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Visualização Temporal deRedesSociais com oOSSNetwork

Márcio B. dos Santos, C leidson deSouza

Faculdade de ComputaçãoUniversidade Federal do Pará (UFPA) – Belém, PA – Brasil

{mbragas, cdesouza}@ufpa.br

Abstract: Tools visualization can help make data easier to read andunderstand, because it incorporates human perception about the creations ofhypotheses about the data. F ew tools explore dynamic, or temporal,visualization of social networks. The main purpose of this work is to descr ibean approach for the temporal visualization of social networks using graphvisualization and statistical visualization that has been implemented in theOSSNetwork framework.

Resumo: A visualização de dados pode auxi l iar a análise de redes sociais,pois incorpora a percepção humana para a criação de hipóteses sobre osdados. No entanto, ainda são poucas as ferramentas que permitem avisualização temporal de redes sociais. U ma visualização temporal é umavisualização que permite observar as mudanças que ocorrem na rede socialem vários intervalos de tempo. D esta forma, é necessário definir uma formade gerar e visualizar redes sociais temporais. E ste trabalho descreve umaabordagem para a visualização temporal de redes sociais usando visualizaçãode grafos e visualização estatística.

1. Introdução

Nas últimas décadas houve um importante crescimento no campo da visualização dainformação. Este crescimento foi resultado da necessidade de gerar novas formas devisualizar grandes quantidades de dados para gerar informação, facilitando assim suacompreensão e exploração. Segundo Hansen (2005), o campo da visualização estáfocado em criar imagens que exploram informações sobre a essência de dados ouprocessos. Já para Ware (2004), a visualização se tornou mais que uma representaçãográfica de dados ou conceitos, ela agora representa um pequeno, mas crucial eexpandido, papel em sistemas cognitivos por ter se tornado um importante artefato natomada de decisão.

A visualização traz inúmeros benefícios para diversas áreas como Biologia,Física, Matemática, etc. Não diferente, a análise de redes sociais (SNA, do inglês SocialNetwork Analisis) é uma das áreas beneficiadas. Geralmente, as redes sociais sãorepresentadas por matrizes ou grafos (Wasserman e Faust, 1994). Na prática, matrizessão utilizadas para o cálculo de métricas das redes sociais (análise), enquanto que grafos

Workshop on Information Visualization and Analysis in Social Networks - WIVA 2008

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são utilizados para a visualização destas redes facilitando, principalmente aapresentação das mesmas, mas também sua análise.

Atualmente, existem inúmeras ferramentas de visualização de redes sociais e onúmero das mesmas vem crescendo a cada dia. Algumas destas ferramentas são Visone(BRANDES, 2003), SocialAction (Perer, 2006), Ucinet e NetDraw (Borgatti, 2002),SNF e PostHistory (Viégas, 2004), Pajek (NOOY, 2005) e OSSNetwork (BALIEIRO,2008). No entanto, ainda são poucos os trabalhos que enfocam na visualização temporalde redes sociais. Uma visualização temporal, ou dinâmica, é uma visualização queindica as mudanças na rede social em diferentes instantes do tempo. Exemplos deferramentas que permitem a visualização dinâmica incluem o TecFlow (Gloor e Zhao,2004) e a ferramenta Sonia (Bender-deMoll, 2005). O grande interesse em visualizaçãode redes sociais dinâmicas gira em torno de como as redes se desenvolvem ou mudamno decorrer do tempo, desta forma permitindo a análise longitudinal de redes sociais.Por exemplo, é possível analisar a rede social de um projeto de software livre paraentender como os colaboradores do mesmo modificam seu comportamento durante aduração do projeto (Sousa Jr et al, 2009).

