融合社区连接信息的网络嵌入方法.pdf

1、第 卷 第 期 重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版).年 月().:./.融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法收 稿 日 期:修 订 日 期:通 讯 作 者:胡 军.基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金()重 庆 市 自 然 科 学 基 金()重 庆 市 教 委 重 点 合 作 项 目():()()()宋 振 寰 胡 军(.重 庆 邮 电 大 学 计 算 智 能 重 庆 市 重 点 实 验 室 重 庆.重 庆 邮 电 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 学 院 重 庆)摘 要:网 络 嵌 入 旨 在 学 习 节 点 的 低 维 稠 密 向 量

2、 同 时 保 留 原 始 网 络 的 结 构 和 属 性 信 息 现 有 的 网 络 表 示 方 法 大多 未 考 虑 网 络 中 的 社 区 信 息 和 社 区 间 的 信 息 难 以 有 效 地 学 习 网 络 的 低 维 表 示 为 有 效 保 留 网 络 中 的 社 区 信 息 和社 区 间 信 息 提 出 了 一 种 融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法()该 方 法 基 于 不 同 社 区 的 亲 密 程 度 捕 捉 网 络 中 社 区 间 的 关 系 采 用 自 定 义 游 走 的 方 式 得 到 融 合 局 部结 构、社 区 信 息 以 及 社 区 间 信

3、 息 的 游 走 序 列 通 过 模 型 得 到 与 之 对 应 的 网 络 嵌 入 结 果 在 个 公 开 数 据集 的 实 验 结 果 表 明 相 比 基 准 方 法 在 链 接 预 测 上 的 值 和 都 有 一 定 程 度 的 提 升 关 键 词:网 络 嵌 入 模 型 社 区 发 现 社 区 连 接 链 接 预 测中 图 分 类 号:文 献 标 志 码:文 章 编 号:()(.):.().:引 言网 络 在 现 实 生 活 中 无 处 不 在 常 见 的 如 生 物 蛋白 质 系 统、社 交 系 统、交 通 系 统 等 都 可 以 抽 象 为 网 络的 形 式 通 过 分 析 这 些

4、 网 络 结 构 可 从 中 提 取 有 价值 的 信 息 比 如 用 户 间 的 好 友 关 系 蛋 白 质 网 络 中 单独 蛋 白 的 相 互 作 用 关 系 等 传 统 的 网 络 表 示 方法 常 基 于 网 络 的 拓 扑 结 构 通 过 图 的 邻 接 矩 阵 或 相似 矩 阵 进 行 表 示 但 是 这 些 表 示 方 法 在 面 对 大 规 模网 络 时 存 在 高 维 稀 疏 的 问 题 且 可 能 包 含 噪 声 和 冗余 信 息 针 对 这 一 问 题 近 年 来 学 者 们 提 出 了 网络 嵌 入 方 法 其 通 过 将 原 始 网 络 映 射 到 向 量 空 间

5、得到 节 点 嵌 入 表 示 从 而 有 利 于 结 合 机 器 学 习 模 型 高效 处 理 网 络 分 析 的 下 游 任 务 如 节 点 分 类 推荐 链 接 预 测等 现 有 的 网 络 嵌 入 方 法 主 要分 为 基 于 随 机 游 走 的 方 法、基 于 深 度 神 经 网 络的 方 法和 基 于 矩 阵 分 解 的 方 法 这 些 方 法大 多 仅 考 虑 了 节 点 的 局 部 结 构 信 息 忽 略 了 网 络 中的 社 区 信 息为 解 决 网 络 嵌 入 中 社 区 信 息 缺 失 的 问 题.等基 于 高 斯 混 合 分 布 提 出 了 融 合 社 区信 息()的 算

6、 法.等对 随 机 游 走 进 行 扩 展 提 出 了 融 合 社 区信 息 的 随 机 游 走()算 法 主 要 依 据 阈 值 选 择 社 区 节点 进 行 游 走.等提 出 了 一 种 在学 习 节 点 嵌 入 的 同 时 进 行 节 点 聚 类()算 法 主 要 通 过 在学 习 节 点 嵌 入 过 程 中 考 虑 节 点 聚 类 损 失 融 合 社 区 信息 等提 出 一 种 考 虑 社 区 节 点 游 走 的 同 时结 合 注 意 力 机 制 增 强 语 义 信 息 的()算 法 然 而 这 些 融 合社 区 信 息 的 方 法 仅 对 社 区 内 的 节 点 信 息 进 行 了

