基于社团检测的复杂网络中心性方法

论证了社团检测函数模块密度的优化进程能转化为核矩阵的特征谱分.基于核矩阵最大特征值对应的特征向量,提出了一种新的中心性方法,称为模块密度中心性方法.与以往中心性度量方法不同,这种方法以模块密度检测复杂网络中的社团结构为基础,度量了第一个节点到它分配社团上的贡献,对社团的贡献越大,该节点的中心性值越高,反之亦然.通过合成网络和标准数据集网络,验证了该方法,并同其他中心性方法进行了比较,实验表明提出的模块密度中心性方法对网络中关键节点有更好的解和稳定性.进一步在计算机产生的两个大的随机网络和来自现实世界的两个大的复杂网络中,研究了模块密度中心性方法的统计分布.结果表明了提出的中心性方法能够刻画复杂网络的拓扑结构属性.     

基于中心性和模块特性的关键蛋白质识别

针对蛋白质相互作用（protein-protein interaction,PPI）网络中存在大量噪声以及现有关键蛋白识别方法准确率不高等问题,提出了一种基于中心性和模块特性（united centrality and modularity,UCM）的方法来识别关键蛋白质。首先,整合蛋白质拓扑数据和生物数据构建多元属性网络,以降低PPI网络中噪声的影响;其次,根据关键蛋白质的拓扑特性和生物特性,提出一种挖掘稠密且高度共表达的关键模块算法,从多元属性网络中挖掘高可靠性的关键模块,以从多维角度强化关键蛋白质在模块中的重要程度;最后,整合蛋白质的中心性和模块化特性,设计一种衡量蛋白质关键性的策略（essential integration strategy,EIS）,以提高识别高关键蛋白质的准确率。UCM方法应用在DIP数据集上进行验证,实验结果表明,与其他10种关键蛋白质识别方法相比较,该方法具有较好的识别性能,能够识别更多的关键蛋白质。     

CSBF: A static ensemble fusion method based on the centrality score of complex networks

Ensemble of classifiers can improve classification accuracy by combining several models. The fusion method plays an important role in the ensemble performance. Usually, a criterion for weighting the decision of each ensemble member is adopted. Frequently, this can be done using some heuristic based on accuracy or confidence. Then, the used fusion rule must consider the established criterion for providing a most reliable ensemble output through a kind of competition among the ensemble members. This article presents a new ensemble fusion method, named centrality score-based fusion, which uses the centrality concept in the context of social network analysis (SNA) as a criterion for the ensemble decision. Centrality measures have been applied in the SNA to measure the importance of each person inside of a social network, taking into account the relationship of each person with all others. Thus, the idea is to derive the classifier weight considering the overall classifier prominence inside the ensemble network, which reflects the relationships among pairs of classifiers. We hypothesized that the prominent position of a classifier based on its pairwise relationship with the other ensemble members could be its weight in the fusion process. A robust experimental protocol has confirmed that centrality measures represent a promising strategy to weight the classifiers of an ensemble, showing that the proposed fusion method performed well against the literature.     

基于模块度优化的蛋白质网络集团探测与分析

探测蛋白质相互作用网络中的功能模块对于理解生物系统的组织和功能具有重要的意义。目前,普遍的做法是将蛋白质相互作用网络表示成一个图,利用各种图聚类算法来挖掘功能模块。本文采用了基于模块度优化的图聚类算法来探测蛋白质相互作用网络中的集团,从具有2617个节点11855个相互作用的酵母蛋白相互作用网络中探测出68个集团。对于得到的集团,首先从拓扑结构的角度验证其的确是内部连接稠密的子图,然后分析了MIPS数据库中ComplexCat提供的已知的蛋白质复合体与这些集团的重叠情况,发现很多蛋白质复合体完全包含在某些集团中,最后使用超几何聚集分布的P值来分析一个集团对某个特定功能的富集程度,并根据最小的P值对应的功能来注释该集团的主要功能,发现集团中大部分的蛋白质具有相同的功能。研究结果表明,该方法探测的集团具有重要的生物学功能意义。     

