复杂网络中社区发现方法的研究

研究复杂网络中社区发现方法对分析复杂网络的拓扑结构和层次结构、理解社区的形成过程、预测复杂网络的变化趋势、挖掘复杂网络蕴含的规律特征具有十分重要的意义。同时,复杂网络社区发现方法在众多实际领域还有广泛的应用前景。综述了复杂网络社区发现方法的研究现状,将社区发现方法分为无重叠社区发现、重叠社区发现、演化发展社区发现三个方面,并分析比较了算法时间复杂度和准确度。试图为社区发现方法的研究工作提供有益的帮助和参考。     

基于边密度聚类的重叠社区发现算法

基于边聚类的社区发现算法以边为聚类对象,自然发现重叠社区,但也存在生成的社区集边界归属模糊、社区结构过度重叠等问题.基于此种情况,文中提出基于边密度聚类的重叠社区发现算法.首先,以边为研究对象,通过密度聚类检测连接紧密的核心边社区.然后,根据边界边归属策略将边界边划分到离它最近的核心边社区.针对孤立边,提出基于边的度与边的社区归属的孤立边处理策略,进一步处理未划分的孤立边,避免社区结构过度重叠的问题.最后,将边社区还原为节点社区,实现重叠社区的发现.在人工数据集和真实数据集上的实验表明,文中算法可以快速准确地检测复杂网络中的重叠社区.     

图神经网络社区发现研究综述

社区结构是复杂网络中普遍存在的拓扑特性之一,发现社区结构是复杂网络分析的基本任务.社区发现旨在将网络划分为多个子结构,对于理解网络、揭示网络的潜在功能有着重要作用.图神经网络是一种处理图结构数据的模型,具有从图中对数据进行特征提取和表示的优势,已经成为人工智能和大数据领域的重要研究方向.网络数据就是典型的图结构数据,使用图神经网络模型解决社区发现问题,是社区发现研究的一个新方向.首先对GNN模型进行深入探讨,分析GNN社区发现过程,并从重叠社区和非重叠社区这两个方面详细讨论现有GNN社区发现取得的进展以及未来可研究的方向.     

局部扩展的遗传优化重叠社区发现方法

重叠社区结构是复杂网络的一种重要的特征,提出了一种局部扩展的遗传优化重叠社区发现（LEGAOCD）。借鉴局部扩展的重叠社区发现方法的思想,将少数的核心节点构成模体;同时,利用了三角形模体来判断社区的稳定性度量问题,从而量化社区结构稳定性;然后通过改进的遗传优化算法策略分配它们应归属的社区;最后通过两个评价目标函数得到高质量的重叠社区结构。该算法在数据集上与经典的CPM算法、COPRA算法作比较,实验结果表明,LEGAOCD算法在检测重叠社区结构和重叠节点方面具有较优的性能。     

大型复杂网络中的社区结构发现算法

在大型复杂网络中自动搜寻或发现社区具有重要的实际应用价值。该文把超图模型以及基于此的聚类算法应用到社区结构发现的领域。对于简单图的社区结构发现,引入边聚集系数的概念,提出基于边聚集系数的社区发现算法。将安然邮件数据集作为测试数据集,通过算法对比分析,证明该算法在时间复杂度上可以提高一个数量级。     

一种基于信息扩散的复杂网络重叠社区发现算法

社区结构可以为网络的其他分析挖掘提供中观尺度的分析视角,在大规模复杂网络的各项研究中是一项非常重要而基础的工作。社区的重叠是真实世界网络中常见的一种现象,重叠社区结构可以更准确地描述网络中真实的结构信息,因此,复杂网络重叠社区发现具有更加突出的现实意义。在综合对比分析了当前主要的重叠社区发现算法的基础上,结合信息论的相关知识,给出了一种基于信息论的社区定义,并进一步借鉴信息传播理论,从单个节点对关于某种主题的信息的掌握程度的角度出发提出了一种复杂网络重叠社区结构发现算法。基于实际数据集的相关实验表明,与传统的社区定义和社区发现算法相比,本算法发现的重叠社区从内容角度来看具有更加明确的实际意义,并且具有较低的时间复杂度。     