7、加强 没 有 考 虑 网 络 中 的 社 区 间 信 息在 现 实 生 活 中 社 区 信 息 和 社 区 间 的 关 系 都 至关 重 要 因 为 不 仅 同 一 社 区 的 节 点 有 大 概 率 产 生 联系不 同 社 区 的 成 员 也 可 能 产 生 联 系 如 图 所 示在 实 验 室 社 交 网 络 中 每 个 节 点 代 表 一 个 学 生 或 老师 每 条 边 表 示 相 连 的 个 节 点 间 存 在 联 系 不 同 颜色 代 表 不 同 的 实 验 室 社 区 其 中 学 生 和 在 社交 网 络 中 虽 然 没 有 连 边 但 由 于 它 们 属 于 同 一 实 验室

8、社 区 它 们 之 间 大 概 率 会 存 在 连 边 关 系 而 两 实 验 室 社 区 因 为 存 在 多 个 共 有 的 老 师 作 为团 队 指 导 则 节 点 有 更 大 的 概 率 和 节 点 存 在 链接 因 此 融 合 社 区 信 息 的 过 程 中 有 必 要 考 虑 社 区间 的 关 系 在 保 留 节 点 间 的 连 接 信 息 和 社 区 信 息 的同 时 保 留 社 区 间 的 连 接 信 息图 社 区 之 间 关 系.基 于 上 述 分 析 本 文 提 出 一 种 融 合 社 区 连 接 信息 的 网 络 嵌 入 方 法()该 方 法 首先 结 合 社 区 发 现

9、算 法 获 得 网 络 的 社 区 结 构 然 后 基于 不 同 社 区 的 亲 密 度 捕 捉 网 络 中 社 区 间 关 系 接 着采 用 有 偏 游 走 的 方 式 保 留 网 络 局 部 信 息 并 采 用 社区 游 走 的 方 式 保 留 网 络 社 区 内 信 息 和 社 区 间 信 息最 后 通 过 负 采 样 优 化 的 模 型 得 到 与 之 对应 的 网 络 表 示 结 果 在 个 公 开 数 据 集 上 的 实 验 结果 表 明 该 方 法 相 比 基 准 方 法 在 链 接 预 测 实 验 的 效果 有 一 定 程 度 的 提 升 相 关 工 作网 络 嵌 入 旨 在

10、提 取 网 络 中 节 点、边 的 低 维 信 息表 示 一 个 网 络 可 以 表 示 为 一 个 图()其中 表 示 图 中 的 节 点 集 合 是 边 的 集 合 网 络 嵌入 的 目 标 是 通 过 一 个 映 射 函 数 为 每 个 节 点 学 习 低维 稠 密 的 实 数 向 量:是 嵌 入 向 量 的 维 数并 在 低 维 空 间 中 保 存 网 络 的 拓 扑 结 构 信 息 如 点 和边 的 邻 近 关 系 以 及 社 区 信 息 等近 年 来 兴 起 的 网 络 嵌 入 研 究 起 源 于 自 然 语 言 处理 领 域 的 表 示 学 习 受 词 向 量 嵌 入 方 法 的

11、 启 发方 法 提 出 其 基 于 随 机 游 走 的 策 略 每个 节 点 随 机 从 邻 居 集 合 中 选 择 一 个 节 点 加 入 节 点 序列 对 该 序 列 使 用 模 型 进 行 学 习 得 到 嵌入 结 果 在 随 机 游 走 的 过 程 中 加 入 了超 参 数 改 变 游 走 概 率 可 选 择 深 度 优 先 遍 历 或广 度 优 先 遍 历 从 而 保 存 网 络 的 同 质 性 和 同 构 性大 规 模 信 息 网 络 嵌 入 方 法()则 是 利 用 丰 富 的 二 阶 重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷邻 域 来 弥 补 一 阶 邻 居

12、的 稀 疏 性 并 且 随 着 深 度 学习 的 发 展 深 层 神 经 网 络 模 型 也 逐 步 应 用 于 网 络 嵌入 技 术 中 主 要 用 于 提 取 网 络 中 的 非 线 性 信 息 基于 深 层 神 经 网 络 模 型 的 嵌 入 方 法()基 于 深 层 神 经 网 络 模型 使 用 深 度 自 动 编 码 器 来 保 持 节 点 的 一 阶 邻 居 相似 度 和 二 阶 邻 居 相 似 度 然 后 联 合 优 化 这 两 个 近 似值 再 通 过 非 线 性 的 函 数 获 得 节 点 的 表 示 此 外 基于 矩 阵 分 解 的 网 络 嵌 入 方 法()其 通 过 对

