国外人际网络分析的典型软件工具

国外人际网络分析的典型软件工具
【文章日期】2007-08-14
【作 者】颜端武/王曰芬/李飞
【作者简介】颜端武 南京理工大学经济管理学院 南京 210094
王曰芬，南京理工大学经济管理学院 南京 210094
李飞，南京理工大学经济管理学院 南京 210094
【内容提要】研究和探讨人际网络分析中的典型软件工具，在简要介绍软件工具的分类和国外近20种相关软件工具的基础上，重点介绍和分析5个有代表性的人际网络分析工具，并对这5款软件进行简要比较。
【摘 要 题】国际信息
【关 键 词】人际网络/人际网络分析/软件工具
【正 文】
[分类号]TP393 G350
人际网络分析(Social Network Analysis，SNA)起源于社会学研究，是一项复杂的系统工程。随着计算机技术的发展和普及，运用计算机技术编制人际网络分析的辅助软件工具来表示和存储观测或模拟数据，通过网络图形的绘制和相关分析计算方法的运行，可对人际网络进行结构性分析和定量性分析，并将分析过程和结果以可视化的方式呈现出来[1]。这些软件工具的出现，节省了研究者大量的精力，可以更为科学和高效地反映、揭示人际网络中的各种复杂关系和变化规律，对人际网络相关领域的科学研究具有重要意义。
1 国外人际网络分析软件工具总览
自20世纪中后期以来，国外已经研制和开发了许多面向人际网络分析应用的软件工具。从软件功能和运行特点来看，面向人际网络分析应用的辅助软件工具大致可以分两类：一类是可独立运行的分析软件，即能够单独运行的软件实体，如本文后面所介绍的UCINET、NetMinerII、MultiNet以及Visone等；另一类是嵌入型软件，它们需要嵌套在其它宿主软件中运行，如JUNG需要嵌套在Java平台中运行，MatMan需要加进Excel才能运行，PREPSTAR需要将数据在SPSS或者SAS中处理等[2]。以下简要列举国外近年来开发应用的可独立运行的18种人际网络分析软件工具。
(1)Agna(http: //www. geocities. com/imbenta/agna/index. htm)
用于社会网络分析和连续性分析，研究组间的交际关系、隶属关系和动物行为结构。
(2)Blanche(http: //www. tec. spcomm. uiuc. edu/blanche/doc. html)
使用属性以及关系两种分析方法来进行研究，以节点、链接和方程构成的系统，描述链接的强度和节点的属性随着时间变化而变化的规律。基于Win9x平台，最新版2.0.3。
(3)FATCAT(http: //www. sfu. ca/～richards/Pages/fatcat. htm)
网络矩阵式分析，是Windows下的标准DOS程序。具有交互视频、菜单驱动和在线帮助等特点。
(4)GRADAP(http: //www. assess. com/Software/GRADAP. htm)
图形和网络分析环境。包括中心度方法，可将入度和出度的分布通过模型表示出来。但GRADAP只是DOS应用程序，并且不能更新。
(5)KliqFinder(http: //msu. edu/～kenfrank/software. htm)用于识别各个密合度较高的子网络，并且用结构化的方法表示出子网络、各个簇间及内部的关系，最新版本0.05。
(6)KrackPlot(http: //www. andrew. cmu. edu/user/krack/)此软件为卡内基梅隆大学公共政策及管理学院的3位教授开发而成。KrackPlot的名称表明了该软件展现网络数据的方式——用网络图，将人与人之间的互动想象成有如蜘蛛网般的连接。
(7)MultiNet(http://www. sfu. ca/～richards/Multinet/Pages/multinet. htm)
属性数据和网络数据的联合分析，MultiNet是适合对大数据集和稀疏数据分析的程序。基于DOS平台，最新版本4.38。
(8)NEGOPY(http：//www.sfu.ca/％7Erichards/Pages/negopy4.html)
历史最为悠久的网络分析软件之一，也是国内心理学者经常使用的网络分析软件。该软件最重要的分析功能是依据个人与他人的沟通网络，分辨其沟通角色，即参与者和边缘者。
(9)NetDraw(http: //www.analytictech.com/downloadnd. htm)
NetDraw是简单的绘制网络图的工具，可免费下载。它可以读取UNINET系统文件、UNINET DL文本文件、Pajek文本文件。绘制的图片以WMF、BMP和JPG文件格式保存，也可直接打印。