结合拓扑势与信任度调整的重叠社区发现算法

现实世界中的复杂系统可建模为复杂网络,探究复杂网络中的社区发现算法对于分析复杂网络的拓扑结构和层次结构具有重要作用。早期研究通常将网络中的节点局限在一个社区中,但随着研究的深入发现社区结构呈现重叠特性。针对现有重叠社区发现算法存在划分社区结构不稳定、忽略节点交互和属性等问题,提出一种基于网络拓扑势与信任度调整的重叠社区发现算法。融合节点的属性和结构特征计算节点的拓扑势,依据节点的拓扑势选取核心节点。从核心节点出发构建初始社区群,计算各个社区间的调整信任度,实现社区的合并与再调整,从而识别重叠社区。在多个人工模拟网络和真实网络数据集上的实验结果表明,与基于贪婪派系扩张、种子扩张等的重叠社区发现算法相比,该算法将扩展模块度最高提升至0.719,能有效识别社区结构及重叠节点,提升重叠社区检测性能。     

一种新型简单图社区结构发现算法

在大型复杂网络中自动搜寻或发现社区具有重要的实际应用价值。该文把超图模型以及基于此的聚类算法应用到社区结构发现的领域。对于简单图的社区结构发现,引入边凝聚系数的概念,提出了基于边凝聚系数的社区发现算法。将安然邮件数据集作为测试数据集,通过算法对比分析,证明该算法在时间复杂度上可以提高一个数量级。     

基于边图的线性流重叠社区发现算法

重叠网络的社区发现是复杂网络研究中的重要问题。为了提高网络中重叠社区发现的时间效率，提出一种基于边图的线性流重叠社区发现算法LBSA。算法首先对于边图网络中的边进行随机的依次处理，完成节点的初步社区划分，再将其中重叠小社区合并到相似度最大的其他大社区中得到最终的社区。通过以上步骤，算法能够以接近线性的时间复杂度得到网络的重叠结构。从最终的实验结果来看，与其他算法相比，该算法能够在更短的时间有质量地发现网络中的重叠社区。     

基于三角形的重叠社团发现算法

社区结构是复杂网络的重要属性之一, 有效挖掘出复杂网络中隐藏的社区结构具有重要的理论研究意义和广泛的应用前景。真实网络在一定程度上都表现为重叠的社区结构, 针对这一问题, 提出了一种基于三角形的重叠社区发现算法。通过判断两个节点与其共享邻居节点能否构成一个三角形来判断, 若能构成三角形, 则这两个节点属于同一社区。在计算机生成网络与真实网络上进行了实验, 都正确地识别出了社区结构以及重叠节点, 表明了此算法对于发现重叠社区结构的有效性和可行性。     

基于节点局部相似性的两阶段密度峰值重叠社区发现方法

为了有效地发现复杂网络中的重叠社区结构,引入了密度峰值聚类算法,但将此算法应用于社区发现还存在如何度量节点间距离、如何产生重叠划分结果等问题。为此提出了一种基于节点局部相似性的两阶段密度峰值重叠社区发现方法(Node Local Similarity Based Two-stage Density Peaks Algorithm for Overlapping Community Detection, LSDPC)。该方法结合大度节点有利指标和连接贡献度定义了一种新的节点局部相似性指标,首先通过节点局部相似性度量节点距离;然后通过节点的局部密度和最小距离计算节点中心值,利用切比雪夫不等式筛选出社区中心节点;最后经过初次划分与重叠划分两阶段得到最终的重叠社区划分结果。在真实网络数据集与合成网络数据集上的实验结果表明,所提算法可以有效发现重叠社区结构,且结果优于其他对比算法。     