13、 节 点 不 同 步 距 离 内 的 网 络拓 扑 信 息 进 行 奇 异 值 分 解 并 将 每 一 步 的 结 果 相 连得 到 节 点 嵌 入 结 果 首 先 通 过 将 任 务 定 义为 稀 疏 矩 阵 分 解 有 效 地 初 始 化 网 络 嵌 入 然 后 通 过在 频 谱 调 制 空 间 中 传 播 来 增 强 嵌 入 但 是 这 些 方 法都 没 有 考 虑 网 络 中 的 社 区 信 息为 在 网 络 嵌 入 中 融 合 社 区 信 息 定 义 了节 点 嵌 入、社 区 检 测、社 区 嵌 入 的 方 法 流 程 但 是 其假 设 嵌 入 空 间 中 社 区 是 拟 合 高 斯

14、 分 布 的 并 通 过 高斯 混 合 模 型 进 行 建 模 使 用算 法检 测 出 社 区 网 络 结 构 利 用 社 区 信 息 指 导 随 机 游 走在 生 成 节 点 序 列 时 根 据 阈 值 从 社 区 中 随 机 选 择一 个 节 点 加 入 序 列 进 而 融 合 社 区 信 息 到 最 后 的 嵌入 结 果 中 通 过 在 学 习 节 点 嵌 入 的 过 程 中添 加 节 点 到 聚 类 中 心 的 聚 类 损 失 以 融 合 网 络 中 的 社区 信 息 在 获 取 节 点 周 围 的 局 部 结 构 时 还 捕捉 了 节 点 的 社 区 信 息 并 且 通 过 注 意

15、力 机 制 对 节 点之 间 的 语 义 信 息 进 行 了 加 强 通 过 模 块化 非 负 矩 阵 分 解 来 保 存 网 络 的 微 观 和 宏 观 结 构从 而在 最 终 的 节 点 嵌 入 结 果 保 留 社 区 信 息 融 合 步 社区 的 网 络 嵌 入 方 法(定 义 了 步 社 区 的 概 念 通过 部 分 社 区 结 构 对 随 机 游 走 进 行 指 导 以 保 存 更 高质 量 的 社 区 信 息从 上 述 方 法 来 看 现 有 的 嵌 入 方 法 多 仅 采 用 不同 的 方 式 在 嵌 入 结 果 中 融 合 社 区 信 息 但 只 强 调 了社 区 内 节 点

16、的 关 系 忽 略 了 社 区 间 的 信 息 为 此 研究 一 种 融 合 网 络 社 区 间 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法 具 有 十分 重 要 的 意 义 融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法 主 要思 想:首 先 对 输 入 的 网 络 使 用 算 法 进 行 社区 发 现 得 到 输 入 网 络 的 所 有 社 区 然 后 根 据 发 现 的社 区 得 到 社 区 间 的 亲 密 度()并 结 合 对 网 络 中 的 每 一 个节 点 生 成 融 合 局 部 结 构、社 区 信 息 和 社 区 间 信 息的

17、 节 点 序 列 捕 捉 网 络 的 局 部 信 息 和 全 局 信 息 最 后使 用 模 型 最 大 化 节 点 在 定 义 的 窗 口 中 出现 的 条 件 概 率 从 节 点 序 列 中 学 习 出 节 点 的 嵌 入 结果 方 法 的 主 要 思 想 如 图 所 示图 融 合 社 区 连 接 信 息 网 络 嵌 入.社 区 生 成由 于 算 法 可 快 速 有 效 地 发 现 网 络 中 的社 区 结 构 因 此 本 文 使 用 该 算 法 来 生 成 社 区 信 息该 算 法 首 先 将 每 一 个 节 点 单 独 划 分 为 一 个 社 区 然后 尝 试 把 每 个 节 点 分 配

18、 到 邻 居 节 点 所 在 的 社 区 并 计算 模 块 度 的 变 化 最 后 选 择 模 块 度 最 大 的 社 区 进 行加 入 模 块 度 计 算 公 式 为()()()式 中:表 示 图 中 边 的 权 重 之 和 表 示 所 有 与 第 期 宋 振 寰 等:融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法节 点 相 连 的 边 的 权 重 之 和 表 示 节 点 所 属 的 社区 是 一 个 增 量 函 数 当 社 区 相 等 时 返 回模 块 度 优 化 完 成 后 该 算 法 另 一 阶 段 是 聚 集 已发 现 的 社 区 建 立 一 个 新 的 社 区 网 络