(10)NetMinerⅡ(http: //www.netminer. com)
NetMiner与UCINET5相比，唯一的缺点就是知名度不够。其他功能都很不错，尤其是在Visualization方面功能更强，最新版本2.4.0。
(11)Pajek(http: //vlado.fmf.uni-lj.si/pub/networks/pajek/default. htm)
Pajek由卢布尔雅那大学于1997年1月正式发布0.1版，是一项基于Windows的免费社会科学软件。通过可视化工具，它允许人们对大量抽象的数据进行分析。
(12)PermNet(http: //www.meijigakuin.ac.jp/～rtsuji/en/software.html)
PermNet是由Tsuji在1997年开发的，最新版本0.94。PermNet程序包含一组对社会网络数据的置换检验。它提供有价值数据的对称检验和传递性检验，以及对二元数据3个一组的统计检验。
(13)PREPSTAR(http: //kentucky.psych.uiuc.edu/pstar/index. html)
该软件是由Crouch和Wasserman在1998年开发成功的，目前最新版本是1.0。PREPSTAR必须预先处理网络数据，将它转换成适合在SPSS或SAS中进行分析的格式。
(14)ReferralWeb(http: //www.research.att.com/～kautz/referralweb)
由人工智能领域开发出来的Java程序，研究交际关系和开发人际网络。程序自动化程度高，但网络连线的定义较为复杂，因此精确度较差。
(15)StOCNET(http: //stat. gamma. rug. nl/stocnet/)
StOCNET是开放式软件系统，以Windows为运行环境，用于社会网络的高级统计分析，目前只有组件Siena。网络数据必须用存储在ASCII格式下的相关矩阵表示，不能实现可视化，最新版本1.5。
(16)STRUCTUER(http: //gsbwww. uchicago. edu/fac/ronald. burt/teaching/STRUC. EXE)
此软件由哥伦比亚大学社会学教授Ronald Burt开发而成，被评为可靠、值得信赖、正确，且兼具效度及信度的网络分析软件，主要用于通用网络结构分析。在分析网络结构时，结构汇集由个人直接及间接接触通路的运算，计算出个人的网络结构，因此提供了许多了解沟通结构的分析指标。STRUC-TURE是DOS命令驱动的系统，只有输入命令才能进行数据管理与网络分析，最新版本4.2。
(17)UCINET(http：//www.analytictech.com/ucinet.htm)
研究者使用较多的、目前最流行的社会网分析软件是UCINET。UCINET是网络分析集成软件，其中包括一维与二维数据分析的NetDraw，还有正在发展应用的三维展示分析软件Mage等，同时集成了pajek用于大型网络分析的Free应用软件程序，可以在其官方网站下载最新版本6.98版。
(18)Visone(http：//www.visone.de/)
交互式的用户图形界面，为人际网络量身订制；创新的网络可视化；支持未经认可的联系；适用于Linux、Windows和Solaris操作系统；以标准格式导入和导出人际网络数据；以SVG、后记或其他格式输出。
此外，还有Iknow、InFlow、Snowball等软件工具，限于篇幅，不再列举[3]。
2五个有代表性的人际网络分析软件工具[4，5]
2.1 UCINET
UCINET6.0是一个理解性的软件，能够分析社会网络和其他相关的数据，是最频繁使用的著名的分析软件。商业产品试用版可以不用注册免费试用30天。UCINET6.0是菜单驱动的Windows程序，通过速度按钮能够实现数据管理，输出到Pajek和Mage，能够登录NetDraw，这3个程序和UCINET是搭配的。两种输出形式：文本型的(保存成日志型在屏幕上显示(见图1))，数据类型(能够作为其他程序的输入)。
UCINET是面向矩阵的，数据集合是一个或多个矩阵的集合。一个简单的UCINET文件包含两个文件：事实数据(.##D)和关于数据的信息(.##H)。UCINET数据可以直接导入也可以新建表单直接录入。输入功能能够处理不同类型的网络数据：未处理的ASCII数据、Excel数据格式，以及来自于其他程序的数据，如KrackPlot，NEGOPY和Pajek。UCINET提供大量的数据管理和转换工具，例如选择子集、合并数据集、序化、转化或记录数据。它能处理双模式数据，也能从双模式数据中提取单模式数据集。