基于时间加权的重叠社区检测算法研究

随着网络结构的不断扩大和日益复杂, 重叠社区发现技术对挖掘复杂网络深层潜在结构具有重要意义. 本文提出一种基于时间加权的重叠社区检测算法. 该方法考虑了用户兴趣的时间因素, 构建带有时间加权链接的用户-用户图. 接着, 基于网络节点的影响力计算用户全局相似度, 在此基础上通过计算节点的中心度作为度量节点对社区结构影响力的重要性指标, 从而提出一种社区中心点的选取方法. 最后, 通过效用函数的迭代计算实现重叠社区检测. 利用人工网络和真实网络对提出的算法进行验证, 实验结果表明: 相对于传统的社区发现方法, 该算法在社区发现质量和计算效率方面都优于许多已有重叠社区发现算法.     

基于Node2Vec的重叠社区发现算法

针对目前基于种子节点选择的社区发现算法在准确性和复杂度等方面存在的不足, 提出了一种基于Node2Vec的重叠社区发现算法. 首先, 使用Node2Vec算法学习到网络中每个节点的向量表示, 用以计算节点间的相似度, 其次, 利用节点影响力函数计算节点影响力并找出种子节点, 然后基于每个种子节点进行社区的扩展优化, 最终挖掘出高质量的重叠社区结构. 本文选取多个真实网络进行了对比实验, 结果表明, 本文所提出的算法能够在保证良好稳定性的前提下发现高质量的社区结构.     

一种基于粗糙集和密度峰值的重叠社区发现方法

随着互联网和社会的发展,各个领域每天都会产生大量相互关联、彼此依赖的数据,这些数据根据不同的主题形成了各种复杂网络。挖掘社区结构是复杂网络领域中的一项重要研究内容,因为其在推荐系统、行为预测和信息传播等方面具有极其重要的意义。社区结构中的重叠社区结构在生活中普遍存在,更具有实际研究意义。为有效发现复杂网络中的重叠社区,文中引入了粗糙集理论对社区进行分析,识别出重叠节点,进而提出了一种基于粗糙集和密度峰值的重叠社区发现方法OCDRD(Overlapping Community Detection Algorithm Based on Rough Sets and Density Peaks)。该方法在传统网络节点局部相似性度量的基础上,结合灰色关联分析方法求出网络节点间的全局相似性,进而将其转化为节点间距离。将密度峰值聚类算法的思想应用于该算法中,以根据网络结构自动选取社区中心节点。依据网络中节点的距离比例关系,定义了社区的上近似、下近似以及边界域。最后,不断调整距离比率阈值并进行划分迭代,在每次迭代中针对社区的边界域进行计算,从而获得最佳重叠社区划分结构。在LFR基准人工网络数据集和真实网络数据集上,基于标准互信息(Normalized Mutual Information,NMI)和具有重叠性模块度EQ这两个评价指标,将OCDRD方法与近几年效果较好的其他社区发现算法进行测试比较。实验结果显示,OCDRD方法在社区划分结构方面整体优于其他社区发现算法,表明了该算法的可行性和有效性。     

一种基于局部扩展优化的重叠社区发现算法

挖掘复杂网络的重叠社区结构对研究复杂系统具有重要的理论和实践意义。提出一种基于局部扩展优化的重叠社区识别算法。 首先基于网络节点的聚集系数筛选种子节点,选取不相关的、局部聚集系数大的种子作为初始社区;然后采用贪心策略扩展初始社区,得到局部连接紧密的自然社区;最后检测并合并相似的社区,获得高覆盖率的重叠社区结构。在人工生成网络和真实网络数据集上的实验结果表明,与现有的基于局部扩展的代表性重叠社区发现算法相比,所提算法能在稀疏程度不同的网络上发现更高质量的重叠社区。     