19、然 后 不 断 重复 上 述 过 程 直 至 模 块 度 不 再 增 加.有 偏 游 走 序 列 生 成本 文 采 用 获 取 节 点 邻 居 结 构 具 体 步骤 如 算 法 所 示 该 方 法 对 初 始 节 点 通 过 有 偏 游走 的 方 式 生 成 长 度 为 的 游 走 序 列 以 更 好 地 保 留网 络 中 的 结 构 信 息 具 体 地 通 过 控 制 两 个 超参 数 可 以 实 现 深 度 优 先 遍 历 和 广 度 优 先 遍 历 其 中 用 于 控 制 是 否 重 复 游 走 即 是 否 返 回 已 经 走 过 的节 点 用 于 控 制 游 走 的 方 向 是 倾 向

20、 深 度 优 先 遍历 还 是 广 度 优 先 遍 历算 法 有 偏 游 走输 入:网 络()参 数 节 点 游 走 的 路 径 长 度 节 点的 游 走 路 径 数 量 输 出:有 偏 游 走 序 列:有 偏 游 走 序 列 网 络 节 点.():通 过 值 计 算 每 个 节 点 的 别 名 采 样 概 率:/从 最 新 加 入 的 节 点 出 发:()/通 过 别 名 采 样获 取 下 一 节 点:/加 入 节 点 到 游 走 序 列中 作 为 下 一 个 初 始 节 点:/所 有 游 走 序 列:.社 区 游 走 序 列 生 成本 文 使 用 相 似 度 作 为 个 社 区 之 间 亲

21、 密度 的 关 系 度 量 其 物 理 意 义 是 不 同 社 区 以 及 其 邻 居节 点 中 产 生 交 集 的 部 分 越 多 则 个 社 区 之 间 的 联系 越 紧 密 定 义 为()()()()()()()()()()()式 中:()表 示 社 区 的 邻 居 节 点 集 合()表 示 社 区 中 的 节 点 集 合社 区 亲 密 度 计 算 示 意 图 如 图 所 示 给 定 一 个无 向 无 权 图()其 中()()()()由公 式()可 得 社 区 和 社 区 之 间 的 亲 密 度为/同 理 可 得 社 区 和 社 区 之 间 亲密 度 为/社 区 和 社 区 之 间 亲

22、密 度 为/图 社 区 亲 密 度 计 算 示 意 图.社 区 游 走 序 列 生 成 步 骤 如 算 法 第 行 所示 首 先 以 为 初 始 节 点 根 据 发 现 的 社 区 信 息 确 定当 前 节 点 的 所 属 社 区 接 着 将 社 区 抽 象 为 节 点 计算 亲 密 度 作 为 网 络 中 社 区 节 点 之 间 的 跳 跃概 率 结 合 别 名 采 样 法 确 定 下 一 跳 社 区 并 从 下 一 跳社 区 中 随 机 选 择 节 点 加 入 游 走 序 列 直 至 游 走 序 列长 度 达 到 特 别 地 的 时 候 值 为 因此 初 始 节 点 选 择 同 一 社 区

23、 的 节 点 进 行 游 走 的 概 率 更高 其 次 才 是 其 他 相 似 度 高 的 社 区 中 的 节 点 可 以看 出 社 区 游 走 序 列 中 既 保 存 了 网 络 中 节 点 的 社 区内 信 息 也 基 于 社 区 相 似 度 捕 捉 了 网 络 中 社 区 间 的关 系 弥 补 了 有 偏 游 走 序 列 中 全 局 信 息 的 缺 失 可 更好 地 对 网 络 结 构 进 行 表 示算 法 社 区 游 走输 入:网 络()社 区 信 息 社 区 游 走 路 径 数 量 社区 游 走 的 路 径 长 度 输 出:社 区 游 走 序 列:社 区 游 走 序 列 网 络 中

24、节 点.():通 过 计 算 每 个 社 区 的 别 名 采 样 概 率:/将 节 点 作 为 初 始 节 点:重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷:()/当 前 节 点 所 属 社 区:()/别 名 采 样 法获 取 下 一 跳 社 区:():.模 型 模 型 如 图 所 示 对 每 个 节 点 得 到 有偏 游 走 和 社 区 游 走 的 序 列 后 使 用 模 型 来 学 习 网 络 的 节 点 嵌 入 具体 地 从 得 到 的 序 列 中 任 选 一 个 节 点 根 据 窗 口 大小 获 得 的 上 下 文 节 点 将 节 点 的 独 热 编 码 输 入神 经 网

