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。     

结合重要节点信任传播的社会化推荐算法

融合社交信息的推荐算法有效缓解了推荐算法中的数据稀疏性问题和冷启动问题,近年来受到极大的关注。但社交信息依然存在数据稀疏性问题,而且社交网络提供的二值数据无法衡量不同用户间的信任程度。针对这些问题,利用重启随机游走算法获取社交网络中的重要节点。提出重要节点信任传播算法建立重要节点和其他用户节点之间的信任关系,同时利用节点的结构信息进一步量化用户间的信任权重,以得到更精确的推荐结果。在三个公开数据集上的实验表明,结合重要节点信任传播的社会化推荐算法（INTP-Rec）丰富了社交信息,有效地提高了推荐算法的准确率和召回率。     

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.     

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FP-Growth的图上随机游走推荐方法

推荐是促进诸如社交网络等应用活跃度的重要模式,但 庞大 的节点规模以及复杂的节点间关系给社交网络的推荐问题带来了挑战。随机游走是一种能够有效解决这类推荐问题的策略,但传统的随机游走算法没有充分考虑相邻节点间影响力的差异。提出一种基于FP-Growth的图上随机游走推荐方法,其基于社交网络的图结构,引入FP-Growth算法来挖掘相邻节点之间的频繁度,在此基础上构造转移概率矩阵来进行随机游走计算,最后得到好友重要程度排名并做出推荐。该方法既保留了随机游走方法能有效缓解数据稀疏性等特性,又权衡了不同节点连接关系的差异性。实验结果表明,提出的方法比传统随机游走算法的推荐性能更佳。     

一种结合聚集图嵌入的社会化推荐算法

社交网络信息已被广泛的应用到传统的推荐上,一定程度上减轻了数据稀疏和冷启动问题.随着表示学习的兴起,出现了利用表示学习进行推荐的算法研究.然而社交网络过大,表示学习可扩展性差,难以在有限内存中进行计算.聚集图通过空间压缩,保留了关键的结构关系,去除次要或噪音的结构数据,便于表示学习能够有效学习图结构,从而更好地找到相似用户进行推荐.首先,利用图聚集算法同时考虑分组间及分组内的结构得到最终的聚集图;其次,在聚集图上计算随机游走的转移概率,然后选择每个具有偏差概率的后继节点并生成节点序列;最后将节点序列输入到skip-gram学习用户的潜在表示,获得节点的表示向量整合其信息到贝叶斯个性化排序模型(BPR)来解决项目排名问题.实验结果表明,该方法相比于社会化贝叶斯个性化排序(SBPR)、协同用户网络嵌入(CUNE)等基线方法在推荐任务中保持时间效率的同时有效提升了准确率、召回率和平均精度均值.     

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。     

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。     

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.     

基于几何邻居的半监督节点分类

目前基于网络结构的节点分类方法只注重局部网络连接关系。为了能获取更广泛的网络信息,提出一种基于邻居节点结构信息的半监督节点分类算法CBGN。首先,在网络中加入惩罚因子来改进随机游走策略以获取节点的不定长游走序列,这些节点序列被当做句子输入到word2vec模型中,从而将网络结构的潜在信息转换成向量作为节点的特征表示;其次,改进支持向量机算法,结合梯度下降法和坐标下降法来优化参数空间,以对未标记节点进行更准确的分类;最后,在四个标准数据集上与目前较先进的几种方法进行了对比实验。结果表明,CBGN算法提高了分类精度,相比之前已有的方法具有更好的分类效果。     

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.     

融合连边符号语义信息的网络表示学习算法

为融合连边符号语义信息提升网络表示学习质量,针对现有算法处理复杂连边符号语义信息能力较弱问题,提出一种融合连边符号语义信息的网络表示学习算法,将包含正负关系的连边符号语义信息引入网络表示学习过程。首先,该算法设计基于三层感知机的关系预测模型刻画节点间不同类型的上下文链接关系;然后,引入随机游走策略实现上下文链接采样以适应大规模网络场景训练需求。在三个数据集中实验表明,该算法能够有效建模节点间不同类型的上下文链接关系,挖掘其中包含的复杂语义信息,相比目前最优的SIDE方法,所提算法的性能分别提高了0.31%、1.3%和1.85%。     

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

     

基于节点-属性二部图的网络表示学习模型

在图结构数据上开展推理计算是一项重大的任务,该任务的主要挑战是如何表示图结构知识使机器可以快速理解并利用图数据。对比现有表示学习模型发现,基于随机游走方法的表示学习模型容易忽略属性对节点关联关系的特殊作用,因此提出一种基于节点邻接关系与属性关联关系的混合随机游走方法。首先通过邻接节点间的共同属性分布计算属性权重,并获取节点到每个属性的采样概率;然后分别从邻接节点与含有共有属性的非邻接节点中提取网络信息;最后构建基于节点-属性二部图的网络表示学习模型,并通过上述采样序列学习得到节点向量表达。在Flickr、BlogCatalog、Cora公开数据集上,用所提模型得到的节点向量表达进行节点分类的Micro-F1平均准确率为89.38%,比GraphRNA（Graph Recurrent Networks with Attributed random walks）高出了2.02个百分点,比经典工作DeepWalk高出了21.12个百分点;同时,对比不同随机游走方法发现,提高对节点关联有促进作用的属性的采样概率可以增加采样序列所含信息。     

元结构下的文献网络关系预测

针对文献网络节点间的关系预测问题,将节点相似度作为节点间关系概率,采用网络表示学习的方法将文献网络中的节点嵌入到低维空间后计算节点相似度,同时提出基于元结构的网络表示学习模型.根据节点间基于不同元结构的相关性,融合相应的特征表示,将网络映射到低维的特征空间.在低维特征空间内进行距离度量,实现文献网络中的关系预测.实验表明文中模型在文献网络中可得到良好的关系预测结果.     

基于最低度偏置重启随机游走的链路预测方法

链路预测是数据挖掘主题中的一个重要问题。基于随机游走的相似性方法一般设定游走粒子转移到相邻节点的概率是相等的,忽略了节点度值对转移概率的影响。针对此问题,提出一种基于lowest-degree偏置重启随机游走的链路预测方法。首先引入最低度偏置函数,对游走粒子的转移概率进行重新定义,然后将最低度偏置随机游走策略运用到重启随机游走中,探究粒子在游走过程中最低度偏向策略对节点相似度的影响。在九个真实网络数据集上进行链路预测,结果表明,所提方法具有良好的预测精度,且挖掘了更多网络拓扑结构信息,证明该算法在节点相似性的评估上具有一定的优势。     

一种动态的移动社交网络拓扑模型

针对移动社交网络的动态性、用户不同重要性和信息交互有向性,基于4种初始网络提出能准确描述移动社交网络结构的拓扑模型。采用随机游走理论和改进的PageRank算法,引入过渡概率使每两时步之间的网络拓扑结构相互联系。通过PageRank算法得到节点的势,进而求出概率过渡矩阵,利用随机游走理论由上一时步边存在概率矩阵和概率过渡矩阵得到当前时步边存在概率矩阵,每一时步动态地增加一个节点并检验是否有离开的节点。仿真结果显示,该模型在4种初始网络下得到的网络拓扑结构,入度、出度、势分布以及度-势相关性均具有明显幂律特性,表明随机游走理论和改进的PageRank算法能较准确描述移动社交网络,具有一定的实践意义。