基于节点相似性和网络嵌入的复杂网络社区发现算法

社区发现算法对分析复杂网络的拓扑和层次结构、预测复杂网络的演化趋势等具有十分重要的意义.传统的社区发现算法划分精度不高,忽略了网络嵌入的重要性.针对这样的问题,提出了基于节点相似性和网络嵌入Node2Vec方法的无参数社区发现算法.首先,使用网络嵌入Node2Vec方法将网络节点映射成欧氏空间中低维向量表示的数据点,计...     

基于网络表示学习与随机游走的链路预测算法

现有的基于随机游走链路预测指标在无权网络上的转移过程存在较强随机性,没有考虑在网络结构上不同邻居节点间的相似性对转移概率的作用。针对此问题,提出一种基于网络表示学习与随机游走的链路预测算法。首先,通过基于深度学习的网络表示学习算法——DeepWalk学习网络节点的潜在结构特征,将网络中的各节点表征到低维向量空间;然后,在重启随机游走（RWR）和局部随机游走（LRW）算法的随机游走过程中融合各邻居节点在向量空间上的相似性,重新定义出邻居节点间的转移概率;最后,在5个真实数据集上进行大量实验验证。实验结果表明：相比8种具有代表性的基于网络结构的链路预测基准算法,所提算法链路预测结果的AUC值均有提升,最高达3.34%。     

关联文本信息的网络表示学习推荐算法

通过基于随机游走的网络表示学习算法得到节点的低维嵌入向量,进而将其应用于推荐系统是推荐领域很流行的研究方向.针对当前基于随机游走的网络表示学习算法仅着重考虑了网络结构特性而忽略文本信息的问题,提出一种关联文本信息的网络表示学习推荐算法.首先在随机游走阶段,考虑到了节点文本间的相似度,联合结构和文本信息对下一游走节点进行筛选;然后在网络表示学习部分融合文本信息,引入注意力矩阵,对文本信息矩阵中的向量进行加权表示;最后将生成的节点向量应用于推荐系统.在实验部分,将所提算法与常见的3种算法在两个数据集上进行对比分析,并对所提算法进行了参数敏感性分析.实验结果表明所提算法在AUC评价指标上的性能优于另外3种算法,可见该算法在个性化推荐中的有效性.     

基于随机游走相似度矩阵的改进标签传播算法

基于标签传播的社区发现算法因其时间效率高而得到广泛关注。针对该算法因标签传播的随机性导致其社区划分准确度难以保证的问题,提出一种基于随机游走的改进算法。首先,引入随机游走思想,计算得到一种衡量网络节点间相似度的矩阵;其次,在标签传播过程中,当邻居节点中标签出现频率存在多个最高时,不是随机选择一个,而是选择相似度最高的邻居节点所拥有的标签来更新,避免了标签在社区之间的任意传播;最后,用不同的真实网络进行测试,结果表明在社区发现中该算法比原始标签传播算法取得更好的表现。     

基于矩阵分解的属性网络嵌入和社区发现算法

属性网络不但包含节点之间复杂的拓扑结构,还包含拥有丰富属性信息的节点,其可以比传统网络更有效地建模现代信息系统,属性网络的社区划分对于分析复杂系统的层次结构、控制信息在网络中的传播和预测网络用户的群体行为等方面具有重要的研究价值.为了更好地利用拓扑结构信息和属性信息进行社区发现,提出了一种基于矩阵分解的属性网络嵌入和社区发现算法(CDEMF).首先提出基于矩阵分解的属性网络嵌入方法,基于网络局部链接信息计算相邻节点的相似性,将其与属性接近度联合建模,通过矩阵分解的分布式算法得到每个节点对应的低维嵌入向量,即把网络节点映射为低维向量表示的数据点集合.接着提出基于曲率和模块度的社区划分方法,自动确定数据点集合中蕴含的社区数量,并通过对数据点集合聚类完成属性网络社区划分.在真实网络数据集上,将CDEMF方法与其他8种知名算法进行比较,实验结果表明CDEMF具有良好的性能.     

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.     