25、 络 模 型 通 过 正 向 运 算 和 反 向 传 播 更 新 权 重矩 阵 最 大 化 序 列 中 节 点 共 现 的概 率 为()()()()()式 中:分 别 表 示 中 心 节 点 和 上 下 文 节 点 和 分 别 表 示 节 点 的 嵌 入 向 量 和 节 点 的 上 下文 嵌 入 向 量图 模 型.为 降 低()式 的 计 算 复 杂 度 这 里 采 用 负 采 样进 行 优 化 表 达 式 为()()()()()()式 中:为 负 采 样 个 数()为 负 采 样 概 率分 布 实 验 分 析对 于 本 文 提 出 的 网 络 嵌 入 方 法 将 得 到 的 表 示向 量 运

26、 用 于 链 接 预 测 任 务 以 验 证 其 有 效 性 并 通 过参 数 敏 感 性 实 验 进 行 参 数 分 析.数 据 集实 验 选 用 了 个 真 实 数 据 集 来 进 行 测 试 数 据集 的 具 体 信 息 如 表 所 示表 数 据 集.数 据 集 节 点 数 边 个 数 社 区 标 签 数:每 个 节 点 代 表 篇 机 器 学 习 论 文 一共 可 分 为 个 类 别 网 络 中 存 在 个 节 点 以 及 个 链 接:每 个 节 点 代 表 个 用 户 每 条 边则 代 表 个 用 户 之 间 的 友 情 该 网 络 一 共 存 在 个 节 点 和 条 边:每 个 节

27、 点 代 表 维 基 百 科 中 的 文 章 每条 边 的 连 接 表 示 篇 文 章 之 间 的 引 用 该 网 络 一 共存 在 个 节 点 以 及 条 边 共 个 种 类.对 比 方 法 和 评 价 指 标实 验 对 比 的 方 法 包 括 以 下 种 网 络 嵌 入 方 法):利 用 随 机 游 走 生 成 节 点 序 列 获 得局 部 信 息 并 通 过 模 型 学 习 节 点 的 表 示):种 在 随 机 游 走 过 程 中 通 过 个超 参 数 考 虑 深 度 优 先 搜 索 和 广 度 优 先 搜 索 的网 络 嵌 入 表 示 方 法):采 用 混 合 高 斯 分 布 作 为

28、社 区 表 示 的 模型 并 假 设 节 点 表 示 是 由 这 样 的 社 区 分 布 生 成 的):种 基 于 已 知 社 区 进 行 随 机 游 走 的 网络 嵌 入 方 法 能 在 嵌 入 结 果 中 考 虑 网 络 中 的 社 区 第 期 宋 振 寰 等:融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法信 息):种 基 于 层 次 聚 类 的 网 络 嵌入 方 法 能 在 嵌 入 结 果 中 考 虑 不 同 层 级 的 社 区 信 息其 中、和 是 融 合 了 社 区信 息 的 方 法 和 是 没 有 融 合 社区 信 息 的 方 法实 验 使 用 的 评 价 指 标 有(

29、曲 线 下 面 积)和 值 其 中 计 算 方 式 为()()()()()式 中:、分 别 为 预 测 结 果 中 真 阳性、假 阴 性 和 假 阳 性 样 本 为 真 阳 样 本 和 预测 为 阳 的 样 本 占 比 为 真 阳 样 本 和 真 实 为 阳 的样 本 占 比.实 验 设 置所 有 方 法 在 游 走 的 过 程 中 进 行 统 一 的 参 数 设置 具 体 地 设 置 滑 动 窗 口 大 小 为 嵌 入 维 度 为 游 走 路 径 数 量 为 游 走 长 度 为 对 比 方 法的 参 数 均 按 照 相 应 论 文 中 描 述 进 行 设 置 特 别 地本 文 提 出 的 方

30、 法 负 采 样 个 数 为 的 聚 类 数 根据 网 络 中 的 真 实 类 别 数 进 行 设 置 无 类 别 信 息 的 数 据 集 则 使 用 社 区 发 现 算 法 发 现 的 社 区 个数 作 为 聚 类 数 方 法 值 设 置 为.网 络 嵌 入 方 法 仅 仅 为 每 个 节 点 生 成 嵌 入 向 量因 此 本 文 参 照 使 用 多 种 操 作 运 算 符 计 算边 的 嵌 入()具 体 定 义 如 下:()()()()():()()()()():()()()()():()()()()().链 接 预 测 分 析.全 局 链 接 预 测在 全 局 链 接 预 测 任 务 中

