基于双视角的耦合网络表示学习算法

传统网络表示学习算法大多依赖于节点视角下的随机游走获取网络局部采样序列,再通过最大化相邻节点的共现概率将网络中的节点表示成低维向量.本文在真实网络上的经验分析表明,对节点和边两种视角分别进行随机游走会产生具有不同节点分布的采样序列,进而得到不同的社区划分.为此,本文提出了一种基于双视角的耦合表示学习算法DPBCNE.该方法基于边视角进行随机游走以获得不同于节点视角的采样结果,再融合基于节点视角下的节点采样序列进行耦合训练,以学习节点和边的表示.实验结果表明,相较于现有的网络表示学习算法,DPBCNE能更好地保留网络拓扑结构信息,并在下游分类和预测任务中获得更好的效果.     

表示学习中句子与随机游走序列等价性的一种新证明

表示学习是机器学习中通过浅层的神经网络将具有关联关系的信息映射到低维度向量空间中。词表示学习的目标是将词语与其上下文词语的关系映射到低维度的表示向量空间中,而网络表示学习的目标是将网络节点及上下文节点之间的关系映射到低维度的表示向量空间中。词向量是词表示学习的结果,而节点表示向量是网络表示学习的结果。DeepWalk通过随机游走策略获取网络节点上的游走序列作为word2vec模型中的句子,之后通过滑动窗口获取节点对输入到神经网络中进行训练,而word2vec和DeepWalk底层所采用模型和优化方法是相同的,即Skip-Gram模型和负采样优化方法,在word2vec和DeepWalk中负采样的Skip-Gram模型称为SGNS。现有研究结果表明,基于SGNS模型实现的词表示学习和网络表示学习算法均为隐式地分解目标特征矩阵。有学者提出基于单词词频服从Zipf定律和网络中节点度服从幂律分布,认为网络中的随机游走序列等同于语言模型中的句子,但是仅仅基于它们服从幂律分布的理由,来判断句子等同随机游走序列是不充分的。因此,基于SGNS隐式分解目标特征矩阵的理论和依据,设计了2个对比实验,利用奇异值分解和矩阵补全方法分别在3个公共数据集上做节点分类任务,通过实验证实了句子和随机游走序列的等同性。     

基于随机游走的网络表示学习推荐算法

根据网络结构中的连接关系得到节点的向量表示,进而将节点的向量表示应用于推荐算法可有效提升其建模能力。针对推荐系统中的同质网络,提出结合随机游走的网络表示学习推荐算法。以DeepWalk算法为基础,在随机游走过程中根据节点重要性设定节点游走序列数,并设置终止概率以控制游走长度优化采样结果,在网络表示学习过程中将SkipGram模型融合节点属性信息,同时考虑上下文节点离中心节点的距离获得更准确的推荐结果。实验结果表明,该算法相比DeepWalk、Node2vec等算法具有更高的推荐准确度,并且较好地解决了冷启动问题。     

基于改进随机游走的网络表示学习算法

现有的基于Word2vec的网络表示学习（NRL）算法使用随机游走（RW）来生成节点序列,针对随机游走倾向于选择具有较大度的节点,生成的节点序列不能很好地反映网络结构信息,从而影响表示学习性能的问题,提出了基于改进随机游走的网络表示学习算法。首先,使用RLP-MHRW算法生成节点序列,它在生成节点序列时不会偏向大度节点,得到的节点序列能更好地反映网络结构信息;然后,将节点序列投入到Skip-gram模型得到节点表示向量;最后,利用链路预测任务来测度表示学习性能。在4个真实网络数据集上进行了实验。在论文合作网络arXiv ASTRO-PH上与LINE和node2vec算法相比,链路预测的AUC值分别提升了8.9%和3.5%,其他数据集上也均有提升。实验结果表明,RLP-MHRW能有效提高基于Word2vec的网络表示学习算法的性能。     

一种基于节点嵌入表示学习的社区搜索算法

针对已有社区搜索算法采用高维稀疏向量表示节点时间复杂度高的问题,提出一种基于节点嵌入表示学习的社区搜索算法CSNERL.节点嵌入技术能够直接从网络结构中学习节点的低维实值向量表示,为社区搜索提供了新思路.首先,针对已有节点嵌入算法存在较高概率在最亲近邻居间来回游走的问题,提出基于最亲近邻居但不立即回访随机游走的节点嵌入模型NECRWNR,采用NECRWNR模型学习节点的特征向量表示;然后,采用社区内所有节点的向量均值作为社区的向量表示,通过选择与当前社区距离最近的节点加入社区的方法实现一种新的社区搜索算法.在真实网络和模拟网络数据集上分别与相关的社区搜索算法进行实验对比,结果表明所提出社区搜索算法CSNERL具有更高的准确性.     