Este trabalho descreve as novas funcionalidades do framework OSSNetwork quepossibilitam a visualização temporal de redes sociais. O OSSNetwork buscainformações em repositórios de projetos de software livre e gera redes sociais tanto naforma de matrizes quanto de grafos a partir das informações coletadas. Mais detalhessobre o mesmo podem ser encontrados em (BALIEIRO, 2007 e 2008). O restante destetrabalho está organizado da seguinte forma. A seção 2 apresenta o algoritmo responsávelpela geração da rede social, enquanto que a seção 3 apresenta as tarefas de visualizaçãotemporal. A seção 4 descreve os gráficos estatísticos que podem ser geradas da redesocial temporal. Finalmente, no capítulo 5 são feitas as considerações finais sobre estetrabalho.

2. O Algoritmo deGeração deRedesSociais Temporais

O OSSNetwork (Balieiro, 2007 e 2008) permite a visualização de uma rede social emum intervalo de tempo, mas não permite a visualização de uma rede social em váriosintervalos de tempo. Segundo Collberg (2003) um grafo dinâmico consiste de váriosintervalos de tempo, cada qual representando o estado de um sistema representado porum grafo em um dado intervalo de tempo. No caso de redes sociais temporais, cada atore cada relacionamento têm um conjunto de intervalos de tempo associado. Cada umdestes intervalos foi nomeado Rótulo Temporal. Um Rótulo Temporal representa umintervalo de tempo em que os elementos de uma rede social participam da estrutura damesma e assim podem ser usados na visualização deste intervalo de tempo representado.Na verdade, um Rótulo Temporal assemelha-se a idéia de “tempo de validade” usadaem modelagem temporal. Segundo Jensen (1994), o tempo de validade é o tempo emque um fato ou valor é válido em uma realidade modelada.

O uso de Rótulo Temporal permite um filtro dos dados que carregue somente os dadosde um dado intervalo de tempo (time-slice) da rede social. Esta abordagem pode servisualizada facilmente na Figura 1. Como pode ser vista nesta Figura, uma rede socialtemporal é um conjunto de atores e relacionamento rotulados com um ou mais rótulostemporais. Os rótulos dessa rede social temporal são dois: r1 e r2. Cada rótulo desses


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representa um estado da rede social que pode ser visualizado independentemente dooutro. Para a visualização da rede social para o rótulo r1 (ou r2), é necessário aplicar umfiltro na rede antes de gerar a visualização da mesma para exibir somente os atores erelacionamento que tenham o rótulo sugerido.

Figura 1: A) Representação de uma rede social com rótulos temporais. B) Redesocial para o rótulo temporal r1. C) Rede social para o rótulo temporal r2.

Uma vez que se possui um modelo de dados que permite armazenar os aspectostemporais da rede, é necessário definir os intervalos de tempo que serão usados naanálise da rede social. No entanto, o número de intervalos de tempo usados na análise ea duração destes intervalos dependem da rede social que será analisada e cabe aoanalista tomar esta decisão. O algoritmo utilizado neste trabalho é semelhante aostrabalhos de Bender-DeMoll (2005) e Gloor (2004).

Bender-DeMoll (2005) usa um intervalo de tempo com duração constante e umincremento de tempo para determinar o conjunto de intervalos de tempo que serãousados na análise da rede social. Desta forma, a partir de um instante inicial é criado oprimeiro intervalo de tempo. Depois, utilizando-se o incremento de tempo definido sãogerados os outros intervalos de tempo. O resultado de uma análise em um intervalo éentão armazenado para posterior visualização. Ao fim, é gerada uma visualização comtodas as informações das análises feitas. Isto permite uma visualização em série de todosos intervalos definidos.

Já Gloor (2004) faz a análise temporal de dois modos: sem histórico ou comhistórico. Uma análise temporal sem histórico é semelhante à proposta de Bender-DeMoll (2005), em que o instante inicial e o instante final do primeiro intervalo detempo são incrementados com um determinado valor para gerar outro intervalo detempo. Este passo é realizado até completar o período de análise da rede social (Figura3(a)). Já no caso de uma análise temporal com histórico, somente o instante final éincrementado para gerar os outros intervalos de tempo (Figura 3(b)).


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Figura 3: a) Intervalos de tempo sem histórico b) Intervalos de tempo comhistórico. A variável dt representa um incremento de tempo entre os intervalos.