31、 首 先 将 网 络 中 的 一 些边 随 机 删 除 然 后 通 过 各 种 方 法 预 测 这 些 缺 失 的 边具 体 实 验 采 用 了 生 成 带 标 签 的 数 据 集 方 式 在 不 影响 网 络 连 通 性 的 情 况 下 从 网 络 存 在 的 边 中 随 机 移 除、的 边 作 为 正 样 本 从 节 点间 无 连 接 的 节 点 对 当 中 采 集 负 样 本 最 后 利 用 剩 余的 网 络 进 行 网 络 嵌 入 得 到 嵌 入 结 果 和 指 标 用 于 评 估 该 任 务 的 准 确 性 取 次 实 验 的平 均 值 作 为 最 终 结 果 更 高 的 值 和 值

32、意 味 着 更 好 的 模 型 性 能 个 数 据 集 上 运 算 符 实 验 结 果(百 分 制)如 表 所 示表 链 接 预 测 结 果.数 据 集 算 法.重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷续 表数 据 集 算 法.从 实 验 结 果 可 以 看 出 本 文 提 出 的 方 法在 大 多 数 情 况 下 比 只 考 虑 局 部 结 构 信 息 的 方 法 在 有 较 大 提 升 且 对 于 只 考 虑 社 区 信 息 的 方 法 也有 一 定 的 提 升 具 体 地 在 和 数 据集 中 优 于 所 有 方 法 并 且 在 数 据 集 上 比 仅 考 虑局 部 结

33、 构 信 息 的 方 法(、)的 效 果提 升 了 与 融 合 社 区 信 息 的 方 法(、)相 比 效 果 有 一 定 优 势 但 在 边 删除 过 多 时 社 区 划 分 不 准 确 对 实 验 结 果 有 一 定 影 响对 于 在 绝 大 部 分 情 况 下 都 优 于 其 他对 比 方 法 具 有 良 好 的 模 型 性 能另 外 实 验 将 各 个 方 法 通 过 不 同 运 算 符 得 到 的边 嵌 入 运 用 在 数 据 集 的 链 接 预 测 实 验 中以 验 证 方 法 得 到 的 节 点 嵌 入 是 否 具 有 适 用 性 实 验结 果 如 图 所 示 从 图 可 以 看

34、 出 在、和 运 算 符 下 获 得 的边 嵌 入 向 量 在 链 接 预 测 实 验 中 效 果 较 好 其 中 运 算 符 的 效 果 优 于 其 他 所 有 方 法 说 明获 得 的 节 点 嵌 入 在 大 多 数 运 算 符 下 都 具 有 适 用 性综 上 所 述 本 文 提 出 的 方 法 相 对 和 在 嵌 入 结 果 中 保 留 了 社 区 信 息 和 社 区 间信 息 同 时 与 融 合 了 社 区 信 息 的 方 法、以 及 相 比 在 嵌 入 结 果 中 保 留 了 网 络 中的 社 区 间 信 息 从 而 预 测 性 能 有 一 定 的 优 势图 数 据 集 各 运 算

35、 方 法 结 果.第 期 宋 振 寰 等:融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法.社 区 间 的 链 接 预 测实 验 在 社 区 间 链 接 预 测 中 选 择 网 络 的 边进 行 删 除 原 因 在 于 删 除 过 多 的 边 会 使 网 络 结 构 发生 巨 大 变 化 导 致 社 区 发 现 效 果 不 佳 具 体 地 随 机遍 历 网 络 中 的 边 通 过 判 断 边 的 社 区 属 性 以 及 删 除后 网 络 的 连 通 性 进 行 筛 选 使 得 删 除 的 边 中 社 区 内的 边(边 的 两 端 节 点 属 于 同 一 社 区)分 别 占 总 删 除

36、边 数 的 从 而 判 断 嵌 入 方 法 是 否 对 网 络社 区 间 的 关 系 进 行 保 留在 个 数 据 集 上 进 行 实 验 实 验 结 果 和(百 分 制)如 表 所 示表 数 据 集 上 社 区 间 链 接 预 测 结 果.评 价 指 标 算 法社 区 内 边 所 占 比 例.表 数 据 集 上 社 区 间 链 接 预 测 结 果.评 价 指 标 算 法社 区 内 边 所 占 比 例.从 实 验 结 果 可 以 看 出 本 文 提 出 的 方 法 在 社 区间 边 多 的 情 况 下 和 相 比 其 他 对 比 方法 有 一 定 的 提 升 产 生 以 上 实 验 效 果 的

