复杂网络社区发现中标签传播算法的研究与应用

社区结构是复杂网络的一种重要特性,决定了所在网络具备的功能,从复杂网络中发现存在的社区结构,组织形成更大网络社网已成为当前研究热点。为更加准确地发现社区结构,在众多社区发现算法中,标签传播算法以简单高效和易实现的优点得到广泛应用。笔者研究了复杂网络社区发现中标签传播算法的应用。     

基于模块密度优化的标签传播社区发现算法

基于标签传播的社区发现算法(LPA)以其简单高效得到了广泛的研究,然而当社区结构模糊时,LPA得到的是一个单一的社区,这是无意义的.模块化标签传播算法(LPAm)则倾向于将网络划分为度数相近的社区且存在解极限问题.为此提出基于模块密度的标签传播(LPAd)算法,该算法通过对模块密度优化进行标签标记和传播,以避免过大社区的形成,且生成的社区满足Radicchi等人提出的弱社区定义.多个真实数据集和人工网络数据的实验结果表明,本文算法在不改变算法复杂度的情况下提高了所发现社区的质量,与现有的若干基于标签传播的社区发现算法相比,取得了改进的效果.     

一种基于标签传播的两阶段社区发现算法

针对标签传播社区发现算法在节点更新顺序及标签传播过程中存在较大随机性而导致划分结果稳定性差的问题,提出一种基于标签传播的两阶段社区发现算法(a two-stage community detection algorithm based on label propagation, LPA-TS),通过参与系数确定节点更新顺序,并在标签传播过程中依据节点间相似性更新节点标签,得到初始社区划分.将社区看作节点,社区间连边数作为边权重,得到社区关系网络.按照参与系数由低到高的顺序合并社区关系网络中的节点,得到最终社区划分结果.算法LPA-TS减少了传统LPA方法在节点更新和标签传播过程的随机性;在第2阶段,将不符合弱社区定义的初始社区与连边最多的相邻社区合并,再按照社区参与系数由低到高的顺序合并初始社区提升社区发现质量.通过与一些经典算法在8个真实网络及不同参数下LFR benchmark人工网络数据集上的实验比较表明LPA-TS算法表现了良好的稳定性,在NMI、ARI、模块性等方面表现良好.     

基于势函数的标签传播社区发现算法

针对标签传播算法(LPA)存在大量随机性、算法稳定性差的问题,提出了基于数据场势函数的标签传播算法(LPAP)。该算法计算所有节点的势值,搜索势值极值点。初始化时仅赋予势值极值点以标签,迭代过程中根据邻接节点中相同标签节点势值之和更新标签,所有节点标签不再改变时迭代结束。实验结果表明:该算法得到的社区划分方式平均是LPA的4.0%,是平衡传播算法(BPA)的12.9%;信息变化参数平均是LPA的45.1%,是BPA的73.3%。具有更好的稳定性,适用于大型网络的社区发现。     

基于LeaderRank的标签传播社区发现算法

针对标签传播算法(LPA)结果的不稳定性,提出一种改进的基于标签传播的社区发现算法。该算法引入LeaderRank的概念来量化网络节点的影响力和重要性;然后按照节点重要程度从高到低选择若干核心节点;最后按照顺序分别以每个核心节点为中心向外逐层进行标签更新,直到不再出现标签变化为止,从而解决了原始算法对节点随机排序造成的结果不稳定性。以LFR基准网络和真实网络为实验数据,与几个现有标签传播算法进行比较,社区划分结果的标准化互信息(NMI)和模块度(Modularity)均高于对比算法。理论分析和实验结果表明所提算法不仅有效地增强了社区发现结果的稳定性,同时提高了准确率。     

一种基于标签传播的重叠社区发现算法

针对COPRA算法因在标签更新过程采用随机策略而导致的重叠社区划分结果不稳定问题,本文对COPRA算法进行了改进,提出了一种简单的重叠社区发现算法.该算法仍采用同步的方式传播标签,但只在以边缘节点为中心的桥梁节点群内进行标签传播,以此提升发现重叠社区的速度.该算法还引入了节点连接社区强度,利用其降低标签更新过程中的随机...     

基于网络社区发现的标签传播聚类算法

高维数据的聚类特性通常难以直接观测.将其构建为复杂网络,节点间的拓扑结构可以反映样本之间的关系.对网络中的节点进行社区发现,可实现对数据更直观的聚类.提出一种基于网络社区发现的低随机性标签传播聚类算法.首先,用半径和最近邻方法将数据集构建为稀疏的全连通网络.之后,根据节点相似度进行节点标签预处理,使得相似的节点具有相同的标签.用节点的影响力值改进标签传播过程,降低标签选择的随机性.最后,基于内聚度进行社区的优化合并,提高社区的质量.在真实数据集和人工数据集上的实验结果表明,该算法对各种类型的数据都具有较好的适应性.     