图1 UCINET日志文件(表示中心度分析的结果)
UCINET不包含可视化的过程，但是它却和软件Mage、Netdraw和pajek集成在一起，从而能够实现可视化。UCINET包含图形工具可用来画分散的图、系统树图和数状图，这些图能够保存成BMP格式。这个程序本身并不包含图形处理程序来对网络可视化，但是它有一个快捷按钮来执行程序NetDraw，能自然地读出UCINET的文件。NetDraw是为了网络可视化而开发的，具有较高的图形属性，能导出成Pajek和Mage文件数据。
它包含了大量的网络描述性方法，如中心度、聚集小组、区域和结构洞以及基于过程的方法(如聚类分析、双模式缩放以及结构平衡)。UCINET包含一系列基于过程分析的程序。一个程序是聚类分析，其他的程序是多维缩放、双模式缩放、角色和地位分析、核心或外围模式。聚类分析包括层次分析和非层次分析，输入邻接矩阵，程序就会根据它们之间的关系将这些数据聚成类，图2为一种聚类结果的呈现。

图2单链接层次聚类的树图
2.2 NetMinerⅡ
NetMinerⅡ是一个集成了社会网络分析和可视化研究技术于一身的软件工具，它允许用户可视化交互地研究网络数据，并且帮助检测潜在的网络模式和结构。这个程序是专门为了整合网络的探索性研究和可视化而设计的。为了有利于这种集成，主窗口程序包含了一个地图框架，其中分析的结果能够在地图上反映出来，分离的地图可以控制独立于主工具栏的工具条。另外，还可以设置开发面板来检查/调试分析的结果。图3为NetMiner的主窗口及其特征。

图3 NetMiner的用户界面
NetMiner采用网络数据模型，这个模型最优地整合了分析和可视化。它联合3种类型的变量：邻接矩阵、联系变量和角色特征变量。数据可以3种方式输入：
(1)直接使用嵌入式矩阵编辑器；
(2)导入Excel数据表，用点分隔ASCII数值文件(CSV)；
(3)打开NetMiner数据文件(NTF)，它包含三种类型变量值。数据集被保存为NTF文件或以Excel、CSV或UCINET的DL格式导出。
NetMiner集成了分析和可视化，所以具有较高的图像属性。与其他软件相比，NetMiner的几乎所有的表述结果都能够通过文本和图形的方式表达出来。NetMiner可以根据3个特征变量设置节点的形状、颜色、大小(非连续的和连续的)。图3中，蓝砖石是社会学，红圆圈是人类学，粉红三角是统计学，绿盒是哲学。节点的大小反映了第二特征的数值，大的节点反映了较高的引用率。NetMiner支持各种3D视频，还包含图像编辑器以生成新的图像或编辑现有的图像(添加新的节点和连线)。所有的文件可用多种格式(EPS、GIF、JPEG、PDF、PNG、EMF等)存放。
NetMiner包含多维缩放、通信分析、类分析和矩阵分解程序。这些程序被整合到Explore/Analyze子菜单中，并且在Statistics菜单中作为独立选项使用。该程序也包含一些基于过程的程序，探索网络的角色结构设置。Net-Miner可进行网络统计，包括分析网络的连接和相邻结构的方法、构造子图、计算中心度、分析子网络结构。图4的用户界面显示的是紧密度和中心度的指标地图，该图表显示了NetMiner用户界面和地图框架上的度数统计视觉展示。
2.3 Pajek
Pajek是一个网络分析和可视化的程序，专门为处理大型数据集而设计的。它能够同时处理若干网络，也包括双模式网络以及时间事件网络(Time Event Network)。软件的结构是建立在几种数据结构(网络、分区、转置、群、层级和向量)和这些结构的转换之上的。绘图的功能较强，能够支持二维和三维网络的可视化，如图5所示。这种网络的图形能够保存成几种的图片格式。

