МЕТОД ПРОГРАМНОГО ІМІТАЦІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПОВЕДІНКИ КОРИСТУВАЧІВ ТА БОТІВ У РЕКОМЕНДАЦІЙНІЙ СИСТЕМІ З ВИКОРИСТАННЯМ ГРАФОВОЇ БАЗИ ДАНИХ NEO4J
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2021.17.023Ключові слова:
рекомендаційні системи, програмне моделювання, імітаційне моделювання, складні мережі, соціальні мережі, соціальний граф, мережа ботів, атаки ін’єкцією профілів, веб-сайти, бази данихАнотація
Об’єктом дослідження є процес програмного імітаційного моделювання складних мереж. Метою даної роботи є розробка методу програмного імітаційного моделювання поведінки звичайних користувачів та ботів у рекомендаційній системі на основі теорії складних мереж для можливості тестування точності та стійкості різних алгоритмів формування рекомендацій. Задача: розробити програмну імітаційну модель поведінки користувачів та ботів у рекомендаційній системі з можливістю генерації наборів даних для тестування алгоритмів формування рекомендацій. Методи дослідження: теорія графів, теорія складних мереж, теорія статистики, теорія ймовірностей, методи об’єктно-орієнтованого програмування та методи роботи з графовими базами даних. Результати. Запропоновано метод програмного імітаційного моделювання користувачів та об’єктів рекомендаційної системи, що складається з генерації структури соціального графу рекомендаційної системи та симуляції поведінки користувачів і ботів у ній. Було проведено серію експериментів для перевірки працездатності розробленої програмної імітаційної моделі. У ході експериментів було згенеровано множину робочих та тестових наборів даних. На основі робочої вибірки здійснювалося прогнозування вподобань користувачів методом колаборативної фільтрації. На основі тестової вибірки перевірялася точність прогнозування вподобань. Результати проведених експериментів показали, що джиттер досліджуваних значень точності, повноти та RMSE прогнозування вподобань у більшості практичних випадків впевнено вкладається в допустимі межі коливань, а отже поведінка користувачів у програмній моделі не була випадковою, а імітувала поведінку реальних користувачів з певними вподобаннями. Це підтверджує достовірність розробленої програмної імітаційної моделі рекомендаційної системи. Висновки. Запропоновано метод програмного імітаційного моделювання користувачів у рекомендаційній системі, що дозволяє генерувати набори даних для тестування алгоритмів формування рекомендацій. Розроблений метод дозволяє моделювати поведінку як звичайних користувачів, так і ботів, що дає можливість створювати набори даних для тестування стійкості рекомендаційних систем до інформаційних атак, а також для тестування ефективності методів виявлення та нейтралізації бот-мереж. Структура зв’язків між користувачами та об’єктами рекомендаційної системи моделювалася за допомогою теорії складних мереж. Інформаційні атаки ботів моделювалися на основі відомих моделей атак ін’єкцією профілів на рекомендаційні системи.
Посилання
Segaran, Т. (2011), Programming Collective Intelligence, Translated from English, Saint Petersburg : Symbol-Plus, 368 p.
Hogan, B. (2012), "Analysis of social networks on the Internet", PostNauka website about modern fundamental science and scientists, available at : https://postnauka.ru/longreads/20259
Meleshko, Ye. V., Okhotnyi, S. M., Bosko, V. V. (2019), "Development of software for collecting and analyzing data from social networks", Collection of abstracts of the IX International scientific-practical conference "Integrated quality assurance of technological processes and systems", Vol. 2, Chernihiv, May 14-16, 2019, Chernihiv : ChNTU, P. 225–226.
Meleshko, Ye. V., Semenov, S. H., Khokh, V. D. (2018), "Research of methods of construction of recommendation systems on the Internet", Collection of scientific works "Control, navigation and communication systems", Issue 1 (47), Poltava : PNTU, P. 131–136.
"The Selenium Browser Automation Project" (2021), available at : https://www.selenium.dev/documentation/
Kumar, R., Raghavan, P., Rajagopalan, S., Sivakumar, D., Tomkins, A., Upfal, E. (2000), "Stochastic models for the web graph", Proceedings of the 41st Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS ‘00). IEEE Computer Society, Redondo Beach, CA, USA, P. 57–65. DOI: https://doi.org/10.1109/SFCS.2000.892065
Traag, V. А. (2014), "Algorithms and Dynamical Models for Communities and Reputation in Social Networks", Springer International Publishing, P. 229. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-06391-1
Li, Q. L. (2016), "Nonlinear Markov processes in big networks", Special Matrices, Vol. 4 (1), P. 202–217.
Rajgorodskij, A. M. (2012), "Mathematical models of the Internet", Jornal "Kvant", No. 4, P. 12–16, available at : https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431792
Rajgorodskij, A. M. (2010), "Random graph models and their applications", Proceedings Moscow Institute of Physics and Technology, Vol. 2, No. 4, P. 130–140.
Suslova, V. A., Gorodov, A. A. (2015), "Methods for modeling social networks", Reshetnev readings, No. 2 (19), P. 133–134, available at : http://cyberleninka.ru/article/n/metody-modelirovaniya-sotsialnyh-setey
Gubanov, D. A., Novikov, D. A., Chhartishvili, A. G. (2009), "Influence models on social networks", Management of big systems, No. 27, P. 205–281, available at : http://cyberleninka.ru/article/n/modeli-vliyaniya-v-sotsialnyh-setyah
Gubanov, D. A., Novikov, D. A., Chhartishvili, A. G. (2010), Social networks: models of information influence, control and confrontation, Physics and Mathematics Literature Publishing House, 228 p.
