融合先验信息的非负矩阵分解社区发现算法*

针对复杂网络社区发现问题,为了获得更准确、可解释性的社区划分结果,提出融合先验信息的半监督非负矩阵分解算法,给出优化目标的求解方法.文中算法利用先验信息直接约束社区指示矩阵,构造优化目标函数,获得更有意义的社区划分结果.真实数据集上的实验表明该算法的有效性,减小先验信息的融入对利用非负矩阵分解进行节点重要性等属性分析工作带来的不利影响,并且适用于加权和非加权等不同的网络.     

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。     

基于聚类信息和对称非负矩阵分解的链路预测模型研究

现有的大部分基于非负矩阵分解的链路预测方法仅考虑网络拓扑结构信息而忽略节点与链接聚类信息.针对此问题,提出一个融合聚类信息的对称非负矩阵分解的链路预测模型.首先,该模型利用对称非负矩阵分解去捕获网络节点相似度信息;其次,使用基于Jaccard的节点和链接聚类系数去保持网络局部结构信息;最后,启用拉格朗日乘法规则去学习模型参数.在六个真实无向无权和四个加权网络上的实验结果表明,该方法在两种不同类型网络预测精确度分别提升了1.6％和8.9％.     

基于Fisher判别分析的增量式非负矩阵分解算法

增量式非负矩阵分解算法是基于子空间降维技术的无监督增量学习方法.文中将Fisher判别分析思想引入增量式非负矩阵分解中,提出基于Fisher判别分析的增量式非负矩阵分解算法.首先,利用初始样本训练的先验信息,通过索引矩阵对新增系数矩阵进行初始化赋值.然后,将增量式非负矩阵分解算法的目标函数改进为批量式的增量学习算法,在此基础上施加类间散度最大和类内散度最小的约束.最后,采用乘性迭代的方法计算分解后的因子矩阵.在ORL、Yale B和PIE等3个不同规模人脸数据库上的实验验证文中算法的有效性.     

基于联合矩阵分解的动态异质网络社区发现方法

动态网络的社区发现是目前复杂网络分析领域的重要研究内容,然而现有动态网络社区发现方法主要针对同质网络,当网络包含多种异质信息时,现有方法不再适用。针对这个问题,本文提出了一个基于联合矩阵分解的动态异质网络社区发现方法,首先计算动态异质网路中各个快照图的拓扑相似度矩阵和多关系相似度矩阵,其次利用时序联合非负矩阵分解方法,约束各个时刻快照图的社区划分,最后在真实网络数据集上的实验结果表明,该算法可以有效检测出动态异质网络中潜在的社区结构。     

一种结合小世界模型改良的NMF社区发现算法

社区发现是当前复杂网络与数据挖掘的热点,非负矩阵分解是社区发现的常用手段。针对当前非负矩阵分解的社区发现算法,为提高算法的准确率与可解释性,提出多阶邻居节点的概念,在小世界模型的基础上构建了规模可控的多阶复合信息矩阵,用后处理的方法减少了算法中随机因素带来的不稳定性。对于真实网络与人工网络的实验证明,新背景下的算法较原算法在性能上有一定的提升。     

基于迭代框架的主动链接选择半监督社区发现算法

针对非负矩阵分解（NMF）半监督社区发现方法随机选择先验约束,导致提升相同性能需要更多约束信息的问题,提出一种基于迭代框架的主动链接选择半监督社区发现算法——ALS_GNMF。在迭代框架下,首先,主动选择不确定性高且对社区划分指导性强的链接对作为先验信息;其次,为主动选择的链接对增加must-link约束,增强社区间连接,生成先验矩阵;同时,增加cannot-link约束,减弱社区间连接,修改邻接矩阵;最后,将先验矩阵作为正则项,加入基于NMF的最优化目标函数,并融合网络拓扑结构信息,以期用较少的先验信息,达到较高的社区发现准确性和鲁棒性。实验结果表明,ALS_GNMF算法在真实网络及人工网络上,相同的先验比例下,性能比未采用迭代框架和主动策略的NMF半监督社区发现方法有更大的提升,且在结构不清晰的网络中表现稳定。     

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.     

基于链接模型的主动半监督社区发现方法

链接模型可对网络的社区发现问题建模,相比具有相同目标的对称模型和条件模型,PPL模型处理网络类型更多、社区发现准确率更高。但PPL模型是一个无监督模型,在网络社区结构不清晰时效果不佳,且不能利用易获取的先验信息。为使用尽可能少的先验,获得社区发现链接模型性能较大的提升,提出了一个主动节点先验学习（ANPL）算法,该算法主动选择效用高、易标记的成对约束进行标记,基于标记的约束对自动生成信息量更大的标记节点集合。基于PPL模型设计了一个融合网络拓扑结构和标记节点先验的半监督社区发现（SPPL）模型,并给出模型用于半监督社区发现的参数估计算法。人工网络和实际网络上的实验结果表明,利用ANPL获得的标记节点先验和网络拓扑结构,SPPL模型的社区发现准确率高于无监督PPL模型及当前流行的基于非负矩阵分解（NMF）的半监督社区发现模型。     

基于聚类质量的半监督INMF动态社区检测算法

为实现复杂网络的快速分析,提出一种基于聚类质量的改进非负矩阵分解(INMF)算法,将其用于动态社区检测。从理论分析角度证明了演化谱聚类、INMF和模块密度优化之间的等价性,并基于该等价性,在不增加时间复杂度的前提下,通过在INMF中加入先验信息给出一种半监督INMF算法。在人工构造和真实世界的动态网络上的实验结果表明,与QCA、MIEN算法相比,该算法的社区检测质量和社区检测效率更优。     