37、 原 因 主 要 是 和 随 机 生 成 游 走 序 列 没 有 融合 社 区 信 息 虽 然 考 虑 了 深 度 优 先 搜 索和 广 度 优 先 搜 索 但 是 参 数 并 不 能 提 取 网 络 中的 社 区 信 息 和 虽 然 都 考 虑 了 社 区 信息 但 它 们 更 关 注 于 社 区 内 部 的 信 息 提 取 而 忽 略 了社 区 之 间 的 信 息 保 留 方 法 虽 然 考 虑 了不 同 层 次 的 社 区 信 息 但 是 一 些 社 区 可 能 联 系 不 大 重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷但 也 被 归 属 到 同 一 层 级 进 行 强

38、化 从 而 导 致 错 误 判别 节 点 间 是 否 存 在 链 接 本 文 提 出 的 方 法 在 游 走 序列 中 加 入 了 融 合 社 区 信 息 和 社 区 间 信 息 的 社 区 游走 且 由 超 参 数 控 制 迭 代 次 数 社 区 间 亲 密 关 系 控制 社 区 游 走 概 率表 数 据 集 上 社 区 间 链 接 预 测 结 果.评 价 指 标 算 法社 区 内 边 所 占 比 例.只 考 虑 社 区 信 息 的 方 法 在 部 分 结 果 中 依然 表 现 出 良 好 性 能 的 原 因 在 于 它 在 形 成 嵌 入 信 息的 过 程 中 形 成 了 一 个 闭 环

39、不 断 地 优 化 节 点 嵌 入 信息 和 社 区 嵌 入 信 息 对 它 们 进 行 一 个 平 衡 因 此 弥 补了 只 考 虑 社 区 信 息 的 不 足 但 是 本 文 提 出 的 方 法 从社 区 间 关 系 的 角 度 对 只 考 虑 社 区 信 息 的 方 法 进 行 优化 提 升 了 链 接 预 测 实 验 的 分 数 同 时 通 过各 方 法 在 不 同 数 据 集 上 的 对 比 可 以 发 现 在 大 多 数 情 况 下 都 优 于 其 他 对 比 方 法 在 社 区内 的 边 少 且 社 区 间 的 边 多 的 情 况 下 相 比 其 他方 法 有 着 更 好 的 性

40、 能 并 且 随 着 社 区 内 的 边 不 断 增加 的 效 果 与 基 准 方 法 相 比 也 有 一 定 优 势 这说 明 在 保 留 网 络 中 的 社 区 信 息 时 考 虑 比 其 余方 法 更 加 充 分 同 时 保 留 了 社 区 内 信 息 和 社 区 间信 息.参 数 敏 感 性 分 析为 了 评 估 中 不 同 的 参 数 值 是 如 何 影 响 不同 数 据 集 上 的 结 果 实 验 在 删 除 边 的 情 况 下 的链 接 预 测 任 务 上 进 行 实 验 结 果 如 图 所 示从 实 验 结 果 可 以 发 现 在 数 据 集 中 随 着 值 的 改 变 实 验

41、 结 果 的 精 度 有 先 上 升 再 下 降 的 趋 势在 时 获 得 最 好 的 结 果 数 据 集 中 最好 的 结 果 在 时 得 到 且 随 着 值 的 增 加 链 接 预测 的 效 果 呈 下 降 趋 势 而 数 据 集 的 表 现 与数 据 集 类 似 在 的 情 况 下 效 果 最 佳 产 生 上 述实 验 结 果 的 原 因 可 能 在 于 数 据 集 中 每 个社 区 平 均 条 边 此 时 对 社 区 中 的 节 点 进 行 游走 有 很 大 概 率 无 法 走 出 社 区 即 节 点 游 走 在 刻 画 网络 结 构 的 过 程 中 已 保 留 了 部 分 社 区 信

42、 息 而 作 为社 区 游 走 的 迭 代 次 数 每 次 迭 代 都 可 强 化 网 络 社 区信 息 及 社 区 间 关 系 但 迭 代 次 数 过 多 可 能 会 导 致 同一 社 区 的 节 点 嵌 入 趋 于 一 致 从 而 将 原 本 没 有 边 连接 的 节 点 预 测 为 有 边 相 连 所 以 在 数 据 集一 次 迭 代 效 果 最 佳 对 于 和 数 据 集 它们 社 区 中 平 均 连 边 分 别 为 条 和 条 节 点 游走 出 社 区 对 网 络 结 构 进 行 刻 画 的 概 率 更 大 从 而 导致 社 区 信 息 保 留 较 少 故 可 增 大 值 强 化 社

