复杂网络聚类算法研究
一种基于数据场的复杂网络聚类算法
（ 如图 １ 所示） ， 正所 谓“ 物 以类聚 ， 人 以群分 ” ： 同一簇 中节
点相似度较高 ， 不 同簇 间节点 相似度 较低＿ １ ］ ； 例 如 ｗｗｗ 可 以看成是 由大量网站社 团构 成 ， 其 中同一社 团内部 的各 个网
站讨论的是共 同的话题 。复杂 网络聚类算法 旨在寻找复杂网
聚类方法往往 准确度不让人 满意 ， 因此设计 一种又快又 准的 复杂网络聚类方 法是 一个 亟待解决 的问题 Ｉ ３ ］ 。 本文提出了一种基于数据场 的复 杂网络 聚类算法 ： 利 用
复杂 网络 的聚类算法 大致分为基 于优 化的聚类 算法 、 启发 式的聚类算法 以及其他 的一些 聚类算法 （ 见图２ ） 。基 于 优化的聚类算法 的思想是把聚类 问题 转化为优化 问题 ， 主要
图 ２ 复杂 网络聚类算法分类 图［ ２ ］
现有的复杂网络 聚类 方法都 具有 一定 的缺 点 ， 在 计算 精 度、 时间复杂度上无法 面面俱到 ， 并且 需要外部 监督 （ 即给出 先验条件和参数 ） 。通过 比较分析以上几种聚类算法可知 ， 计
图 １ 网络簇结构示 意图
算准确的聚类算 法往 往时 间复杂性 高于 ０（ ） ， 而计 算快 的
第４ ０卷 第 ｌ １ 期 ２ ０ １ ３年 １ １ 月
一
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机
科
学
Ｖｏ １ ． ４ ０ ＮＯ ． １ １
Ｎｏ ｖ ２０ １ ３
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
种基 于数 据 场 的复 杂 网络 聚 类算 法
刘玉 华 张 翼 徐 翠 晋建 志 （ 华 中师范大 学计算机 学 院 武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ９ ）
复杂网络聚类系数
复杂网络聚类系数复杂网络聚类系数是一个衡量复杂网络结构的重要指标。
它是网络聚类理论中一种重要的度量方式，可以被用来衡量网络节点间的内部结构特性，从而了解网络节点之间的关联程度。
一、什么是复杂网络聚类系数复杂网络聚类系数是指在复杂网络中，两个节点之间的比较参数，衡量隔离节点和其它节点的聚类水平，计算机科学家认为这是衡量复杂网络的重要指标。
它揭示了复杂网络的拓扑结构，用来发现网络的局部结构，分析链路性质，以及研究网络内部结构以便做决策。
二、复杂网络聚类系数的计算复杂网络聚类系数通过比较该节点的邻居节点与其它节点的联系，来计算出来。
它能反映出该节点的社交圈子中的紧密度，即节点的局部聚类系统的紧密度。
计算公式如下：C_i=\frac{2e_i}{k_i\left (k_i-1 \right )}其中，C_i 是该节点的聚类系数，e_i 表示该节点的邻居节点所嵌入的边数，k_i表示该节点的度数。
三、复杂网络聚类系数的价值复杂网络聚类系数是非常重要的，能够衡量复杂网络中节点间联系紧密程度的重要指标，可以用于解决社交凝聚、识别社区结构等问题。
它也可以用于分析网络的稳定性，这样研究者可以更了解网络中节点间的关系和节点之间的影响。
同时，复杂网络聚类系数还可以用于节点识别，即研究具有聚类特性的节点，以及它们与网络结构的关系。
四、复杂网络聚类系数的研究聚类系数是一个度量方式，在复杂网络研究中一直是很重要的。
通过与其他网络指标相结合，有助于了解网络中发生的事件，从而推断信息传播的速度和发展趋势。
在实践中，复杂网络聚类系数也可以帮助分析未知网络的社会层级结构以及节点之间分布的关系。
此外，复杂网络聚类系数还可以帮助研究人员识别和预测网络中重要节点的功能特性，构建网络社会结构模型，以及研究复杂网络的自同步特性等。
复杂网络的分析方法及其应用