基于社区优化的深度网络嵌入方法

随着现代网络通信和社会媒体等技术的飞速发展,网络化的大数据由于缺少高效可用的节点表示而难以应用。将高维稀疏难于应用的网络数据转化为低维、紧凑、易于应用的节点表示的网络嵌入方法受到广泛关注。然而已有网络嵌入方法得到节点低维特征向量后,再将其作为其他应用（节点分类、社区发现、链接预测、可视化等）的输入来作进一步分析,没有针对具体应用构建模型,难以取得满意的结果。针对网络社区发现这一具体应用,提出结合社区结构优化进行节点低维特征表示的深度自编码聚类模型CADNE。首先基于深度自编码模型,通过保持网络局部及全局链接的拓扑特性来学习节点的低维表示,然后利用网络聚类结构对节点低维表示进一步优化。该方法同时学习节点的低维表示和节点所属社区的指示向量,使节点的低维表示不仅能保持原始网络结构中的拓扑结构特性,而且能保持节点的聚类特性。与已有的经典网络嵌入方法进行对比,结果显示CADNE模型在Citeseer和Cora上取得最优聚类结果,在20NewsGroup上准确率提升最高达0.525;分类性能在Blogcatalog、Citeseer数据集上取得最好结果,在Blogcatalog上训练比例20%时比基线方法提升最高达0.512;并且CADNE模型在可视化对比中能够得到类边界更加清晰的节点低维表示,验证了所提方法具有较好的节点低维表示能力。     

基于限制性随机游走局部谱近似社区发现算法

针对大型网络中社区发现优化方法的效率问题,提出一种局部社区发现方法(LRW-LSA),从少量种子节点中识别本地社区的所有潜在社区成员.采用限制性随机游走进行采样处理,从种子节点出发得到一个相对较小的子图;利用种子的归一化指示向量对子图进行Lanczos迭代,得到相关节点与目标社区的隶属概率用以恢复出目标社区.在不同领域的真实数据集和合成数据集上进行实验,结果表明,LRW-LSA优于现有的社区发现方法.     

融合双层注意力机制的属性网络节点嵌入

属性网络嵌入旨在学习网络中节点的低维表示,具有拓扑和属性相似的节点在嵌入空间彼此接近.注意力机制能有效学习网络中节点与其邻居的相对重要性并基于邻居重要性聚合节点表示.据此,提出一种在属性网络中融合双层注意力机制的节点嵌入算法NETA,可以有效地实现属性网络嵌入.该算法首先从拓扑结构捕获直接邻居,基于属性关系捕获间接邻居...     

基于双监督网络嵌入的社区发现算法

针对基于网络嵌入的社区检测算法中节点嵌入和聚类过程独立进行时容易陷入局部极值的问题,文中提出基于双监督网络嵌入的社区发现算法.首先利用图自编码器,得到可保持网络的一阶相似性的节点嵌入.优化模块度,发现拓扑连接紧密的社区.采用自监督聚类优化,发现嵌入空间上相似的社区.引入互监督机制,使发现的社区在模块度优化和自监督聚类这...     

Network representation learning based on community-aware and adaptive random walk for overlapping community detection

The Network representation learning methods based on random walk aim to learn a low-dimensional embedding vector for each node in a network by randomly traversing the network to capture the features of nodes and edges, which is beneficial to many downstream machine learning tasks such as community detection. Most of the existing random-walk-based network representation learning algorithms emphasize the neighborhood of nodes but ignore the communities they may form and apply the same random walk strategy to all nodes without distinguishing the characteristics of different nodes. In addition, it is time-consuming to determine the most suitable random walk parameters for a given network. In this paper, we propose a novel overlapping community detection algorithm based on network representation learning which integrates community information into embedding vectors to improve the cohesion degree of similar nodes in the embedding space. First, a node-centrality-based walk strategy is designed to determine the parameters of random walk automatically to avoid the time-consuming manual selection. Second, two community-aware random walk strategies for high and low degree nodes are developed to capture the characteristics of the community centers and boundaries. The experimental results on the synthesized and real-world datasets demonstrate the effectiveness and efficiency of our algorithm on overlapping community detection compared with the state-of-the-art algorithms

