op het verterken van de academische
  community van de Informatcaopleiding

6
wat passeert de revue
7
maar eerst een experiment opstarten

• inventarisatie netwerk van aanwezigen
• naam invoeren
• voorkeuren op drie categorieën scoren
• resultaten opslaan

8
een technisch netwerkSURFnet 6 backbone
gebaseerd op dark fiber
9
hoe groot zijn netwerken, hoever zijn objecten in
een netwerk van elkaar verwijderd

• oorspronkelijk werk medio vorige eeuw van
  wiskundige Erdös
• het netwerk rond Erdös is op zich al interessant
  studieobejct het Erdös nummer
• centrale vragen rond een specifiek netwerk
• wat is de structuur?
• hoe ver zijn objecten gemiddeld van elkaar
  verwijderd?
• hoe groot is de doorsnede van een netwerk?
• www 19 stappen - grootste afstand van de
  onderzochte netwerken
• Internet 10 stappen
• bewoners van de planeet aarde 6 stappen

Connectivity of the web one can pass from any
node of IN through SCC to any node of OUT. 
Hanging off IN and OUT are TENDRILS containing
nodes that are reachable from portions of IN, or
that can reach portions of OUT, without passage
through SCC.  It is possible for a TENDRIL
hanging off from IN to be hooked into a TENDRIL
leading into OUT, forming a TUBE -- a passage
from a portion of IN to a portion of OUT without
touching SCC.
10
netwerk van wiskundigen het Erdös nummer

• Erdös was een Hongaars Wiskundige
• had geen vaste verblijfplaats
• meldde zich bij collega-wiskundigen met een oude
  koffer met de mededeling My brain is open
• schreef zon 1.500 artikelen veelal met anderen
• samen met Erdös gepubliceerd levert Erdös getal 1
  op
• met iemand gepubliceerd die met Erdös
  gepubliceerd heeft Erdös getal 2
• Erdös 1 509 personen
• Erdös 2 6.984 personen

11
netwerk van filmacteurs de Kavin Bacon groep

• filmdatabase
• 150.000 films en 300.000 acteurs uit films uit de
  hele wereld vanaf het begin van het filmtijdperk
• 110.000 films en 225.000 acteurs vormen een
  gekoppeld netwerk
• gemiddeld spelen in een film 61 acteurs
• elke acteur vormt een knooppunt in het netwerk en
  een verbinding ontstaat wanneer twee acteurs in
  dezelfde film gespeeld hebben
• clustercoëfficiënt is 0,79
• de afstand tussen twee willekeurige acteurs is
  toch maar 3,65
• Kavan Bacon is een tamelijk willekeurig acteur
  uit deze database (rang rond 600 wat betreft
  aantal koppelingen naar andere acteurs) maar
  staat centraal in onderzoek rond deze database

12
hoogspanningsnetwerk westen VS

• knooppunten generatoren, transformatoren,
  schakelpunten etc
• verbindingen hoogspanningsleidingen (345 tot
  1.500 kV) tussen de knooppunten
• 4.941 knooppunten
• gemiddeld is elk knooppunt aan 2,67 andere
  knooppunten gekoppeld
• afstand van knooppunt naar een willekeurig ander
  knooppunten is 18,7
• clustercoëfficiënt is 0,08

13
0-hypothese

• netwerken hebben een random karakter
• knooppunten zijn at random verbonden met andere
  knooppunten
• de verdeling van de lengte van de verbinding
  tussen twee knooppunten is een Poisson verdeling,
  dus
• weinig knooppunten met weinig verbindingen
• weinig knooppunten met veel verbindingen
• rond het gemiddelde een gebied van knooppunten
  met een gemiddeld aantal verbindingen

14
small world of scale free of six degrees of
separation

• een aantal eigenschap van veel netwerken
• small world
• veel knooppunten met weinig verbindingen
• weinig knooppunten met veel verbindingen
• six degrees of separation
• zelfs bij zeer grote netwerken kun je met een
  beperkt aantal stappen elk ander knooppunt
  bereiken
• in gemiddeld zes stappen kom ik bij elke andere
  aardbewoner via mensen die elkaar persoonlijk
  kennen
• scale free
• rechte lijn bij logaritmische plot
• lokaal moeilijk te herkennen waar je in de
  verdeling zit
• hangt samen met preferred attachment (dynamisch
  aspect)

15
synchronisatie dynamiek van netwerken

• NRC 20 april 2006
• In een volle tram staan wij naast twee
  jongedames. Tussen de vele mensen vallen zij op,
  omdat zij synchroon kauwgom staan te kauwen,
  zonder elkaar aan te kijken. Ik pieker mij suf om
  een verklaring te vinden voor de simultane
  kaakbewegingen, tot ik word aangestoten 'Kijk
  pap, die meisjes smakken in hetzelfde ritme, want
  zij hebben een dopje in hun oor van dezelfde
  Ipod.