复杂网络的分析方法及其应用作为信息时代的焦点，网络已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
不同于传统的线性关系，网络关系呈现出复杂的非线性特征。
复杂网络在社交网络、生物网络、物理网络等方面有广泛的应用，因而对复杂网络的研究显得尤为重要。
本文将着重介绍复杂网络的分析方法及其应用。
1. 复杂网络的基本特征复杂网络主要特征包括：规模大、拓扑结构多样、动态性强、非线性特性明显。
复杂网络的规模远远超越了人们的想象，例如Facebook里面就包含了数十亿的用户，而Twitter和微博则分别拥有了超过3亿和2亿的用户。
而不同的网络就会呈现出拓扑结构多样的特征，例如，社交网络中存在着星形拓扑，生物网络中则有着小世界结构，物理网络则对应着无标度网络等。
复杂网络的动态性主要表现在其拓扑结构及其元素的不断演化，这同样也就让复杂网络具备了非线性特性的表现。
2. 复杂网络的分析方法为了能够更加准确地描述和分析复杂网络的特征和性质，研究人员一直在探索各种适用的分析方法。
以下是几种常用的分析方法：（1）复杂网络的聚类分析：聚类分析是指根据元素之间的相似度或距离建立起元素之间关系的方法。
在复杂网络中，聚类分析是将节点按照拓扑结构聚类成相对稳定的社团或子网络。
（2）复杂网络的中心性分析：中心性分析主要是通过计算节点相对于整个网络的重要程度进行的，包括度中心性、接近度中心性、介数中心性等。
（3）复杂网络的结构分析：结构分析主要是通过分析网络的一些拓扑结构指标，包括平均路径长度、簇系数、度分布等来描述和分析复杂网络的特征和性质。
3. 复杂网络的应用（1）社交网络中的应用：社交网络是目前应用最广泛的网络之一，它可以用于研究社会网络、个人间的关系等。
通过聚类分析和中心性分析，可以有效地对社交网络进行刻画。
（2）生物网络中的应用：生物网络主要是指生物体内生物分子之间相互作用的网络。
在生物网络中，结构分析和聚类分析都可以用于对网络进行分析和研究。
复杂网络中聚类算法总结
复杂⽹络中聚类算法总结⽹络，数学上称为图，最早研究始于1736年欧拉的哥尼斯堡七桥问题，但是之后关于图的研究发展缓慢，直到1936年，才有了第⼀本关于图论研究的著作。
20世纪60年代，两位匈⽛利数学家Erdos和Renyi建⽴了随机图理论，被公认为是在数学上开创了复杂⽹络理论的系统性研究。
之后的40年⾥，⼈们⼀直讲随机图理论作为复杂⽹络研究的基本理论。
然⽽，绝⼤多数的实际⽹络并不是完全随机的。
1998年，Watts及其导师Strogatz在Nature上的⽂章《Collective Dynamics of Small-world Networks》揭⽰了复杂⽹络的⼩世界性质。
随后，1999年，Barabasi及其博⼠⽣Albert在Science上的⽂章《Emergence of Scaling in Random Networks》⼜揭⽰了复杂⽹络的⽆标度性质(度分布为幂律分布)，从此开启了复杂⽹络研究的新纪元。
随着研究的深⼊，越来越多关于复杂⽹络的性质被发掘出来，其中很重要的⼀项研究是2002年Girvan和Newman在PNAS上的⼀篇⽂章《Community structure in social and biological networks》，指出复杂⽹络中普遍存在着聚类特性，每⼀个类称之为⼀个社团(community)，并提出了⼀个发现这些社团的算法。
从此，热门对复杂⽹络中的社团发现问题进⾏了⼤量研究，产⽣了⼤量的算法，本⽂试图简单整理⼀下复杂⽹络中聚类算法，希望对希望快速了解这⼀部分的⼈有所帮助。
本⽂中所谓的社团跟通常我们将的聚类算法中类(cluster)的概念是⼀致的。
0. 预备知识为了本⽂的完整性，我们⾸先给出⼀些基本概念。
⼀个图通常表⽰为G=(V,E)，其中V表⽰点集合，E表⽰边集合，通常我们⽤n表⽰图的节点数，m表⽰边数。