Topology-aware virtual network embedding based on closeness centrality

Network virtualization aims to provide a way to overcome ossification of the Internet. However, making efficient use of substrate resources requires effective techniques for embedding virtual networks: mapping virtual nodes and virtual edges onto substrate networks. Previous research has presented several heuristic algorithms, which fail to consider that the attributes of the substrate topology and virtual networks affect the embedding process. In this paper, for the first time, we introduce complex network centrality analysis into the virtual network embedding, and propose virtual network embedding algorithms based on closeness centrality. Due to considering of the attributes of nodes and edges in the topology, our studies are more reasonable than existing work. In addition, with the guidance of topology quantitative evaluation, the proposed network embedding approach largely improves the network utilization efficiency and decreases the embedding complexity. We also investigate our algorithms on real network topologies (e.g., AT&T, DFN) and random network topologies. Experimental results demonstrate the usability and capability of the proposed approach.     

模块度增量与局部模块度引导下的社区发现算法

社区结构是复杂网络的重要特性之一,基于层次聚类的社区发现算法很好地利用了模块度来挖掘网络中的社区结构,但其局限性也导致算法对社区结构复杂的网络划分不够准确、无法发现小于一定规模的社区。在层次聚类的基础上,提出引入局部模块度来弥补模块度在划分社区时的不足,避免可能出现的划分不合理情况。通过真实数据集和人工网络进行了验证,实验结果证明,该算法具有可行性与有效性。     

基于模块度函数的加权蛋白质复合物识别算法

针对加权模块度函数聚类算法在蛋白质相互作用网络中进行复合物识别的准确率不高、召回率较低以及时间性能不佳等问题进行了研究,提出一种基于模块度函数的加权蛋白质复合物识别算法IWPC-MF（Algorithm for Identifying Weighted Protein Complexes based on Modularity Function）。融合点聚集系数改进边聚集系数,将改进后的边点聚集系数与基因共表达的皮尔逊相关系数结合来构建加权蛋白质网络;基于节点权重选取种子节点,遍历种子的邻居节点,设计节点间的相似度度量和蛋白质附着度来获取初始聚类模块;设计基于紧密度的蛋白质复合物模块度函数来合并初始模块,并最终完成复合物的识别,克服传统的模块度函数无法识别出重叠和规模较小的复合物的缺陷。将IWPC-MF算法应用在DIP数据上进行复合物的识别,实验结果表明IWPC-MF算法的准确率和召回率较高,能够较准确地识别蛋白质复合物。     

Evolving networks： from topology to dynamics

A multi-local-world model is introduced to describe the evolving networks that have a localization property such as the Intemet. Based on this model, we show that the traffic load defined by “betweenness centrality” on the multi-local-world scale-flee networks‘ model also follows a power law form. In this kind of network, a few vertices have heavier loads and so play more important roles than the others in the network.     

Neural networks for learning in the real world: representation, reinforcement and dynamics

It is argued that the backpropagation learning algorithm is unsuited to tackling real world problems such as sensory-motor coordination learning or the encoding of large amounts of background knowledge in neural networks. One difficulty in the real world - the unavailability of ‘teachers’ who already know the solution to problems, may be overcome by the use of reinforcement learning algorithms in place of backpropagation. It is suggested that the complexity of search space in real world neural network learning problems may be reduced if learning is divided into two components. One component is concerned with abstracting structure from the environment and hence with developing representations of stimuli. The other component involves associating and refining these representations on the basis of feedback from the environment. Time-dependent learning problems are also considered in this hybrid framework. Finally, an ‘open systems’ approach in which subsets of a network may adapt independently on the basis of spatio-temporal patterns is briefly discussed.     

多层网络的结构与功能研究进展

社区发现旨在挖掘复杂网络蕴含的社区结构,是复杂网络分析的重要任务之一. 然而,现有的社区发现方法大多针对单层网络数据,对现实世界中广泛存在的多层网络数据的研究较少. 针对多层网络的社区发现问题,提出了一个基于2阶段集成的社区发现算法,以提高社区发现结果的准确性和可解释性. 首先,在各层分别得到基社区划分;其次以各层社区划分结构信息为主并结合其他各层网络得到的基社区划分中最优的社区划分信息进行局部集成;再次,基于信息熵对各层局部社区划分中各个社区的稳定性进行度量,并通过其他层社区划分结果来对各个局部社区划分的准确性进行评价;最后,基于各个社区以及社区划分的重要性进行全局加权集成得到最终的社区划分结果. 在人造多层网络和真实多层网络数据上与已有的多层网络社区发现算法进行了比较分析. 实验结果表明,提出的算法在多层模块度、标准化互信息等评价指标上优于已有算法.