NRC 24 december in een artikel over Michael
Gazzaniga die ons bewustzijn bestudeert Van al je
gedachten gaat 98 over jou in relatie tot
andere personen. De hele dag door vormen we
theorieën over anderen, wie ze zijn, wat ze
zullen doen, met wie ze omgaan. Als je echt wilt
begrijpen wat het brein doet, zou je moeten
bestuderen hoe het met sociale interacties gaat.
16
synchronisatie dynamiek van netwerken

• NRC 28 januari 2006 in een artikel over Frans de
  Waal die apengedrag bestudeert
• De aardigste constatering die De Waal doet in
  zijn boek is wel dat mensen tijdens een gesprek
  onbewust de laagste tonen in hun stem (onder de
  500hertz) op elkaar afstemmen. Degene die zijn
  diepe brom het meest aanpast aan die van de ander
  heeft altijd de minste status. Uit analyse van de
  Amerikaans talkshow van Larry King bleek dat
  gastheer King zijn brom wèl aanpaste aan die van
  Elizabeth Taylor, maar dat de stuntelige
  vice-president Dan Quale zich juist helemaal aan
  King aanpaste.
• Nou, we zijn wel voortdurend bezig met niet
  non-verbale signalen en wij mensen zijn er
  waarschijnlijk ook heel goed in maar het gaat
  grotendeels onbewust. Als je mensen vraagt waarom
  ze iemand aardig of niet aardig vonden, weten ze
  het vaak niet. Er is een mooi onderzoek waarbij
  proefpersonen gesprekspartners wel of niet
  imiteerden in hun beweging. Wie imiteert wordt
  véél aardiger gevonden.

17
synchronisatie dynamiek van netwerken

• vuurvliegen, synchroon aan en uit
• geen centrale regie
• vuurvliegen hebben een beperkt neuraal netwerk
• synchronisatie op basis van een ingebouwde
  oscillator en een eenvoudig algoritme voor het
  synchronisatieproces
• andere voorbeelden van synchronisatie in
  netwerken
• chemische processen die onze biologische klok
  sturen
• ongesteldheid van vrouwen, bv. in kloosters
• cellen in het hart
• bewegingen aardplaten
• evolutie van een community http//www.commetrix.d
  e/evolution-nov2.html

18
simulatie gedrag netwerk van vuurvliegen
zie http//ccl.northwestern.edu/netlogo/
19
web 2.0 a second generation of services
available on the World Wide Web that lets people
collaborate and share information online

• social software ? ? social networks
• Instant Messaging
• Internet Relay Chat
• Internet forums
• Blogs or Weblogs
• Wikis
• Social network services
• Social network search engines
• Social guides
• Social bookmarking
• Social Citations
• Social Libraries
• Social Shopping Applications
• Peer-to-peer social networks
• Collaborative real-time editing
• Virtual presence
• Virtual worlds and Massively-Multiplayer Online
  Games (MMOGs)
• Other Specialized Social Applications

20
grafen de wiskundige netwerktaal

• knooppunten (vertices)
• verbindingen (edges)

21
grafen eigenschappen van netwerken

• directed (gerichte) en undirected (niet-gerichte)
  grafen
• is de richting van een verbinding van belang?
• ADSL verbinding upload en download hebben
  verschillende eigenschappen, dus directed
• het 220 Volt netwerk bij u thuis, undirected
• in modellen etc. wordt meestal met undirected
  grafen gewerkt
• een verbinding heeft iha een waarde/gewicht
• in modellen etc. wordt vaak aan een verbinding
  waarde 1 toegekend
• padlengte (path length)
• de lengte van de kortste verbinding tussen twee
  knooppunten (voorbeeld met waarden)
• lengte AB15, AC23, AD23, CD16

22
grafen eigenschappen van netwerken

• clustering (cluster coefficient)
• de waarschijnlijkheid dat twee knooppunten die
  gekoppeld zijn aan een gemeenschappelijk
  knooppunt ook onderling gekoppeld zijn
• ofwel de fractie van je vrienden die ook
  vrienden van elkaar zijn
• connectivity
• met hoeveel buren ben ik gemiddeld verbonden

23
simulaties
24
model 1 kortste pad en clusters
25
model 2 kortste pad en clusters
26
volledig verbonden graf
27
twee verbonden volledige grafen
28
een geordend netwerk