基于标签传播的语义重叠社区发现算法

语义社会网络(Semantic social network, SSN)是一种由信息节点及链接关系构成的新型复杂网络, 为此以节点邻接关系为挖掘对象的传统社会网络社区发现算法无法有效处理语义社会网络重叠社区发现问题. 由此提出标签传播的语义重叠社区发现算法, 该算法以标签传播算法(Latent Dirichlet allocation, LDA)模型为语义信息模型, 利用Gibbs取样法建立节点语义信息到语义空间的量化映射; 提出可度量节点间相似性的主成分 (Semantic coherent neighborhood propinquity, SCNP)模型和语义影响力(Semantic impact, SI)模型; 以SCNP作为标签传播的权重, 以SI 作为截断值的参数, 提出一种改进的Semantic-LPA (Semantic label propagation algorithm)算法; 提出可度量语义社区发现结果的语义模块度模型, 并通过实验分析, 验证了算法及语义模块度模型的有效性及可行性.     

基于势函数的标签传播社区发现算法

针对标签传播算法(LPA)存在大量随机性、算法稳定性差的问题,提出了基于数据场势函数的标签传播算法(LPAP)。该算法计算所有节点的势值,搜索势值极值点。初始化时仅赋予势值极值点以标签,迭代过程中根据邻接节点中相同标签节点势值之和更新标签,所有节点标签不再改变时迭代结束。实验结果表明：该算法得到的社区划分方式平均是LPA的4.0%,是平衡传播算法(BPA)的12.9%;信息变化参数平均是LPA的45.1%,是BPA的73.3%。具有更好的稳定性,适用于大型网络的社区发现。     

融合LeaderRank和标签传播的社区发现算法

由于社会网络的日益复杂,具有线性时间复杂度的标签传播算法越来越被广泛的运用,然而在标签传播过程中存在随机性,致使社区划分不稳定.因此,对节点标签初始化、节点更新顺序和节点标签传播选择过程这三个方面改进,提出一种稳定性较高的标签传播算法.该方法引入LeaderRank算法计算节点影响力,在此基础上选取关键节点并为这些关键...     

基于随机游走的改进标签传播算法

社区发现是挖掘社交网络隐藏信息的一个有用的工具，而标签传播算法（LPA）是社区发现算法中的一种常见算法，不需要任何的先验知识，且运行速度快。针对标签传播算法有很强的随机性而导致的社区发现算法结果不稳定的问题，提出了一种基于随机游走的改进标签传播算法（LPARW）。首先，根据在网络上进行随机游走确定了节点重要性的排序，从而得到节点的更新顺序；然后，遍历节点的更新序列，对每个节点将其与排序在其之前的节点进行相似性计算，若该节点与排序在其之前的节点是邻居节点且它们之间的相似性大于阈值，则将排序在其之前的节点选为种子节点；最后，将种子节点的标签传播给其余的节点，得到社区的最终划分结果。将所提算法与一些经典的标签传播算法在4个有标签的网络和5个无标签的真实网络上进行比较分析，实验结果表明所提算法在标准互信息（NMI）、调整兰德系数（ARI）和模块度等经典的评价指标上的性能均优于其余对比算法，可见该算法具有很好的社区划分效果。     

一种稳定的标签传播社区发现算法

标签传播算法存在大量随机性,极大地破坏了算法的稳定性。在深入分析标签传播算法随机性产生原因的基础上,提出基于节点度的标签传播算法。该算法初始化时仅赋予节点度的极值点以标签,并根据邻接节点中具有相同标签的节点度之和进行标签更新。实验表明该算法极大地降低了算法中的随机性,提高了社区划分的稳定性,加快了算法的收敛速度。     

基于随机游走的改进标签传播算法

社区发现是挖掘社交网络隐藏信息的一个有用的工具,而标签传播算法（LPA）是社区发现算法中的一种常见算法,不需要任何的先验知识,且运行速度快。针对标签传播算法有很强的随机性而导致的社区发现算法结果不稳定的问题,提出了一种基于随机游走的改进标签传播算法（LPARW）。首先,根据在网络上进行随机游走确定了节点重要性的排序,从而得到节点的更新顺序;然后,遍历节点的更新序列,对每个节点将其与排序在其之前的节点进行相似性计算,若该节点与排序在其之前的节点是邻居节点且它们之间的相似性大于阈值,则将排序在其之前的节点选为种子节点;最后,将种子节点的标签传播给其余的节点,得到社区的最终划分结果。将所提算法与一些经典的标签传播算法在4个有标签的网络和5个无标签的真实网络上进行比较分析,实验结果表明所提算法在标准互信息（NMI）、调整兰德系数（ARI）和模块度等经典的评价指标上的性能均优于其余对比算法,可见该算法具有很好的社区划分效果。     