     

NOBEL: 一种基于拓扑信息与监督学习的蛋白质复合物识别方法

蛋白质复合物对于生物学家有效了解细胞组织和功能具有重要意义,如何通过计算方法从蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络中识别复合物是当前研究热点之一。然而,由于PPI网络中存在大量假阴性和假阳性噪声数据且现有已知蛋白质复合物并不完整,使得如何克服PPI网络的噪声问题,以及更好地利用已知蛋白质复合物,成为蛋白质复合物识别亟待解决的关键问题。为此,该文提出一种基于蛋白质复合物拓扑信息,利用监督学习进行蛋白质复合物识别的算法(NOBEL)。首先,NOBEL根据蛋白质的生物信息和拓扑信息构建加权PPI网络,降低了网络中的噪声问题;然后,通过加权PPI网络和未加权PPI网络提取复合物拓扑信息作为特征,并根据提取的特征训练监督学习模型,使得监督学习模型能有效学习复合物蕴含的信息;最后,将训练好的模型应用于PPI网络识别蛋白质复合物。作者在四种真实PPI网络上进行了实验,实验结果表明,NOBEL与其他七种蛋白质复合物识别算法相比,在F-measure方面分别至少提高了4.39%(Gavin)、1.32%(DIP)、2.39%(WI-PHI_core)和2.34%(WI-PHI_extend)。     

梯度算法下RBF网的参数变化动态

分析神经网络学习过程中各参数的变化动态,对理解网络的动力学行为,改进网络的结构和性能等具有积极意义.本文讨论了用梯度算法优化误差平方和损失函数时RBF网隐节点参数的变化动态,即算法收敛后各隐节点参数的可能取值.主要结论包括:如果算法收敛后损失函数不为零,则各隐节点将位于样本输入的加权聚类中心;如果损失函数为零,则网络中的冗余隐节点将出现萎缩、衰减、外移或重合现象.进一步的试验发现,对结构过大的RBF网,冗余隐节点的萎缩、外移、衰减和重合是频繁出现的现象.     

动态蛋白质网络的构建、分析及应用研究进展

蛋白质组学的快速发展,特别是高通量技术的发展产生了大量的蛋白质相互作用数据,为人们从更深层次理解蛋白质之间的相互作用及其在复杂疾病的作用机理提供了基础.一个生物体内所有的蛋白质与蛋白质之间的相互作用组成的网络称为蛋白质网络.传统的研究多是基于静态的蛋白质网络模型.然而,由于蛋白质自身表达的动态性及蛋白质间相互作用的动态性,真实的蛋白质网络会随着时间和条件不断变化,与疾病的发生和发展有关的蛋白质功能模块也与这种动态变化密切相关.因此,研究者已经把注意力从关注蛋白质网络的静态属性转移到动态属性上,提出了一系列的动态蛋白质网络的构建方法.在介绍静态蛋白质网络的基础上,分类讨论了动态蛋白质网络的构建方法,将现有的动态蛋白质网络的构建方法归纳为基于蛋白质表达动态性的方法、基于多状态下表达及相关性变化的方法和基于时空动态变化的方法这3类：第1类体现的是蛋白质自身表达随时间演化的动态性,第2类则表现为不同条件下蛋白质之间表达相关性的改变,第3类则体现了蛋白质及蛋白质相互作用在时间和空间上的动态变化.然后,对动态蛋白质网络的蛋白质节点和相关子网络进行了动态分析并详细介绍了动态蛋白质网络在复杂疾病中的一些主流应用,如蛋白质复合物识别、蛋白质功能预测、生物标志物识别、疾病基因预测等.最后,对动态蛋白质网络所面临的挑战与未来的研究方向进行了探讨.     

