高阶互动中知识交换规则的分类学:为复杂社会学习建模提供新框架

《PLOS Complex Systems》:A typology of rules for knowledge exchange in higher-order interactions

【字体: 时间:2026年01月14日 来源:PLOS Complex Systems

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  这篇综述系统性地提出了高阶互动网络中知识交换规则(KER)的分类学框架,将规则划分为学习型(如"代币传递"算法)与发现型(非累积性知识创造)两大范式,并细化出知识表征形式(分类/序数/基数)、轨迹方向、作用对象等六大特征维度。通过数学形式化定义delta smartest、discovery basic等典型规则,并结合社会传染、群体决策等案例,为跨学科研究高阶网络中的社会传播机制提供了标准化建模工具。

  
知识交换规则分类体系
文章首先界定了高阶互动建模的两大数学工具——单纯集(simplicial sets)和超图(hypergraphs),并通过图1对比展示了二者的拓扑差异。单纯集通过k阶单形(k-simplex)描述多体互动,例如2-单形可表示三人小组的协同互动,其优势在于能区分群体互动模式(如全员会议与两两交流的差异),而超图则通过超边(hyperedge)直接连接任意数量的个体。
学习与发现的核心分野
知识交换规则被划分为学习型与发现型两大范式。学习型规则采用"代币传递"算法,个体通过社会互动获得或失去知识单元,例如教育场景中学生从教师获取知识(图3a)。发现型规则则描述非累积性知识创造,例如掌握发酵技术的群体与掌握种植技术的群体互动后共同发明啤酒(图3b)。特别值得注意的是干扰规则(interference rules),该规则下个体在获得新知识的同时可能丧失原有认知(图4),如政治观点对立者交流后共同转向中立立场。
六大特征维度的系统分类
  1. 1.
    知识表征维度:区分分类型(二元状态)、序数型(等级制知识)与基数型(连续变量)知识,决定规则数学形式的基础。
  2. 2.
    轨迹方向维度:学习型规则可分为单向增益(如教育场景)与双向变化(如观点妥协),发现型规则则需界定新知识是否覆盖原有知识。
  3. 3.
    作用对象维度:明确规则作用于群体全体成员(如delta smartest规则)、特定子集(如知识水平最低者)或差异化个体(如按知识差异分配学习量)。
  4. 4.
    分布特征维度:规则可基于群体知识分布的均值、方差等统计特征设计,例如通过重排算法调整知识分布的峰度。
  5. 5.
    规模校正维度:单形规模(k+1)影响知识交换效率,需通过除以规模常数或函数进行校正。同时处理个体多重单形归属时的规则应用顺序(随机/升序/降序)。
  6. 6.
    随机应用机制:可通过随机确定单形处理顺序,或在规则中输入/输出端添加概率性组件引入随机性。
典型规则的数学形式化
学习型规则以delta smartest为例,定义个体知识增益与群体最聪明者知识差值成正比(公式1)。发现型规则采用集合论 notation,通过定义知识元素的串联操作符(图3b)形式化表示新知识的生成机制(公式10)。特别设计的干扰规则(公式15)描述知识替换场景,而发现-学习混合规则(公式16)同时实现知识传递与创新。
应用案例与跨学科价值
通过图5-6展示的简化单纯集(包含3-单形与三个2-单形)应用示例,直观对比了不同规则的知识扩散路径。例如delta smartest规则促使群体知识快速收敛,而干扰规则导致知识元素的重组与替代。该分类学为行为生态学(如新西兰乌鸦工具使用文化的传播)、社会心理学(群体决策优化)等学科提供了标准化建模语言,建议建立跨学科KER数据库以促进方法论融合。
结论
高阶互动结构对理解社会传播机制具有关键意义,本文提出的分类学框架通过系统化规则定义与数学建模,为跨学科研究复杂社会学习过程奠定了方法论基础。未来可结合具体实证系统(如动物社会行为、在线社区信息扩散)验证不同规则的解释力,推动高阶网络研究从理论向应用转化。
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