一种基于局部路径信息的重叠社区发现算法

重叠社区发现是复杂网络分析的主要任务之一。针对现有的基于局部扩展和优化的重叠社区发现方法受初始种子节点选择影响较大、适应度函数无法度量节点间多样的连接方式等问题,提出了一种基于局部路径信息的重叠社区发现算法(Local Path Information-based Overlapping Community Detection Algorithm, LPIO)。首先选取局部极大度点作为初始种子节点,并根据社区内节点邻域标签一致性更新社区的种子节点集,避免初始种子节点对算法性能的影响;然后为度量稀疏网络中节点间多样的连接方式,给出了基于局部路径信息的社区适应度函数,扩展种子节点集得到社区结构;最后计算未聚类节点与社区种子集之间的点不重复路径数量,得到未聚类节点与已有社区间的距离,为未聚类节点分配社区。在4个有标签网络和8个无标签网络上,与7个经典重叠社区发现算法进行对比,实验结果表明,所提算法在重叠标准互信息(ONMI)、F₁分数、扩展模块度(EQ)等方面表现良好。     

一种基于增量式谱聚类的动态社区自适应发现算法

针对当前复杂网络动态社区发现的热点问题, 提出一种面向静态网络社区发现的链接相关线性谱聚类算法, 并在此基础上提出一种基于增量式谱聚类的动态社区自适应发现算法. 动态社区发现算法引入归一化图形拉普拉斯矩阵呈现复杂网络节点之间的关 系,采用拉普拉斯本征映射将节点投影到k维欧式空间.为解决离群节点影响谱聚类的效果和启发式确定复杂网络社区数量的问题, 利用提出的链接相关线性谱聚类算法发现初始时间片的社区结构, 使发现社区的过程能够以较低的时间开销自适应地挖掘复杂网络社区结构. 此后, 对于后续相邻的时间片, 提出的增量式谱聚类算法以前一时间片聚类获得的社区特征为基础, 通过调整链接相关线性谱聚类算法实现对后一时间片的增量聚类, 以达到自适应地发现复杂网络动态社区的目的. 在多个数据集的实验表明, 提出的链接相关线性谱聚类算法能够有效地检测出复杂网络中的社区结构以及基于 增量式谱聚类的动态社区自适应发现算法能够有效地挖掘网络中动态社区的演化过程.     

一种基于三角环的社区发现算法

在大型复杂网络中自动搜寻或发现社区具有重要的实际应用价值。该文把超图模型以及基于此的聚类算法应用到社区结构发现领域。对于简单图的社区发现,引入了边凝聚系数和三角环等概念,提出了基于三角环的社区结构发现方法。通过Zachary网络的实例验证和算法的对比分析,证明了该算法在时间复杂度上能提高一个数量级。     

复杂网络重叠社区结构发现的演化算法研究

复杂网络重叠社区结构的划分已成为复杂网络研究的一个热点,目前已提出了很多关于社区结构发现的算法。提出了一种基于个体从众的演化算法ICEA,基本思想是由节点邻居组成的个体依概率进行从众和变异操作,用较短时间找到最优(或拟最优)模块度的社区划分,社区结构确定后利用邻居投票机制NV发现网络的重叠节点,完成重叠社区的划分。在真实网络的实验结果表明,此算法的使用时间和划分结果都优于典型算法。     

一种支持尺度优化的重叠和非重叠社区质量评价方法

复杂网络社区发现具有重要的研究和应用价值.科学合理的社区评价可促使发现隐含的真实社区结构.复杂关联关系使得具有聚团性质的社区可能是非重叠结构,也可能是重叠结构.虽然当前学者们提出许多专门针对非重叠社区、重叠社区的评价方法,但是,在无法预知真实社区拓扑的情况下,采用不同标准对可能出现的多种结果进行评估不具有可比性.所以,急需能同时评价重叠与非重叠社区的统一评价模型,科学合理的评价模型可以辅助发现合适的社区边界及社区尺度,发现隐含的真实聚团子结构.本文从社区聚集度和社区重叠度两个视角出发,提出了一种适用于重叠与非重叠社区的评价模型,不仅能评价出微结构差异引发的社区聚团属性的变化,而且该评价能在一定程度上制衡社区内部聚团性和社区重叠性,从而辅助发现合适尺度、合适边界的重叠或非重叠社区的作用.通过理论分析和各种数据实验证实了本文所提评价模型的合理性和可用性.