图4 紧密度和中心度指标地图

图5 Pajek绘图窗口
网络数据可通过4种方式输入：
(1)在程序内定义一个小网络；
(2)从网络文件中导入ASCII网络数据；
(3)以其他格式从软件包中导入数据；
(4)打开Pajek项目文件(PAJ)，它把所有不同的数据结构合并成一个文件。
Pajek对它所有的数据结构均有操作选择权。例如，网络可以被颠倒顺序，由有向图变成无向图，可以添加或删除联系，通过减少类或删除角色使网络简化。另外，也有丰富的特征变化方式，以及在特征(等级、类别)基础上建立其他数据对象的选择。
Pajek提供纵向网络分析功能。在特定的观察过程中，角色在网络中存在的时间标志可以包含在数据文件中。另外，用户能够生成一系列局部交叉的网络。在这些网络中可以进行分析，网络的发展也能够研究出来(例如，网络中平衡性的发展)。Pajek有强大的图像处理功能，绘图窗口给用户很多选项来处理图表。Pajek也支持3D可视化。这种可视化能使用多种格式存储：EPS、SVG、KIN、BMP以及VRML。Pajek中的每个数据对象都拥有它自己的描述方法。很多方法可以用于描述网络、实例、度的计算、深度、核心或类、中心度、发现关系类型(强、弱、连接、对称)、路径或流、结构空洞和对两个网络的一些二元操作。Info菜单给出了每种数据结构的特征。
2.4 MultiNet
MultiNet是适合分析大型数据集和稀少网络数据的工具。它是菜单驱动的，可获得高级菜单和附加菜单信息，提供结果的图像表示技术和文本输出技术。MultiNet中一些网络分析方法和过程算法原先是包含在独立分开的程序中的。例如，FATCAT与MultiNet执行同样类型的网络分析功能。虽然不和MultiNet合成一体，FATCAT仍然是Windows下的一个独立的DOS程序。另一个与MultiNet集成的程序是PSPAR，它能够评估疏松矩阵的p*模型。
MultiNet是为分析大型网络而设计的，像Pajek一样使用节点和联系列表而不是邻接矩阵作为数据输入。节点文件是网络中所有参与者的列表以及属性值，联系文件是参与者之间联系的列表。有3种输入数据的方式：
(1)打开MultiNet系统文件(MNW)；
(2)导入来自节点文件(NOD)和联系文件(LIN)的ASCII数据；
(3)打开.CSV文件。
网络数据的度、中聚性、紧密性和成分统计均可以被计算，并可得出概率分布。
和NetMiner一样，MultiNet包含的过程算法几乎能把所有的分析规则下产生的输出用图形表达出来。它不仅提供网络的图形表达，也提供柱状图，线性图表，以及所谓的面板图，网络利用特征分解可视化(见图6)。它有一些描述方法和特征分析过程算法，这些能够用来将网络可视化。所有的图像表示是相互影响的，即用户可以点击显示屏来查询特征值或置信水平，或者发现有关节点和连线的信息。该程序也可增强显示效果(旋转，变换，修改)，图像可保存为PS或BT。每次特征分解都将产生一个文本报告，报告中包括当前特征空间的详细信息。

图6标准的特征分解用户界面
2.5 Visone
Visone整合并提升了人际网络分析和可视化，它有利于专家和新手对网络数据的可视化进行探索研究。Visone的特点是将复杂的分析和数据处理转换变得更加明晰、直观，可读性强，迎合了社会学家的需求。但是，Visone是一个中小型的人际网络分析软件，应该满足条件n+m≤1000，在这个范围内，算法在0(nm)时间内执行，如果超过这个范围的网络，建议使用其他大型的网络分析软件，如Pajek。

图7 Visone主界面
Visone是一种促进人际网络可视化探测的工具，它拥有为人际网络量身订制的交互式用户图形界面，创新了网络可视化(见图7)。人际网络分析在社会科学领域中是一种方法论，使用图表理论概念描述、理解和解释社会结构。Visone软件尝试整合人际网络的分析和可视化技术，被用于研究和教学领域，它特别的设计使专家和初学者以相同的方式准确地、轻而易举使用创新和先进的可视化方法。除社会科学领域外，该工具的许多特征在其他领域也是非常有用的。它有一些选项来改进网络的布局，可视化的结果能够导出，并且支持未经认可的联系。分析方法包括局部测量、距离测量和反馈测量、特征向量、权威节点等。

Visone包含几种不同的算法以实现画图和分析结果的表达功能。它使用弹环嵌入、光谱布局、分层布局(见图8)和射线布局(见图9)来表述网络。与更传统的数学软件相比，Visone强调以交互图的方式补充人们的分析选项。

图8分层布局

图9射线布局
3 五种典型分析软件的一般比较
表1对上述5种人际网络分析软件的目标和特征进行了描述。列出了常见的几种人际网络分析软件的比较，主要从软件的版本、运行平台、目标、对数据的处理、软件功能以及支持几个角度进行分类比较。

其中，软件的目标是针对不同类型的网络及分析目的进行分类的；对数据的处理包括：软件能够处理数据的类型、软件的输入。其中，数据的类型主要反映的是网络的类型，即完整的网络、以个人为中心的网络、大型网络和关联网络；数据的输入主要考察软件的输入方法和类型，即邻接矩阵和点线输入方法；软件功能主要从软件是否可视化、非统计分析和统计分析3个角度对其评价，其中，非统计分析指标包含3个方面：网络描述、结构和位置、角色和地位。对于统计分析主要有5种类型的分析：统计网络描述、网络内部和网络之间的关系、网络和成员属性之间的关系、成员的分类和比较以及网络的动态性。
4 结语
人际网络分析是目前国内外社会科学、信息情报学等学科领域的研究热点。人际网络分析软件工具的开发和应用，国外领先于国内。本文从一般到具体，对国外人际网络分析的相关软件工具进行了分析、讨论和比较，为进一步的研究实践奠定基础。
*本文系教育部人文社会科学研究规划项目“基于知识管理的竞争情报活动中人际网络构建研究”(项目编号：05JA870006)和南京理工大学经济管理学院预研项目的研究成果之一。
【参考文献】
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