43、 区 信 息总 的 来 说 在 大 规 模 稠 密 网 络(网 络 中 边 集 远 大 于点 集 社 区 中 边 集 远 大 于 游 走 序 列 长 度)中 值 设置 偏 小 稀 疏 网 络(网 络 中 边 集 与 点 集 相 差 不 大 社区 中 边 集 不 多)中 值 可 适 当 增 大然 后 实 验 分 析 了 网 络 表 示 结 果 的 嵌 入 维 度 和 游走 路 径 数 量 对 链 接 预 测 结 果 的 影 响 在 和 数 据 集 中 随 着 的 改 变 实 验 结 果 有 先上 升 后 下 降 的 趋 势 在 时 获 得 最 好的 结 果 数 据 集 则 是 在时 获 得 最

44、好 的 结 果 产 生 上 述 实 验 结 果 的 原 因 可 能是 不 同 的 数 据 集 适 合 的 嵌 入 维 度 各 不 相 同 但 是 过 低 第 期 宋 振 寰 等:融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法或 者 过 高 的 维 度 会 导 致 模 型 欠 拟 合 或 过 拟 合 此外 通 过 实 验 分 析 可 以 发 现 对 于 稠 密 数 据 集 实 验 效 果 随 着 的 增 加 而 增 加 在 达到 一 定 规 模 后 产 生 轻 微 波 动 原 因 可 能 在 于 该 数 据集 规 模 较 大 因 此 需 要 多 次 游 走 才 能 更 好 地 学 习

45、 网络 的 结 构 而 对 于 和 数 据 集 由 于 网 络 规模 较 小 不 需 要 多 次 就 可 以 完 成 网 络 结 构的 学 习 实 验 效 果 随 着 的 改 变 产 生 轻 微 波动 但 过 多 的 游 走 次 数 会 产 生 一 定 噪 声 使 实 验 效 果降 低最 后 从 滑 动 窗 口 的 实 验 结 果 可 以 看 出 网 络 中的 一 阶 邻 居 和 二 阶 邻 居 的 重 要 性 通 常 大 于 高 阶 邻 居的 重 要 性 但 是 在 这 类 有 明 显 节 点 标 签 信 息 的网 络 中 高 阶 信 息 对 嵌 入 结 果 有 一 定 提 升图 参 数 敏

46、 感 性 实 验 结 果 示 意 图.结 束 语为 融 合 社 区 信 息 和 社 区 间 信 息 更 好 地 对 网 络 进行 嵌 入 表 示 本 文 提 出 了 一 种 融 合 社 区 连 接 信 息 的网 络 嵌 入 方 法 该 方 法 通 过 算 法 得 到 网 络中 的 社 区 划 分 然 后 通 过 不 同 社 区 之 间 的 亲 密 关 系对 节 点 生 成 融 合 局 部 结 构、社 区 信 息 和 社 区 间 信 息的 特 定 节 点 序 列 作 为 上 下 文 信 息 以 捕 捉 网 络 中 的局 部 拓 扑 信 息 和 全 局 信 息 该 方 法 丰 富 了 嵌 入 结

47、果的 社 区 信 息 和 社 区 间 信 息 在 个 真 实 数 据 集 的 实验 结 果 验 证 了 模 型 的 有 效 性 和 优 越 性 在 全 局 链 接预 测 以 及 社 区 间 的 链 接 预 测 任 务 中 和 相 比 基 准 方 法 都 有 一 定 提 升本 文 中 所 提 出 的 算 法 主 要 基 于 网 络 的 拓 扑 结构 无 法 处 理 网 络 中 的 其 他 辅 助 信 息 因 此 得 到 的 网络 嵌 入 不 适 用 于 网 络 中 的 边 或 点 含 有 多 种 属 性 的 复杂 网 络 未 来 将 考 虑 融 合 各 种 辅 助 信 息 的 网 络 嵌 入方

48、法参 考 文 献:.:/.:.重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷():.():.:.():.:.():.:.():.():.:.():.吕 琳 媛.复 杂 网 络 链 路 预 测.电 子 科 技 大 学 学 报(自 然 科 学 版)():.():.:/.:.:/.:.:/.:./.:.:/.:.:/.:.:./.:.():.:/.:.():.():.:():./.:().():.():.():.():.:/.第 期 宋 振 寰 等:融 合 社 区 连 接 信 息 的 网 络 嵌 入 方 法:/./.:.():.:/.:.作 者 简 介:宋 振 寰()男 四 川 成 都 人 硕 士 主要 研 究 方 向 为 机 器 学 习、智 能 信 息 处 理:.胡 军()男 湖 北 荆 州 人 教 授 博士 博 士 生 导 师 高 级 会 员 主 要 研 究方 向 为 粒 计 算、粗 糙 集、智 能 信 息 处 理:.(编 辑:刘 勇)重 庆 邮 电 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