基于自编码器的多视图属性网络表示学习模型

现有的大多数网络表示学习方法很难兼顾网络中丰富的结构信息和属性信息,导致其后续任务,如分类、聚类等的效果不佳。针对此问题,提出一种基于自编码器的多视图属性网络表示学习模型（AE-MVANR）。首先,将网络的拓扑结构信息转化为拓扑结构视图（TSV）,通过计算节点间相同属性共现频率来构造属性结构视图（ASV）;然后,在两个视图上分别利用随机游走算法得到若干节点序列;最后,经过自编码器训练得到的序列,从而得到融合了结构信息和属性信息的节点表示向量。在几个真实数据集上进行了分类、聚类任务的大量实验,结果表明,所提AE-MVANR优于常用的仅基于网络结构的和同时基于网络结构信息及节点属性信息的网络表示学习方法,具体来说该模型的分类准确率最高提升43.75%,而其聚类结果的标准化互信息（NMI）和轮廓系数（Silhouette Coefficient）指标最高增幅分别为137.95%和1 314.63%,戴维森堡丁指数（DBI）最大降幅达45.99%。     

融合链接预测相似度矩阵的属性网络嵌入算法

在属性网络中,与节点相关联的属性信息有助于提升网络嵌入各种任务的性能,但网络是一种图状结构,节点不仅包含属性信息还隐含着丰富的结构信息。为了充分融合结构信息,首先通过定义节点的影响力特性、空间关系特征;然后根据链接预测领域基于相似度的定义构建相似度矩阵,将节点二元组中的关联向量映射到相似度矩阵这一关系空间中,从而保留与节点相关的结构向量信息;再基于图的拉普拉斯矩阵融合属性信息和标签特征,将上述三类信息集成到一个最优化框架中;最后,通过二阶导数求局部最大值计算投影矩阵获取节点的特征表示进行网络嵌入。实验结果表明,提出的算法能够充分利用节点二元组的邻接结构信息,相比于其他基准网络嵌入算法,本模型在节点分类任务上取得了更好的结果。     

基于同质子图变换的异质网络表示学习

目前针对信息网络的研究多数基于同质网络,关于异质信息网络的网络表示学习研究相对较少。为此,提出一种结合不同元路径将异质信息网络转化成带权同质子图的网络表示学习算法。基于不同元路径在同类节点间构建带权重的连边,从异质网络中抽取出带权同质子图,通过带偏置的随机游走方式得到同类节点序列,并利用Skip-gram模型生成该类节点的表示向量。实验结果表明,与只考虑单一路径的算法相比,该算法处理节点分类、相似性搜索等数据挖掘任务时均能得到较好的效果。     

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%。     

基于重启随机游走的图自编码器

针对现有的图自编码器无法捕捉图中节点之间的上下文信息的问题,提出基于重启随机游走的图自编码器.首先,构造两层图卷积网络编码图的拓扑结构和特征,同时进行重启随机游走捕捉节点之间的上下文信息;其次,为了聚合重启随机游走和图卷积网络获得的表示,设计自适应学习策略,根据两种表示的重要性自适应地分配权重.为了证明该方法的有效性,将图最终的表示应用于节点聚类和链路预测任务.实验结果表明,与基线方法相比,提出的方法实现了更先进的性能.     

基于深度神经网络和门控循环单元的动态图表示学习方法

学习图中节点的潜在向量表示是一项重要且普遍存在的任务,旨在捕捉图中节点的各种属性。大量工作证明静态图表示已经能够学习到节点的部分信息,然而,真实世界的图是随着时间的推移而演变的。为了解决多数动态网络算法不能有效保留节点邻域结构和时态信息的问题,提出了基于深度神经网络（DNN）和门控循环单元（GRU）的动态网络表示学习方法DynAEGRU。该方法以自编码器作为框架,其中的编码器首先用DNN聚集邻域信息以得到低维特征向量,然后使用GRU网络提取节点时态信息,最后用解码器重构邻接矩阵并将其与真实图对比来构建损失。通过与几种静态图和动态图表示学习算法在3个数据集上进行实验分析,结果表明DynAEGRU具有较好的性能增益。     

融合全局结构信息的拓扑优化图卷积网络

基于拓扑优化的图卷积网络(TOGCN)是一类图卷积神经网络(GCNN)模型,它通过网络中的辅助信息优化网络拓扑结构,有利于反映节点间的联系程度;然而TOGCN模型仅注重局部节点之间的关联关系,对网络潜在的全局结构信息关注不足.融合全局特征信息,有助于提高模型的性能和处理信息缺失时的鲁棒性.提出了融合全局结构信息的拓扑优...     