• stel 6 miljard personen vormen een volledig
  geordend netwerk
• elk persoon is verbonden met 500 personen links
  en 500 personen rechts
• om de verstverwijderde persoon te bereiken zijn 6
  miljoen tussenpersonen nodig
• gemiddeld dus 3 miljoen stappen nodig in dit
  geordend netwerk
• de gemiddelde padlengte is 3 miljoen
• de cluster coëfficiënt is 0,75

voorbeeld 16 knooppunten elk knooppunt verbonden
met 2 buren aan elke zijde 80 verbindingen (niet
allemaal getekend) 8/24 sprongen nodig naar
verstverwijderde persoon gemiddeld 2 sprongen
naar een willekeurig ander persoon
29
grafen en small world
30
random verbindingen - 5 van de mogelijke
verbindingen
31
small world en een random netwerk

• stel 6 miljard personen vormen een volledig
  random netwerk
• iedereen kent 1.000 andere personen (het 6
  miljoenste deel van de gehele populatie, de
  clustering coëfficiënt ligt bij 1/(6.106))
• elk van deze personen kent 1.000 andere personen,
  dus in 2 stappen kunnen 1 miljoen personen
  bereikt worden
• in de derde stap kunnen 1 miljard mensen bereikt
  worden
• in een random netwerk zijn dus 4 stappen
  voldoende om 6 miljoen personen te bereiken
• de kans dat de personen in de eerste stap elkaar
  onderling ook kennen is echter zeer klein en dit
  is niet de realiteit
• in werkelijkheid is de clustering groot de kans
  dat vrienden elkaar ook kennen is groot

32
small world en een random netwerk

• algemene formule
• N kd nodes zijn d sprongen verwijderd in een
  random netwerk met k connecties per node
• ofwel
• d log N / log k
• de langzame toename van de logaritme dwingt de
  langzame toename van d af

33
verbonden met 2 buren links en 2 buren rechts
34
verbonden met 2 buren links en 2 buren rechts5
van verbindingen at random verlegd
35
small world de beste fit

• het toevoegen van een aantal random verbindingen
  (personen die ook personen buiten de
  vriendenkring kennen) aan een verder geordend
  netwerk (vrienden die elkaar kennen) zorgt voor
  zowel een hoge clustercoëfficiënt als ook een
  kleine padlengte
• de personen die bruggen slaan naar andere groepen
  zijn de hubs in deze small world
• de verdeling
• er zijn een beperkt aantal personen die veel
  connecties hebben
• er zijn een groot aantal personen die weinig
  connecties hebben
• de personen met veel connecties vormen de hubs
  tussen de groepen van personen die elkaar kennen
• dus een scale-free netwerk

36
toepassing in de Master Informatica
37
Master studenten in de portal

• actieve groep bestaat momenteel uit 44 personen
• via de portal 2 wordt informatie verzameld over
  twee eigenschappen
• gezamenlijke cursussen (gewicht 3)
• interesse in een bepaald domein (gewicht 2)

38
IComMas portal het profiel
39
netwerk Master
40
academische community faculteit Informatica

• uitbouw academische community één van de
  doelstellingen van het vernieuwingsproject
  faculteit Informatica
• afstandsonderwijs in deeltijd op academisch
  niveau kent specifieke mogelijkheden, kent
  specifieke problemen en stelt daarom specifieke
  eisen aan de werkomgeving
• academische benadering (ook open source
  filosofie)
• halen en brengen
• voortbouwen op producten van anderen
• analyse en visualisatie van netwerken tussen
  studenten en staf kan een hulpmiddel zijn om de
  academische community binnen de specifieke
  OUNL-context te realiseren

41
netwerk Master - onderzoek

• inzicht in de dynamische onderlinge relaties kan
  helpen bij
• opbouwen gezamenlijk begrippenkader en
  gezamenlijke werkwijzen
• vinden van gemeenschappelijke thema's
• vinden van groepen waar relevante dingen gebeuren
• ijken individuele positie
• niet alleen statische informatie zichtbaar maken
  maar ook de groepsdynamiek (bv postings,
  bijdragen aan discussies)
• ook omkering presentatie netwerk
• personen vormen de knooppunten - eigenschappen,
  bijdragen en ontmoetingsruimten de verbindingen
• personen vormen de verbindingen knooppunten
  worden gevormd door de gemeenschappelijke
  eigenschappen etc

42
IComMaS project Master community

• uitbouw portal Master
• eerste experimenten met Wiki
• eenduidige definitie van begrippen op het terrein
  van de communicatietechnologie (ontologie)
• begrippenkader wordt opgebouwd door docenten en
  studenten in het kader van onderwijstaken
• vooral asynchrone samenwerking wordt hiermee
  ondersteund
• activiteiten in de Wiki typische
  communityactiviteiten die inzicht bieden in
  interesses, produkten etc
• inzichtelijk maken activiteiten en producten
  versterken het netwerk

43
IComMas Wiki
44
resultaat experiment tijdens lezing
45
Netwerk van deelnemers TouW-presentatie