融合特征向量中心性与标签熵的标签传播算法

重叠社区结构挖掘旨在发现复杂网络中多个独立社区之间的重叠部分，其在社交、交通、舆情乃至反恐等领域具有广泛的应用。然而，目前基于标签传播的重叠社区挖掘算法在社区结构模糊的网络中表现出较强的随机性，导致准确度不高。针对重叠社区模糊边界导致的不确定性和低准确度问题，提出一种融合特征向量中心性与标签熵的标签传播算法ECLE-LPA。ECLE-LPA通过融合节点的K-核迭代因子与特征向量中心性来计算节点影响力并初始化节点标签，在标签传播过程中，通过节点标签熵和节点间亲密度更新节点标签列表及其标签隶属度，从而较好地克服了社区模糊边界的识别问题。实验结果表明：在Les Miserables、Polbooks、Football、Polblogs和Netscience等真实网络中，ECLE-LPA划分结果的EQ值普遍比对比算法提高了1%～3%;在社区结构模糊的人工网络中，ECLE-LPA划分结果的NMI值比其他标签传播算法提高了10%以上。     

一种蛋白质复合体模块度函数及其识别算法

蛋白质复合体对于研究细胞活动具有重要意义.随着新的生物实验技术的不断出现,产生了大量的蛋白质相互作用网络.通过对蛋白质相互作用网络进行聚类识别蛋白质复合体是当前研究热点.然而,目前大多数蛋白质复合体识别算法的性能不够理想.为此,提出了蛋白质复合体模块度函数(PQ),并在此基础上提出了基于蛋白质复合体模块度函数的模块合并(based on protein complexes modularity function for merging modules, BMM)算法.BMM算法首先识别网络中一些稠密子图作为初始模块,然后依据PQ函数对这些初始模块进行合并,最终得到了质量较高的蛋白质复合体.将识别出的复合体分别与2种已知的蛋白质复合体数据集进行比对,结果表明BMM算法具有很好的识别性能.此外,与其他最新的识别算法相比,BMM算法的识别准确率较高.     

随机走步软聚类识别蛋白质网交叠功能模块

认定蛋白质交互网中的功能模块对于理解细胞的组织结构,处理过程及其功能都是至关重要的。由于一个蛋白质可能具有多重功能因此蛋白质功能模块可能会相互交叠。然而,目前已有的一些识别功能模块的软聚类算法有如下两个缺陷：一是一些算法需要阈值来截断聚类;二是有些算法需要预设聚类数目。为了克服这两个缺陷,提出了随机走步软聚类识别算法来认定蛋白质交互网中的交叠功能模块。实验结果表明该算法在无需任何参数的情况下能发现一些重要的交叠功能模块。     

复杂网络社区分解中模块度的设计与分析

如何衡量复杂网络社区分割的好坏是近来研究的一个难点。Newman和Grivan提出了模块度的概念,是目前广泛接受的衡量标准,但是模块度在应用上存在自身难以客服的缺陷,因此改进模块度和定义新的衡量标准是近来研究的一个热点,我们提出了聚内系数和网络密度的概念,并论证了当社区结构差异较大时其能比模块度得到更加合理的划分。     

用于成对PPI网络比对的分治与整合算法

生物网络比对是分析不同生物间进化关系的重要手段,它可以揭示不同物种间的保守功能并为物种间的注释转移提供重要信息。网络比对与子图同构类似,是一个NP-hard问题。本文提出了一种新的分治与整合策略的生物网络比对算法。首先进行模块划分,并根据已有的比对信息计算模块相似性;然后根据模块间结点的子比对获取候选结果集,最终通过超图匹配获得比对结果。使用已有的比对信息的集体行为预估模块间的相似性,大大提高了模块匹配的效率。基于路径和结点的得分函数保证了模块内结点的相似性。对于不同网络间结点的相似性,分别从结点自身和结点间的差异进行相似性判断。与现有算法相比,本文算法在生物和拓扑指标上均表现最佳。     

Developer social networks in software engineering:construction,analysis,and applications

With the increasing popularity of Internet, more and more developers are collaborating together for software development. During the collaboration, a lot of information related to software development, including communication and coordination information of developers, can be recorded in software repositories. The information can be employed to construct Developer Social Networks （DSNs） for facilitating tasks in software engineering. In this paper, we survey recent advances of DSNs and examine three fundamental steps of DSNs, namely construction, analysis, and applications. We summarize the state-of-the-art methods in the three steps and investigate the relationships among them. Furthermore, we discuss the main issues and point out the future opportunities in the study of DSNs.