基于模块度优化的标签传播社区发现算法

标签传播算法（LPA）是一种快速高效的社区发现算法,算法无需社区数量等先验信息,但存在大量随机性,稳定性较差. 为了提高标签传播算法的稳定性,提出了一种改进的标签传播算法（LPAMP）. 该算法分为两个阶段,第一阶段以模块度贪婪为依据,进行节点粗聚类;第二阶段在粗聚类的基础上,进行节点标签传播. 实验结果表明,所提算法降低了标签传播算法的随机性,增强了稳定性,并且提高了准确率.     

基于密度峰值的标签传播社区发现算法

针对标签传播算法中节点启动顺序和更新标签的随机性造成的结果不稳定问题,提出一种新标签传播算法用于复杂网络社区检测（density peaks and node similarity,DPNS-LPA）,包括社区中心的确定和外围节点的标签传播。首先利用大度节点不利指标、Jaccard指标和度为1节点的结构特性刻画节点局部相似性指标,并用此指标度量节点间距离和解决最大标签相同时的随机选择;然后引入改进的密度峰值聚类算法寻找社区中心,确定社区数量;最后基于社区中心和外围节点的标签传播,得到最终的社区划分结果。通过人工网络和真实网络上的实验,结果表明标准化互信息、模块度和d-score指标值优于对比算法,所提出的算法可以有效发现复杂网络中的社区结构,且鲁棒性更高。     

基于成对约束的多标签传播重叠社区发现方法

针对多标签传播重叠社区发现算法(COPRA)存在的社区划分结果准确性低和鲁棒性差的问题,提出一种基于成对约束的多标签传播重叠社区发现方法 (PCMLPA)。以主动查找、扩展的方式引入成对约束指导社区发现,提高社区划分结果的准确性。在标签传播的过程中,根据节点影响力大小确定节点更新顺序,根据节点的相似性度量确定邻居节点的遍历顺序,解决COPRA鲁棒性差的问题。与其它基准算法的对比实验结果表明,PCMLPA方法鲁棒性强且社区划分结果具有更高的准确性。     

基于多标签传播的重叠社区发现优化算法

标签传播算法是一种被广泛应用的社区发现算法,该算法为网络中的每个节点分配一个初始标签,然后通过传播标签来发现复杂网络中的潜在社区,具有时间复杂度低的特点。当前基于标签传播的重叠社区发现算法存在忽略节点重要性差异、需要人为设置参数等不足。针对该类算法在重叠社区发现方面的缺陷,提出一种基于多标签传播的重叠社区发现优化算法。该算法使用K-核分解方法找出若干个社区核心节点,以这些节点为种子节点,逐层向外传播标签;在进行标签选择的时候以邻居节点标签的种类来决定重叠节点的标签个数。实验表明,该算法明显改善了社区发现的性能,提高了划分结果的稳定性和准确性。     

一种基于局部回路的标签传播改进算法

社区发现是复杂网络分析领域的重要研究内容。针对标签传播算法中标签传播的随机性问题,提出一种基于局部回路的标签传播改进算法,即当节点邻居中标签出现频率存在多个最高时,不是随机选择一个邻居的标签作为该节点的标签,而是选择与该节点构成最短局部回路的邻居标签作为该节点标签,避免了标签在社区之间的任意传播。最后,用真实网络进行测试,结果表明,与传统的标签算法相比,提出的改进算法使社区划分结果得到了提高。     

基于节点影响力的理性节点标签传播算法

社区发现能够揭示真实社会网络的拓扑结构和重要节点.由于具有线性时间复杂度,无需定义目标函数及目标参数,标签传播算法(LPA)作为经典社区发现算法被广泛应用在学术和实践领域.针对LPA算法更新顺序的无序性和标签选择的随机性,提出基于节点影响力的理性节点标签传播算法(RLPBNI).将节点影响力排序作为更新顺序,引入理性节...     

基于标签传播的社区挖掘算法研究综述

社会网络由于其流行程度已经成为众多学者的研究热点。通过社区挖掘算法可以发现存在于社会网络中的潜在社区,而重叠社区挖掘则可以挖掘出更具有现实意义的社区结构。但是在研究中社会网络所包含的庞大数据量又会为之带来种种不便,因此快速的社区挖掘算法就受到了越来越多的重视。基于标签传播的社区挖掘算法具有近乎线性的时间复杂度。文中将从多方面研究目前基于标签传播的社区挖掘算法的优劣,并且详细分析基于标签传播算法在以后研究中的改进思路。