动态加权网络中的演化社区发现算法研究

在动态网络中发现社区结构是一个非常复杂而有意义的过程,可以更好地观察和分析网络的演化情况。针对动态加权网络中的社区发现问题,提出了一种结合历史网络社区结构的算法,叫做动态加权网络中的演化社区发现算法（ECDA）。该算法分为两步：结合历史社区和网络结构信息,计算当前时间跳的输入矩阵;然后通过该输入矩阵计算得到结合历史时间跳信息的社区划分结果。该算法有以下优点：可以自动发现动态加权网络中每个时间跳的社区结构;对网络结构的变化和社区结构的变化具有较高的敏锐性。在人工数据集和真实数据集中进行了实验,实验结果证明该算法可以有效地发现动态加权网络中的社区结构,与其他算法相比具有较好的竞争力。     

基于信息瓶颈的社区发现

该文提出一种映射方法,把单部网络变换成二部图网络.针对得到的二部图网络,在信息论的框架下,提出了一种基于信息瓶颈的社区发现方法.该方法通过寻找网络的最优压缩表示来发现网络的社区结构,最优压缩表示尽可能多地保留原始网络的拓扑特征.在真实数据集和计算机产生的数据集上的实验表明,该方法能够有效地发现网络的社区结构.另外,对于有向网络的社区发现,现有方法忽略有向网络中边的方向而作为无向网络来处理,损失了有向的网络的方向信息,文中提出的社区发现方法能够很好地解决这一问题,并能从有向网络中挖掘出一些现有方法无法发现的知识,这一特点使得该文的方法比现有方法更适用于解决像WWW这样的有向网络.同时,真实世界的许多网络本身就是二部图网络,相对于现有的社区发现方法,文中的方法可以直接应用于这类网络.     

节点不对称转移概率的网络社区发现算法

社区发现是当前社会网络研究领域的一个热点和难点,现有的研究方法包括：（1）优化以网络拓扑结构为基础的社区质量指标;（2）评估节点间的相似性并进行聚类;（3）根据特定网络设计相应的社区模型等.这些方法存在如下问题：（1）通用性不高,难以同时在无向网络和有向网络上发挥出好的效果;（2）无法充分利用网络的结构信息,在真实数据集上表现不佳.针对上述问题,提出一种基于节点不对称转移概率的网络社区发现算法CDATP.该算法通过分析网络拓扑结构来设计节点转移概率,并使用random walk方法评估节点对网络社区的重要性.最后,以重要性较高的节点作为核心构造网络社区.与现有的基于random walk的方法不同,CDATP为网络中节点设计的转移概率具有不对称性,并只通过节点局部转移来评估节点对社区的重要程度.通过大量仿真实验表明,CDATP在人工模拟数据集和真实数据集上均比其他最新算法有更好的表现.     

Community detection in multiplex networks via consensus matrix

In complex network of real world,there are many types of relationships between individuals,and the more effective research ways for this kind of network is to abstract these relationship as a multiplex network.More and more researchers are attracted to be engaged in multiplex network research.A novel framework of community detection of multiplex network based on consensus matrix was presented.Firstly,this framework merges the structure of multiplex network and the information of link between each node into monoplex network.Then,the community structure information of each layer network was obtained through consensus matrix,and the traditional community division algorithm was utilized to carry out community detection of combine networks.The experimental results show that the proposed algorithm can get better performance of community partition in the real network datasets.     

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.     

基于连边距离矩阵的重叠社区发现

现有重叠社团发现算法大多直接从相邻连边的相似性出发,不能有效利用网络的多层连边信息。基于此,本文提出了一种基于连边距离矩阵的重叠社区发现算法LDM。首先结合连边-节点-连边随机游走模型,以实现多级连边信息的有效利用,其次借助模糊聚类方法,处理连边距离矩阵以获取连边社区,最后根据扩展模块度调整和优化重叠社区结构。在人工网络和真实网络上的实验结果表明,所提算法能够有效提高重叠社区发现算法的准确度。     

基于小波去噪的有向加权社团发现研究

目前大部分社团发现方法都是针对无向无权图,但实际的社会媒体中的社团内部个体交互过程可以抽象为一个有向加权图,并且权重中含有大量的噪声.为解决有向加权社团的划分问题,本文提出一种基于非负矩阵分解(Nonnegative matrix factorization,NMF)可去噪声的社团发现方法.该方法通过小波阈值去噪对社会网络数据进行去噪处理,结合有向加权的非负矩阵分解算法对去噪后的数据集进行社团发现,准确找出社团结构.在社会媒体的实验数据集和标准数据集上的实验结果表明,该算法针对带噪声的有向加权图社团发现问题具有良好划分性能,SNR为15时,在Lesmis数据集上的社团划分准确率达到96％,划分模块度值提高了29％.本文为解决带噪的有向加权的社会网络数据提供了切实有效的处理方法.     

基于核心节点扩散的有向网络重叠社团发现算法

复杂网络中的社团结构探测是当前复杂网络研究领域的一个热点问题。传统的社团划分算法主要以无向、无权网络作为分析对象,不能够适用于现实世界中各种有向网络、加权网络。在分析和研究各种社团划分算法的基础上,提出一种新的重叠社团发现算法。该算法从网络中的核心节点开始,不断合并适应度最大邻居节点,最终将网络划分为多个重叠的社团。最后,将该算法应用到两个有向网络中,实验表明该算法能够很好地划分出有向网络中的重叠社团。