Melikov, S., Musatov, D., Savvateev, A. (2013), "Social networks’ modeling", available at : https://kpfu.ru/docs/F117464271/MMS_socnet_cities.pdf
Barabási, A.-L. (2018), Network science, Cambridge University Press, 475 p., available at : http://networksciencebook.com/
Albert, R., Barabási, A.-L. (2002), "Statistical mechanics of complex networks", Reviews of Modern Physics, Vol. 74, P. 47–97. DOI: 10.1103/RevModPhys.74.47
Evin, I. A. (2010), "Introduction to the theory of complex networks", Computer Research and Modeling, Vol. 2, No. 2, P. 121–141.
Lande, D. V., Snarskij, A. A., Bezsudnov, I. V. (2009), Internetics: Navigation in complex networks: models and algorithms, Moscow : Librokom (Editorial URSS), 264 p., available at : http://dwl.kiev.ua/art/internetica/
Pasichnyk, V. V., Ivanushchak, N. M. (2010), "Research and modeling of complex networks", Eastern European Journal of Advanced Technology, Vol. 2, No. 3 (44), P. 43–48.
Snarskij, A. A., Lande, D. V. (2015), Modeling complex networks: a tutorial, Kyiv : Engineering, 212 p., available at : http://dwl.kiev.ua/art/mss/
Barabási, L.-A., Albert, R., Jeong, H. (2000), "Scale-free characteristics of random networks: the topology of the world-wide web", Physica, A281, P. 69–77.
Haidai, B., Artiukh, R., Malyeyeva, O. (2018), "Analysis and modelling the preferences of social networks users", Innovative Technologies and Scientific Solutions for Industries, No. 1 (3), P. 5–12. DOI: https://doi.org/10.30837/2522-9818.2018.3.005
Watts, D. J., Strogatz, S. H. (1998), "Collective dynamics of "small-world" networks", Nature, Vol. 393 (6684), P. 440–442, available at : https://www.nature.com/articles/30918
Gusarova, N. F. (2016), Analysis of social networks. Basic concepts and metrics, Saint Petersburg : ITMO University, 67 p.
Barabási, A.-L., Albert, R. (1999), "Emergence of scaling in random networks", Science, Vol. 286, No. 5439, P. 509–512. DOI: https://doi.org/10.1126/science.286.5439.509
Bernovskij, M. M., Kuzjurin, N. N. (2012), "Random graphs, models and generators of scaleless graphs", Proceedings of the Institute for System Programming of the Russian Academy of Sciences, Vol. 22, P. 419–432, available at : https://cyberleninka.ru/article/n/sluchaynye-grafy-modeli-i-generatory-bezmasshtabnyh-grafov
Erdös, P., Rényi, A. (1960), "On the evolution of random graphs", Publication of the Mathematical Institute of the Hungarian Academy of Sciences, Vol. 5, P. 17–61.
Bollobás, B., Borgs, C., Chayes, T., Riordan, O. M. (2003), "Directed scale-free graphs", Proceeding SODA ‘03 Proceedings of the fourteenth annual ACM-SIAM symposium on Discrete algorithms, P. 132–139.
Bollobás, B., Riordan, O. (2003), "Mathematical results on scale-free random graphs", Handbook of graphs and networks, Weinheim : Wiley-VCH, P. 1–34.
Meleshko, Ye. (2019), "Computer model of virtual social network with recommendation system", Innovative technologies and scientific solutions for industries, No. 2 (8), P. 80–85. DOI: https://doi.org/10.30837/2522-9818.2019.8.080
"Neo4j Documentation" (2021), Official website of the graph database Neo4j, available at : https://neo4j.com/docs/
Harper, F. M., Konstan, J. A. (2015), "The MovieLens Datasets: History and Context", ACM Transactions on Interactive Intelligent Systems (TiiS), 19 p. DOI: https://doi.org/10.1145/2827872
Chirita, P. A., Nejdl, W., Zamfir, C. (2005), "Preventing shilling attacks in online recommender systems", In Proceedings of the ACM Workshop on Web Information and Data Management, P. 67–74.
Gunes, I., Kaleli, C., Bilge, A., Polat, H. (2014), "Shilling attacks against recommender systems: a comprehensive survey", Artificial Intelligence Review, Vol. 42, P. 767–799. DOI: https://doi.org/10.1007/s10462-012-9364-9
Mobasher, B., Burke, R., Bhaumik, R.,Williams, C. (2007), "Toward trustworthy recommender systems: An analysis of attack models and algorithm robustness", ACM Transactions on Internet Technology, Vol. 7 (4), P. 41. DOI: https://doi.org/10.1145/1278366.1278372
O’Mahony, M. P., Hurley, N. J., Silvestre, G. C. M. (2002), "Promoting recommendations: An attack on collaborative filtering" DEXA, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2453, P. 494–503.
Ricci, F., Rokach, L., Shapira, B., Kantor, P. B. (Editors) (2011), Recommender Systems Handbook, Boston : Springer, 842 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-0-387-85820-3
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.