3. Conceitos deVisualização Temporal

Uma das formas mais comuns de analisar redes sociais em um intervalo de tempo é pormeio de gráficos que mostram a evolução de alguma métrica da rede conforme descritona seção 4. No entanto, na busca por maior interação com o usuário outras formas devisualização vêm sendo desenvolvidas. Por exemplo, Moody (2005) descreve dois tiposde visualização dinâmica para redes: visualização fl ip books e movies. A visualizaçãofl ip books é a combinação de um layout único de nodos, onde os nodos permanecem emposições constantes e somente as relações mudam de um instante para outro. Na Figura4, é fácil observar que os nodos estão na mesma posição em dois instantes diferentes eque somente as relações entre os nodos mudam.

Figura 4: Visualização flip books.

Já na visualização com movies (filmes), os nodos movem-se de acordo com asrelações que surgem com outros nodos. A Figura 5 ilustra o reposicionamento dos nodosda segunda visualização em relação a primeira. Apesar deste tipo de visualização darede social não manter a orientação do usuário quanto à posição dos nodos, ela servepara mostrar como a estrutura da rede muda no decorrer do tempo.


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Figura 5: Visualização movies.

Destas duas formas de visualização dinâmica apresentadas, dois parâmetros sãoevidentes: o layout aplicado e o número de atores. Quanto ao layout aplicado há duaspossibilidades: visualização com layout único e visualização com layout específico. Avisualização com layout único apresenta todos os atores da rede com um layout fixopara todos os períodos de análise. Já a visualização com layout específico apresentasomente os atores da rede presentes em um período de análise e os atores sãoposicionados para cada novo período de análise, i.e., um novo layout da rede é criadopara cada período de análise. Quanto ao número de atores, também existem duaspossibilidades: mostrar todos os atores da rede social, independente se o ator participouou não do intervalo de análise; ou mostrar somente os atores que participam do intervalode análise. A combinação destes dois parâmetros permite gerar quatro formas deapresentação:

• Exibir todos os atores com um layout único;

• Exibir todos os atores com um layout específico;

• Exibir somente os atores que participam da rede no período analisado com umlayout único; e

• Exibir somente os atores que participam da rede no período analisado com umlayout específico.

No OSSNetwork, as tarefas de manipulação de dados são a seleção,posicionamento e remoção das informações que fazem parte da visualização comorótulos de atores e pesos de relacionamentos. Já as tarefas de navegação e exploraçãosão agrupamento de atores e filtros. A seguir serão descritas outras tarefas de navegaçãoe exploração para uma visualização temporal de redes sociais:

• Navegação temporal. A navegação temporal é a tarefa que permite que o usuárioselecione um intervalo de tempo para visualizar a rede social. A barra inferior daFigura 6 contém a descrição do intervalo de tempo que está sendo visualizado eum slider que permite a seleção do intervalo a ser apresentado.


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Figura 6: Visualização de uma rede social dos bugs do projeto ADempiere ERPBusiness (projeto opensource armazenado no repositório sourceforge) nointervalo de 01/06/2007 à 01/07/2007. Nesta figura as cores representam os

grupos temporais de cada ator ou relacionamento.

• Animação temporal. A tarefa de animação temporal consiste na apresentação darede social em todos os intervalos em que ela foi analisada.

• Transição da visualização. Foram identificados dois tipos de transição para umavisualização temporal de redes sociais: transição quando o intervalo de análise éalterado e transição quando o layout aplicado é alterado. A transição pormudança de intervalo está presente tanto na navegação temporal quanto naanimação temporal. Ela é responsável por manter a orientação do usuário quantoao posicionamento dos atores na mudança do intervalo de visualização. E atransição da visualização por mudança de layout aplicado é responsável pormanter a orientação do usuário quanto ao posicionamento dos atores na mudançade layout aplicado a rede social.

