The diffusion of ideas and language in society has conventionally been described by S-shaped models, such as the logistic curve. However, the role of sub-exponential growth -- a slower-than-exponential pattern known in epidemiology -- has been largely overlooked in broader social phenomena. Here, we present a piecewise power-law model to characterize complex growth curves with a few parameters. We systematically analyzed a large-scale dataset of approximately one billion Japanese blog articles linked to Wikipedia vocabulary, and observed consistent patterns in web search trend data (English, Spanish, and Japanese). Our analysis of 2,963 items, selected for reliable estimation (e.g., sufficient duration/peak, monotonic growth), reveals that 1,625 (55%) diffusion patterns without abrupt level shifts were adequately described by one or two segments. For single-segment curves, we found that (i) the mode of the shape parameter $α$ was near 0.5, indicating prevalent sub-exponential growth; (ii) the peak diffusion scale is primarily determined by the growth rate $R$, with minor contributions from $α$ or the duration $T$; and (iii) $α$ showed a tendency to vary with the nature of the topic, being smaller for niche/local topics and larger for widely shared ones. Furthermore, a micro-behavioral model of outward (stranger) vs. inward (community) contact suggests that $α$ can be interpreted as an index of the preference for outward-oriented communication. These findings suggest that sub-exponential growth is a common pattern of social diffusion, and our model provides a practical framework for consistently describing, comparing, and interpreting complex and diverse growth curves.


翻译:思想与语言在社会中的传播传统上由S形模型(如逻辑曲线)描述。然而,亚指数增长——一种在流行病学中已知的慢于指数增长的模式——在更广泛的社会现象中很大程度上被忽视。本文提出一种分段幂律模型,以少量参数刻画复杂增长曲线。我们系统分析了约十亿篇与维基百科词汇关联的日本博客文章的大规模数据集,并在网络搜索趋势数据(英语、西班牙语和日语)中观察到一致模式。通过对2,963个选定项目(基于可靠估计标准,如足够持续时间/峰值、单调增长)的分析,发现其中1,625个(55%)无突跃水平变化的传播模式可由一个或两个分段充分描述。对于单段曲线,我们发现:(i)形状参数$α$的众数接近0.5,表明亚指数增长普遍存在;(ii)峰值传播规模主要由增长率$R$决定,$α$或持续时间$T$的影响较小;(iii)$α$倾向于随主题性质变化,小众/本地主题的$α$较小,广泛共享主题的$α$较大。此外,基于外向(陌生人)与内向(社区)接触的微观行为模型表明,$α$可解释为外向型沟通偏好的指标。这些发现说明亚指数增长是社会传播的常见模式,而我们的模型为一致描述、比较和解释复杂多样的增长曲线提供了实用框架。

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