신경 확산-대류-반응 방정식을 활용한 여론 역학 모델링의 발전

Advancing Opinion Dynamics Modeling with Neural Diffusion-Convection-Reaction Equation

고도화된 여론 역학 모델링은 사회적 행동을 해석하는 데 필수적이며, 특히 양극화 완화와 사이버 공간 보안에 있어 그 역할이 강조된다. 기계론적 해석 가능성과 데이터 기반의 유연성을 결합하기 위해, 최근 연구들은 여론 모델링에 물리 정보 신경망(PINN)을 통합하는 방법을 모색해 왔다. 그러나 이러한 가능성에도 불구하고, 기존 방법론들은 불완전한 사전 지식에 의존하고 있어 국지적, 전역적, 내생적 수준의 역학을 통합하는 포괄적인 물리 시스템이 부족하다. 게다가 기존 방식에서 채택된 페널티 기반 제약 조건은 물리적 사전 지식을 깊이 있게 반영하지 못하여 최적화 문제를 야기하고, 잠재 표현과 물리적 투명성 간의 괴리를 초래한다. 이를 해결하기 위해 본 연구는 상호작용 입자 이론에서 영감을 받은 확산-대류-반응(DCR) 시스템을 통해 여론 역학을 해석하는 물리적 관점을 제시한다. 신경 상미분 방정식(Neural ODEs)을 기반으로 신경망과 물리적 사전 지식을 조화시키는 신경 여론 역학을 정의하고, 더 나아가 여론 역학 모델링을 위한 물리 정보 신경 프레임워크인 OPINN을 제안한다. 실제 및 합성 데이터셋에 대한 평가 결과, OPINN은 여론 진화 예측에서 최고 수준의 성능(SOTA)을 달성하였으며, 사이버-물리-소셜 시스템의 융합을 위한 유망한 패러다임을 제시한다.

Advanced opinion dynamics modeling is vital for deciphering social behavior, emphasizing its role in mitigating polarization and securing cyberspace. To synergize mechanistic interpretability with data-driven flexibility, recent studies have explored the integration of Physics-Informed Neural Networks (PINNs) for opinion modeling. Despite this promise, existing methods are tailored to incomplete priors, lacking a comprehensive physical system to integrate dynamics from local, global, and endogenous levels. Moreover, penalty-based constraints adopted in existing methods struggle to deeply encode physical priors, leading to optimization pathologies and discrepancy between latent representations and physical transparency. To this end, we offer a physical view to interpret opinion dynamics via Diffusion-Convection-Reaction (DCR) system inspired by interacting particle theory. Building upon the Neural ODEs, we define the neural opinion dynamics to coordinate neural networks with physical priors, and further present the OPINN, a physics-informed neural framework for opinion dynamics modeling. Evaluated on real-world and synthetic datasets, OPINN achieves state-of-the-art performance in opinion evolution forecasting, offering a promising paradigm for the nexus of cyber, physical, and social systems.