• Agrupamento temporal. Esta tarefa faz a codificação temporal utilizando cores.As cores utilizadas variam do azul ao vermelho, em que as cores próximas doazul são usadas para elementos (atores ou relacionamentos) mais antigos na redesocial e as cores próximas do vermelho são usadas para elementos mais recentesna rede social. Os atores e relacionamentos são preenchidos com cores querepresentam o grupo temporal a que pertencem. Neste caso, cada intervalo detempo passa a representar um grupo temporal. Um ator ou relacionamentopertence ao grupo temporal que representa o primeiro intervalo de tempo queeste elemento (ator ou relacionamento) participou da rede social.

• Exibição de atores. Esta tarefa apresenta todos os rótulos temporais que os atorespossuem, isto permite indicar a participação dos atores nos intervalos de análiseda rede social.


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• Brushing temporal. O brushing temporal destaca na visualização umdeterminado grupo temporal que é selecionado. Quando o mouse é posicionadosobre o botão que representa o grupo, os nodos e as ligações do gruposelecionado continuam com o mesmo preenchimento enquanto os nodos eligações restantes recebem uma cor de menor destaque (por exemplo, cinzaclaro). Esta tarefa permite o acompanhamento dos atores de um grupo durante aexploração da rede social. A Figura 7 exibe a aplicação do brushing temporalque permite a visualização dos atores e relacionamentos que surgiram no mesmointervalo da visualização. A cor azul foi usada para codificação deste grupo e,portanto, ela é usada para destaque enquanto a cor cinza representa os elementosdos outros grupos.

Figura 7: Brushing temporal que destaca elementos de determinado grupotemporal

4. AnáliseTemporal baseada em Métricas

Na extensão da ferramenta OSSNetwork descrita neste trabalho, existem três tipos degráficos que podem ser criados para uma rede social temporal: (i) gráfico de linha quemostra a evolução de uma métrica por ator, (ii) gráfico de Box-and-Whisker dos valoresde uma métrica em cada intervalo de análise por ator e (iii) gráfico de Box-and-Whiskerque mostra os valores de uma métrica em cada intervalo de análise. Com o objetivo defacilitar a análise, é possível selecionar os atores que serão usados para a coleta dasmétricas. Na Figura 8.a) é apresentado o gráfico de linha com os valores da métrica graude três atores em cada intervalo de análise da rede social. E na Figura 8.b) há o gráficode Box-and-Whisker para a métrica grau de cada ator em todos os intervalos de análiseda rede social.


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Figura 8: a) Gráfico de linha da métrica grau de três atores em vários intervalosde tempo b) Gráfico Box-and-Whisker da métrica grau de três atores

5. Considerações finais

A análise de redes sociais é uma importante técnica analítica que tem sido utilizada emdiversas disciplinas. Quando essa análise acontece em vários intervalos de tempo, osresultados desta técnica se tornam mais significativos. Por esse motivo, este trabalhodescreveu uma proposta de visualização temporal para redes sociais que foi aplicada aoframework OSSNetwork (Balieiro, 2007 e 2008).

Este trabalho usou um algoritmo para a análise da rede social em váriosintervalos de tempo para o framework OSSNetwork. Além disso, tarefas de visualizaçãoe gráficos estatísticos foram definidos para redes sociais temporais. As tarefas visampermitir maior interação com o usuário e os gráficos estatísticos são uma formacomplementar de exploração das informações temporais existentes na rede social.

Outro aspecto importante da proposta é a tarefa de destacar as mudanças na rede socialquando o intervalo de tempo de análise é alterado. Neste caso, os atores sãoclassificados em três grupos: o primeiro grupo é formado pelos atores que deixaram departicipar da rede social no intervalo de tempo indicado; o segundo grupo com os atoresque ainda participam da rede social no intervalo de tempo indicado; e o terceiro grupoformando pelos atores que não estavam participando da rede social no intervalo detempo anterior.

Algumas tarefas de validação com o usuário serão realizadas na análise de redes sociaisde projetos de software livre. A análise busca identificar que atores que mais contribuempara estes tipos de projeto além da verificar como ocorre a propagação de informações.


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