 |
Urban Scaling in Socio-economic Data
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
125280 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Vattay, Gábor |
| Title in Hungarian |
Szocio-ökonómiai adatok skálázás a városméret függvényében |
| Title in English |
Urban Scaling in Socio-economic Data |
| Keywords in Hungarian |
városméret skálázás, komplex rendszerek, statisztikus fizika, hálózatok |
| Keywords in English |
urban scaling, complex systems, statistical physics, networks |
| Discipline |
| Physics (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Statistical physics |
|
| Panel |
Physics 1 |
| Department or equivalent |
Department of Physics of Complex Systems (Eötvös Loránd University) |
| Participants |
Becsné Bokányi, Eszter
Csabai, István
Sóti, Attila
Zentai, János
|
| Starting date |
2017-12-01 |
| Closing date |
2020-05-31 |
| Funding (in million HUF) |
19.972 |
| FTE (full time equivalent) |
3.27 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az egyes városokat jellemző szocio-ökonómiai jellemzők skálaviselkedését a városméret függvényében az elmúlt tíz évben ismerték fel. Mára több mint száz, a munkanélküliséget, az iskolázottságot, a jólétet, a GDP-t, az innovációt, a bűnözés, a betegségek és az anyagi-infrastruktúrális hálózatok adatainak skála viselkedését tárták fel empírikusan. Az elmúlt években több modell is született a jelenség leírására. Például, az innováció, a szabadalmak számának városmérettől való anomális függésére modellt dolgozak ki, ami kapcsolatot teremt a városokban található komplex szociális hálózatok tulajdonságait és a szabadalmak számának méret exponense között. A múlt évben pedig egy egyesítő modell született, amely egy random multiplikatív folyamattal modellezi a jelenséget és sikerült olyan új egyenleteket levezetnie, amelyek eddig fel nem ismert univerzális viselkedést írnak le, amelyek nagy pontossággal teljesűlnek az eddig összegyűlt adatokon. Kutatásunk célja, hogy megvizsgáljuk mennyire ír le ez az új modell eddig nem vizsgált területeket. Az egyik terület, az USA választások és az UK BREXIT választások szavazatainak városméret skálázása. Előzetes eredményeink szerint a skálázás fennáll, de új univerzalitási osztályt kell bevezetni. A másik vizsgált területünk a városokban generált szöveges tartalmak (pl. szociális hálózat üzenetek) szó gyakoriságainak skálázása, illetve maga a szöveges tartalom generálási sebességének városméret függése. Twitter üzenetek milliárdjainak előzetes elemzésével úgy látjuk, hogy itt is anomális viselkedés lép fel, a skálázás precízen jelen van, de más univerzalitási osztályba tartozik, mint a korábban vizsgált jelenségek.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A városi skálázás legújabb elméletében a jelenségek létrejöttét egy M feltételes folymatnak tekintik. Minden feltételt vagy az egyénnek kell teljesítenie vagy a városnak szolgáltatnia. Mivel a városokban a diverzitás és ezen keresztül a szolgáltatott lehetőségek száma logaritmikusan növekszik a városmérettel, a nagyobb városokban könnyebben képes megvalósulni egy
ilyen folyamat. (Például egy szabadalom megírásához szükség van szabadalmi ügyvivőre, az ötletre, a pénzügyi forrásokra és még több egyébb feltételre. Ha ezek mind megvannak, csak akkor jön létre egy szabadalom. Ezeket a feltételeket vagy az egyén saját maga képes kielégíteni, vagy a várost kell segítségül hívnia.) Ez az elméleti modell konkrét kapcsolatokra vezet a skálafüggvény exponense és az abszolut értékét meghatározó arányossági állandó között. Valamint az azonos méretű városok között meglévő eloszlásokra egy lognormális eloszlást jósol, melynek szórása kifejezhető a skála exponenssel és a különböző városi skálázást mutató jelenségek eéoszlásait összeskálázhatóvá teszik.
Mi ezt az elméletet fejlesztjük tovább arra az esetre, ha egymással versengő mennyiségekről van szó. Ilyen a kétpárti politikai választások vagy a szövegekben a szavak választása során fellépő versengés. Előzetes vizsgálataink azt mutatják, hogy az ilyen jelenségek főbb tulajdonságai megegyeznek az alapmodelével, de új összefüggések is generálódnak a versengés következtében, amik megváltoztatják az univerzalitási osztályt.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Úgy véljük, hogy a városméret skálázás az egyik első eset, amikor a társadalmi folyamatok egyszerű mikro modelljeiből világosan kiszámítható a társadalomat leíró makroszkopikus viselkedés, ami az egyik első lépés lehet a társadalmi viselkedés gyakorlatilag is használható termodinamikai típusú leírásához. Esetünkben a Hausmann et al. (Gomez-Lievano, A., Patterson-Lomba, O., and Hausmann, R. (2016). Explaining the prevalence, scaling and variance of urban phenomena. Nature Human Behaviour, 1:0012.2017) modelljét alkalmazhatjuk az emeberek pártválasztásának mikro szintű leírására, melynek eredményeként makroszkopikusan helyesen tudjuk meghatározni az egyes pártok eredményeinek városméret függését.
