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信息熵在社会序列分析中的应用(四):实战案例与总结

· 10 min

在当代社会研究中,个体生命轨迹愈发呈现出多样化与非线性的特征:人们的教育路径不再单一,职业经历频繁变动,婚育模式也更加多元。

在这一背景下,如何量化这种轨迹的复杂性与多样性?

信息熵作为衡量“不确定性”的核心指标,提供了一种简洁而有力的解决方案。

本系列文章将围绕“信息熵在社会序列分析中的应用”展开,结合实际示例,从通用熵的基本概念,到横截面熵、纵向熵、局部熵,再到综合指标与实战案例,系统讲解如何用熵来刻画个体路径、群体差异和社会变迁。

在信息熵的前几期探讨中,我们系统梳理了其理论基础、计算逻辑与在社会科学中的意义。本篇作为系列的收官之作,将目光投向实证应用:如何通过不同类型的熵指标,从微观的个体生命轨迹中读出宏观的社会变迁?如何将抽象的“复杂性”量化为可比较的数值指标,并据此观察社会流动性、职业路径多样性与标准化趋势的历史演变?

为了直观演示熵分析的力量,我们以模拟数据为例,重建1950年代至1990年代出生人群的职业轨迹,分别计算并可视化横截面熵、纵向熵与局部熵。尽管数据是虚构的,但指标逻辑与解释框架均基于真实研究场景。通过这些熵指标的趋势变化,我们得以从时间和结构两个维度,洞察社会结构“去标准化”的动态过程,揭示背后深层的制度与观念转型。

本篇不仅是一次方法实操演练,更是对前文理论内容的汇总与再阐释:信息熵,如何在定量研究中扮演描述性解释性比较性的三重角色。

数据背景#

我们分析1950-1990年代出生人群的职业轨迹,通过三种熵指标揭示社会变迁的深层动态。由于目前缺乏这样的数据,我们在这里暂且对数据进行模拟。

熵指标综合分析#

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 横截面熵数据和可视化
# 反映特定时间点的状态分布多样性
# 从0.40上升到0.60,表明同一时间点的职业状态分布越来越多元
# 社会流动性增加,职业选择更加开放
cross_sectional_data = {
'cohort': ['1950s', '1960s', '1970s', '1980s', '1990s'],
'cross_sectional_entropy': [0.40, 0.45, 0.50, 0.55, 0.60]
}
def plot_cross_sectional_entropy(data):
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.bar(data['cohort'], data['cross_sectional_entropy'], color='#7eb0d5')
plt.title('Cross-Sectional Entropy Across Cohorts', fontsize=16)
plt.xlabel('Birth Cohort', fontsize=14)
plt.ylabel('Cross-Sectional Entropy', fontsize=14)
plt.ylim(0, 1)
plt.show()
# 纵向熵数据和可视化
# 揭示个人生命历程的复杂性
# 从0.42稳步上升到0.62
# 个人职业轨迹越来越不可预测
# 生命路径变得更加多样和非线性
longitudinal_data = {
'cohort': ['1950s', '1960s', '1970s', '1980s', '1990s'],
'longitudinal_entropy': [0.42, 0.47, 0.53, 0.58, 0.62]
}
def plot_longitudinal_entropy(data):
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(data['cohort'], data['longitudinal_entropy'], marker='o', color='#fd7f6f')
plt.title('Longitudinal Entropy Across Cohorts', fontsize=16)
plt.xlabel('Birth Cohort', fontsize=14)
plt.ylabel('Longitudinal Entropy', fontsize=14)
plt.ylim(0, 1)
plt.show()
# 局部熵数据和可视化
# 反映生命历程中关键转折期的不确定性
# 从0.38上升到0.56
# 生命重要阶段的状态变化越来越复杂
# 关键转折期(如职业转换)的不确定性增加
local_entropy_data = {
'cohort': ['1950s', '1960s', '1970s', '1980s', '1990s'],
'local_entropy': [0.38, 0.41, 0.45, 0.52, 0.56]
}
def plot_local_entropy(data):
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.bar(data['cohort'], data['local_entropy'], color='#8bd3c7')
plt.title('Local Entropy Across Cohorts', fontsize=16)
plt.xlabel('Birth Cohort', fontsize=14)
plt.ylabel('Local Entropy', fontsize=14)
plt.ylim(0, 1)
plt.show()
# 主执行函数
def main():
# 分别绘制三种熵的变化
plot_cross_sectional_entropy(cross_sectional_data)
plot_longitudinal_entropy(longitudinal_data)
plot_local_entropy(local_entropy_data)
# 运行主函数
if __name__ == '__main__':
main()
"""
熵分析深度解读:
1. 横截面熵(Cross-Sectional Entropy)
- 反映特定时间点的状态分布多样性
- 揭示社会在某一时刻的多元化程度
- 从0.40上升到0.60,显示职业选择越来越开放
2. 纵向熵(Longitudinal Entropy)
- 展现个人整个生命历程的复杂性
- 追踪个人职业轨迹的不可预测性
- 从0.42上升到0.62,表明生命路径变得更加多样
3. 局部熵(Local Entropy)
- 捕捉生命关键转折期的不确定性
- 聚焦特定时间窗口的状态变化
- 从0.38上升到0.56,说明关键时期变化越来越复杂
理论支持:
- 支持"生命历程去标准化"理论
- 反映社会结构的深层转型
- 驱动因素包括教育、技术、经济和社会观念变革
"""

example_cross_sectional_entropy

example_longitudinal_sectional_entropy

example_local_entropy

结果解读#

生命历程去标准化理论#

  1. 趋势证据
  1. 深层社会变迁
  1. 驱动因素

小结#

  1. 多维度熵分析
  1. 趋势一致性
  1. 社会变迁的量化描述

未来研究方向

生命轨迹的熵增长不仅是数值变化,更是社会深层结构转型的微观映射。熵,也能作为理解现代社会复杂性的桥梁。

总结:选择合适的熵指标#

针对不同研究问题,应选择不同类型的熵:

熵类型标准化目的主要优势
横截面熵消除不同时间点状态分布的绝对差异便于跨时间、跨群体比较
纵向熵标准化个人轨迹的复杂性减少序列长度和状态数量的影响
局部熵归一化特定时间窗口的变化强度提供可比较的转折期强度指标

在社会序列分析中,我们给通用熵”披上外衣”(标准化为横截面熵、纵向熵、局部熵)的根本原因是:标准化能够将复杂的社会动态转换为可比较、可解释的数值。原始熵容易受到序列长度、状态数量的影响,而标准化后的熵指标可以:

  1. 消除技术性差异
  2. 提供直观的0-1尺度
  3. 增强跨群体、跨时间的比较性
  4. 降低数据分析的随意性

简而言之,标准化是将社会复杂性转化为可理解语言的关键工具。


学习加餐:为什么 AI 领域也关心 Entropy?#

信息熵在机器学习和人工智能中扮演着很重要的角色,尤其是在建模时序数据、理解用户行为轨迹、增强模型解释性等方面。

信息熵(Entropy)是衡量“数据不确定性”最基本的工具。在机器学习中,它常被用来:

推荐阅读:

Barbiero, P., Ciravegna, G., Giannini, F., Liò, P., Gori, M., & Melacci, S. (2022). Entropy-based logic explanations of neural networks *In Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence, 36(6), 6046–6054.