基于图划分抽样算法的图表示学习

在基于神经网络的图表示算法中,当节点属性维度过高、图的规模过大时,从内存到显存的数据传输会成为训练性能的瓶颈。针对这类问题,该方法将图划分算法应用于图表示学习中,降低了内存访问的I/O开销。该方法根据图节点的度数,将图划分成若干个块,使用显存缓存池存储若干个特征矩阵块。每一轮训练,使用缓存池中的特征矩阵块,以此来减少内存到显存的数据拷贝。针对这一思想,该方法使用基于图划分的抽样算法,设计显存的缓存池来降低内存的访问,运用多级负采样算法,降低训练中负样本采样的时间复杂度。在多个数据集上,与现有方法对比发现,该方法的下游机器学习准确率与原算法基本一致,训练效率可以提高2~ 7倍。实验结果表明,基于图划分的图表示学习能高效训练模型,同时保证节点表示向量的测试效果。今后的课题可以使用严谨的理论证明,阐明图划分模型与原模型的理论误差。     

动态连续时间网络表示学习

随着时间的推移,网络会随着节点和连边的变化不断发展。针对传统网络表示学习算法不能正确处理动态网络的问题,提出一种基于随机游走的动态连续时间网络表示学习算法（DCTNE）。通过定义一个灵活的节点时序邻居概念,设计一个有偏的随机游走过程。根据时间信息,有效地探索节点的不同时序邻居并建模不同邻居的影响,学习网络表示。实验证明了DCTNE动态网络时序信息的有效性。在链接预测任务上,DCTNE的AUC值与其他算法相比最高获得了50%的增益;在节点分类任务上,DCTNE相较于其他算法在效果上有明显提升。结果表明,对网络中时间依赖关系进行建模有助于后续的网络分析任务。     

融合结构-属性交互二部图随机游走的社区搜索方法

属性图中的社区搜索是一种局部社区发现方法,本质是基于用户提供的查询节点返回包含查询节点且在结构内聚的同时属性与查询属性相似的个性化子图.该任务有助于用户更好地理解社区是如何形成的以及社区形成的原因.提出了一种融合结构-属性交互二部图随机游走机制,有效地支持属性图中的社区搜索.具体地,首先基于网络拓扑结构构建结构概率转移...     

Text-enhanced network representation learning

Network representation learning called NRL for short aims at embedding various networks into lowdimensional continuous distributed vector spaces. Most existing representation learning methods focus on learning representations purely based on the network topology, i.e., the linkage relationships between network nodes, but the nodes in lots of networks may contain rich text features, which are beneficial to network analysis tasks, such as node classification, link prediction and so on. In this paper, we propose a novel network representation learning model, which is named as Text-Enhanced Network Representation Learning called TENR for short, by introducing text features of the nodes to learn more discriminative network representations, which come from joint learning of both the network topology and text features, and include common influencing factors of both parties. In the experiments, we evaluate our proposed method and other baseline methods on the task of node classification. The experimental results demonstrate that our method outperforms other baseline methods on three real-world datasets.     

HiWalk: Learning node embeddings from heterogeneous networks

Heterogeneous networks, such as bibliographical networks and online business networks, are ubiquitous in everyday life. Nevertheless, analyzing them for high-level semantic understanding still poses a great challenge for modern information systems. In this paper, we propose HiWalk to learn distributed vector representations of the nodes in heterogeneous networks. HiWalk is inspired by the state-of-the-art representation learning algorithms employed in the context of both homogeneous networks and heterogeneous networks, based on word embedding learning models. Different from existing methods in the literature, the purpose of HiWalk is to learn vector representations of the targeted set of nodes by leveraging the other nodes as “background knowledge”, which maximizes the structural correlations of contiguous nodes. HiWalk decomposes the adjacent probabilities of the nodes and adopts a hierarchical random walk strategy, which makes it more effective, efficient and concentrated when applied to practical large-scale heterogeneous networks. HiWalk can be widely applied in heterogeneous networks environments to analyze targeted types of nodes. We further validate the effectiveness of the proposed HiWalk through multiple tasks conducted on two real-world datasets.