Ez egyedülálló lehetőség arra, hogy teszteljük a szocio-fizika eredményeit és további makroszkópikos összefüggéséket vezessünk le. Hasonlóan, a városokban generálódott szöveges információk skálázása arra utal, hogy a kreatív folyamat az egyének szintjén is sokkal intenzívebb a nagyobb városokban és ez nagyon pontos törvényszerűségeket követ, melyeket korábban nem lehetett ilyen természettudományos minőségű precizitással leírni.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A legtöbb szocio-ökonómiai indikátor a nagyvárosokban gyorsabban nő mint a város lakossága és ennek eredményeként a nagyvárosok aránytalanul nagy központjaivá válnak az innovációnak és a jólétnek. A város lakosságánál lassabban nőnek
az anyagi mennyiségeket, melyek az infrastruktúrák méret-gazdaságosságával hozhatók kapcsolatba, és így a nagyvárosokban relatíve kevesebb útra, kábelre van szükség, így a nagyvárosi élet aránytalanul olcsóbb. E két természetes tendencia mára óriási feszültségeket hozott létre az egyes országokon belül a metropoliszokban és a gyéren lakott területeken élő lakosság lehetőségei és életkilátásai között. Az itt tervezett kutatás a statisztikus fizika és a komplex rendszerek kutatási módszereivel vizsgálja ezeket a jelenségeket, melyek megértése segíthet abban, hogy ezeket a mélyülő társadalmi problémákat orvosoljuk.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the last ten years, the urban scaling of major socio-economic indicators became one of the most interesting aspects of the sociophysical modeling of urban phenomena. As of today, hundreds of indicators from GDP to crime and diseases has been studied and scaling laws in terms of the population sizes of cities have been established. New theories based on social networks in cities have been developed to explain the observed scaling exponents, especially in the area of social innovation. In 2016
a new universal theory came to light, which was able to put all these diverse urban phenomena on the same footing. Universal relations have been derived establishing yet unknown relations between seemingly independent aspects of the data. Our goal is to extend the emerging theory for two new domains: political process e.g. dependence of party election results from city population and textual content generation in social networks (twitter) in large cities. In both cases, our preliminary studies indicate that scaling laws can be firmly established, but these two phenomena belong to new yet undiscovered universality classes.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
In the latest theory of urban scaling M conditions should be met simultaneously in order to produce an urban phenomenon. For example, producing a patent may require a patent attorney, ideas, financial funds etc. Only if all these are present can a patent be realized. Since diversity grows logarithmically with city size, larger cities can provide more conditions and the inventor should possess less of them. This simple mathematical model generates new interrelations between the scaling exponents and the overall proportionality factors of a given urban phenomena. Also, variations between city sizes can be scaled to a universal curve by using the dependence of the variance from the scaling exponent.
We study how these basic features and predictions of the theory get modified when we regard competitive processes, such as two-party competition for votes or multi-word competition for textual space.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
We think that this is the first well-established case when one can understand the macroscopic "thermodynamic" behavior of society from micro-laws governing human behavior. In our case, the general model set forward in Hausmann et al. (Gomez-Lievano, A., Patterson-Lomba, O., and Hausmann, R. (2016). Explaining the prevalence, scaling and variance of urban phenomena. Nature Human Behaviour, 1:0012.2017) can be adopted to both voting behaviour and also to the creative text generation process. It seems, that the new model and its macroscopic predictions are more precise than we are used to in models of the social processes, and can lead to a fully quantitative description of the society in the future.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Most urban socioeconomic indicators grow faster than the city population and as a result, larger cities are disproportionally the centers of innovation and wealth. Material quantities displaying economies of scale associated with infrastructure, where the agglomeration into cities pays off in having to provide fewer roads, shorter cables etc. Thus, material costs related to living in larger cities is disproportionally low. These processes result in an ever growing gap between the living conditions and prospects of the population living in metropolitan areas and rural areas. Our research uses the tools of statistical physics and complex systems to understand the underlying rules and can lead to better strategies for policy makers to improve this situation.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
