多层网络社区检测:联合非负矩阵分解新方法

2 下载量 168 浏览量 更新于2024-08-28 1 收藏 940KB PDF 举报
"联合非负矩阵分解在多层网络中的社区检测" 本文主要探讨了如何在多层网络中有效地检测社区结构,这是一个复杂系统的典型特征。多层网络是由多个相互关联的子网络(或称为层)组成的,每个层代表特定类型的交互。现有的社区检测算法通常分为两类:一是将多层网络简化为单层网络处理,二是采用共识聚类方法扩展单层网络算法。然而,这两种方法都存在不足,它们未能充分利用各层间的关联信息,从而可能导致社区检测的精度下降。 为了克服这些问题,作者提出了一个新的量化指标——多层模块密度(Multilayer Modularity Density),这一度量标准旨在更好地捕捉多层网络中的社区结构。文章进一步证明了优化多层模块密度的迹线等价于一系列常见的聚类算法的目标函数,如内核K均值、非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization, NMF)、谱聚类以及多视图聚类。这一发现为设计适用于多层网络的社区检测算法提供了理论依据。 在此基础上,研究者开发了一种新的半监督联合非负矩阵分解算法(Semi-supervised Joint Non-negative Matrix Factorization, S2-jNMF)。与传统的半监督方法不同,S2-jNMF将部分监督信息直接整合到其目标函数中,使得算法在处理带有部分标签数据的多层网络时能更准确地识别社区结构。这种算法能够同时分解与多层网络相关的矩阵,从而更好地捕获各层之间的相互作用。 通过在模拟和真实世界网络上的大量实验,S2-jNMF算法的性能被验证明显优于现有用于多层网络社区检测的最新方法。这些实验结果表明,该方法在保留多层网络特性的同时,提高了社区检测的准确性和鲁棒性,为处理复杂多层网络问题提供了有力工具。 该研究强调了多层网络社区检测的重要性,并提出了一种创新的解决方案,即利用联合非负矩阵分解来考虑各层间的联系,以提高社区检测的质量。这不仅丰富了网络分析的理论框架,也为实际应用中的社区发现提供了实用的算法。