     

一种保留社区结构信息的网络嵌入算法

现有网络嵌入算法大多只保留网络的微观结构信息,忽略了网络中普遍存在的社区结构信息。为提高网络表示质量,提出一种保留社区结构信息的网络嵌入算法PCNE。通过最大化节点之间的一阶和二阶相似性,对网络的微观结构进行建模,同时通过分解可反映网络社区结构信息的社区结构嵌入矩阵,对网络的社区结构信息进行建模。将构建的2个模型融合到统一的联合非负矩阵分解框架中,结合相似度矩阵和社区隶属度矩阵得到融合社区结构信息的节点表示向量。在5个真实公开数据集上进行节点分类实验,结果表明,与DeepWalk、Node2vec、LINE算法相比,PCNE可使Micro-F1值提升0.96%~13.1%,验证了算法的有效性。     

Node Embedding Research Over Temporal Graph

Compared with conventional graph data analysis methods, the graph embedding algorithm provides a new graph data analysis strategy. It aims to encode graph nodes into vectors to mine or analyze graph data more effectively using neural network related technologies. Some classic tasks have been improved significantly by graph embedding methods, such as node classification, link prediction, and traffic flow prediction. Although substantial breakthroughs have been made by former researchers in graph embedding, the nodes embedding problem over temporal graph has been seldom studied. In this study, we propose an adaptive temporal graph embedding (ATGED), attempting to encode temporal graph nodes into vectors by combining previous research and the information propagation characteristics. First, an adaptive cluster method is proposed by solving the situation that nodes active frequency varies types of graph. Then, a new node walk strategy is designed in order to store the time sequence between nodes, and also the walking list will be stored in a bidirectional multi-tree in the walking process to get complete walking lists fast. Last, based on the basic walking characteristics and graph topology, an important node sampling strategy is proposed to train the satisfied neural network as soon as possible. Sufficient experiments demonstrate that the proposed method surpasses existing embedding methods in terms of node clustering, reachability prediction, and node classification in temporal graphs.     

两阶段量子行走算法在社区检测中的应用

已有基于量子行走的社区检测算法存在计算开销过大或对时间参数过于敏感的问题。针对此问题,提出两阶段量子行走（two-stage quantum walk,TSQW）算法。TSQW算法第一阶段为无测量量子行走,此阶段融合节点的邻域拓扑信息将节点表达为向量,第二阶段利用K-means方法聚类上一阶段得到的节点向量以划分网络社区。通过仿真网络和空手道俱乐部网络的验证,该算法能够准确地检测网络社区结构。进一步,提出TSQW的扩展（TSQW-E）算法,该算法依据节点的社区信息增加或删除原始网络的连边并实现社区隐藏。根据互信息指标和调整兰德系数下的实验表现,TSQW-E算法使已有社区检测算法的平均识别精度分别下降0.491和0.58,对网络社区结构的破坏效果最好。     

基于矩阵分解的DeepWalk链路预测算法

现有的链路预测方法的数据来源主要是基于邻居、路径和随机游走的方法,使用的是节点相似性假设或者最大似然估计,尚缺少基于神经网络的链路预测研究。基于神经网络的一些研究表明,基于神经网络的DeepWalk网络表示学习算法可以更加有效地挖掘到网络中的结构特征,已有研究证明DeepWalk等同于分解目标矩阵。因此,提出了一种基于矩阵分解的DeepWalk链路预测算法（LPMF）。该算法首先基于矩阵分解的DeepWalk算法分解得到网络的表示向量;然后通过余弦相似度计算每对节点之间的相似度,构建目标网络的相似度矩阵;最后利用相似度矩阵,在三个真实的引文网络中进行链路预测实验。实验结果表明,提出的链路预测算法性能优于现存的20余种链路预测算法。这充分表明了LPMF能够有效地挖掘网络中节点之间的结构关联性,而且在实际网络的链路预测中能够发挥出较为优异的性能。     

时序图节点嵌入策略的研究

相较于传统的图数据分析方法,图嵌入算法是一种面向图节点的新型图数据分析策略.其旨在通过将图节点向量化表达,进而在节点向量基础上,利用神经网络相关技术,更有效地进行图数据分析或挖掘工作,如在节点分类、链接预测及交通流预测等经典问题上效果显著.虽然研究者们在图嵌入方面已取得了诸多成果,但是面向时序图的节点嵌入问题却未被充分...     

Community Discovery Algorithm Based on Multi-Relationship Embedding

Complex systems in the real world often can be modeled as network structures, and community discovery algorithms for complex networks enable researchers to understand the internal structure and implicit information of networks. Existing community discovery algorithms are usually designed for single-layer networks or single-interaction relationships and do not consider the attribute information of nodes. However, many real-world networks consist of multiple types of nodes and edges, and there may be rich semantic information on nodes and edges. The methods for single-layer networks cannot effectively tackle multi-layer information, multi-relationship information, and attribute information. This paper proposes a community discovery algorithm based on multi-relationship embedding. The proposed algorithm first models the nodes in the network to obtain the embedding matrix for each node relationship type and generates the node embedding matrix for each specific relationship type in the network by node encoder. The node embedding matrix is provided as input for aggregating the node embedding matrix of each specific relationship type using a Graph Convolutional Network (GCN) to obtain the final node embedding matrix. This strategy allows capturing of rich structural and attributes information in multi-relational networks. Experiments were conducted on different datasets with baselines, and the results show that the proposed algorithm obtains significant performance improvement in community discovery, node clustering, and similarity search tasks, and compared to the baseline with the best performance, the proposed algorithm achieves an average improvement of 3.1% on Macro-F1 and 4.7% on Micro-F1, which proves the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于节点向量表达的复杂网络社团划分算法

社团结构划分对复杂网络研究在理论和实践上都非常重要.借鉴分布式词向量理论,提出一种基于节点向量表达的复杂网络社团划分方法（CDNEV）.为了构建网络节点的分布式向量,提出启发式随机游走模型.利用节点启发式随机游走得到的节点序列作为上下文,采用SkipGram模型学习节点的分布式向量.选择局部度中心节点作为K-Means算法的聚类中心点,然后用K-Means算法进行聚类,最终得到社团结构.在真实和模拟两种网络上做了丰富的实验,与主流的全局社团划分算法和局部社团划分算法作了比较.在真实网络上CDNEV算法的F1指标比其他算法平均提高19%;在模拟网络上,F1指标则可以提高15%.实验结果表明,相对其他算法,CDNEV算法的精度和效率都较高.     

基于社团多特征融合嵌入表示的时序链路预测方法

时序动态网络在静态网络基础上综合了时间属性的概念,包含了网络结构的复杂性、动态性等内涵,是研究复杂网络链路预测问题的较优思维对象,因在现实世界中具有较高应用价值而备受关注。目前大部分传统方法研究对象仍局限于静态网络,存在对网络时域演化信息利用不充分、时间复杂度较高等问题。结合社会学理论,提出一种基于社团多特征融合嵌入表示的时序链路预测方法,该方法的核心思想是通过分析网络动态演化特性,在社团范围内学习节点的嵌入表示向量,融合多特征以衡量节点间连边的生成概率。利用网络集体影响力的方法对节点和连边的权值进行计算,基于集体影响的连边权值进行社团划分,将网络划分为若干个社团子图,得到基于集体影响的相似性指标。在社团范围内,利用有偏的随机游走,结合梯度优化的Skip-gram方法获取所有节点的嵌入表示向量,得到基于社团范围游走的相似性指标。融合节点的集体影响、社团范围节点的多个中心性特征和学习到的节点表示向量,得到多特征融合的相似性指标,3 种新指标都可以用于衡量节点之间形成连边的概率。对比基于移动平均、嵌入表示、图神经网络等经典时序链路预测方法,在 6 个真实数据集上的实验结果表明,所提基于社团多特征融合的方法在 AUC评价标准下取得更优的预测性能。