⼀个图中，与⼀个点的相关联的边的数量称为该点的度。
复杂网络中的群聚现象研究
复杂网络中的群聚现象研究随着信息技术的快速发展和互联网的普及，网络已经成为人类社会中重要的交流和连接方式。
为了更好地理解网络中的社交现象和结构，研究者开始对复杂网络中的群聚现象展开深入研究。
本文将探讨复杂网络中的群聚现象，包括定义、形成机制以及应用。
群聚现象是指网络中节点或者子集之间的密集连接，往往呈现出社群或簇的形态。
这些节点之间的联系可能基于共同的兴趣、相似的行为模式或者在地理上的接近。
群聚现象在社交网络、生物网络、西斯托网络等不同领域中普遍存在，并且在社交网络分析、推荐系统、疾病传播等方面具有重要应用。
群聚现象的形成机制是研究复杂网络中的核心问题之一。
在社会网络中，人们往往在相似的背景、兴趣和价值观之间建立联系，形成社区。
这种社区形成的过程经常受到同质性和复制原则的影响。
同质性指的是节点倾向于与相似节点相连，而复制原则则是指网络中的节点宁愿与已经拥有大量连接的节点相连。
这些机制导致了社交网络中的社区和群聚现象的形成。
同时，除了同质性和复制原则外，节点之间的关系也可以通过节点之间的相互作用来形成。
例如，在生物网络中，分子之间的相互作用以及基因调控网络的形成可以解释复杂网络中的群聚现象。
这些相互作用可以通过互作用网络的拓扑结构来刻画，并且对于理解生物系统中的功能和稳定性起到重要作用。
研究人员借助大规模数据集和计算方法，通过分析网络中的拓扑结构和节点属性来揭示群聚现象的特点。
社群检测算法被广泛应用于网络中的群聚现象的发现。
最常用的算法包括模块性算法和谱聚类算法。
这些算法通过最大化网络内部连接的紧密性以及最小化不同社群之间的连接来检测复杂网络中的社群结构。
此外，研究者还使用统计物理模型、机器学习等方法分析网络中的社群结构，并对网络进行建模和仿真。
除了在网络分析领域中的重要性，复杂网络中的群聚现象还具有广泛的应用。
在社交网络中，社群的发现有助于理解信息传播、舆情分析等问题。
例如，在推荐系统中，借助群聚现象可以对用户进行细分，从而为用户提供更加个性化的推荐。
基于复杂网络理论的社交网络分析算法研究
基于复杂网络理论的社交网络分析算法研究社交网络已经成为人们日常生活中必不可少的一部分，而社交网络中形成的复杂网络也成为了人们关注的研究对象。
基于此，本文旨在探讨基于复杂网络理论的社交网络分析算法研究，从而更好地理解社交网络中的人际关系、信息传播等现象。
一、复杂网络理论复杂网络是一个由很多相互联系的节点组成的网络结构。
常见的复杂网络有小世界网络、无标度网络、随机网络等，在现实中广泛存在。
复杂网络理论主要研究网络的拓扑结构、节点间的关联规律、网络动力学行为等方面。
二、社交网络分析算法社交网络分析算法是通过对社交网络中的节点、边及其属性进行分析，从而发现社交网络中的人际关系、信息传播等现象，进而帮助人们更好地理解社交网络。
目前，社交网络分析算法主要有以下几种：1. 社区发现算法社区发现算法是将网络中的节点划分成若干个社区，每个社区内的节点在某方面具有一定的相似性。
社区发现算法可以帮助人们发现与节点内部联系最紧密的社区，从而更好地理解节点间的关系。
2. 信息传播算法信息传播算法研究如何在网络中最有效地传播信息，如何使得信息最终传达给目标节点。
3. 节点重要性评估算法节点重要性评估算法是评估网络中每个节点的重要性，进而帮助人们识别网络中最为重要的节点。
目前常用的节点重要性评估算法有度中心性算法、介数中心性算法和PageRank算法等。
三、社交网络分析算法的应用社交网络分析算法在现实生活中有着广泛的应用。
以社区发现算法为例，它可以帮助政府发现某个地区的街道犯罪倾向较高，从而采取相应措施；它也可以帮助企业发现销售渠道或客户群体的变化，从而优化营销策略。
信息传播算法可以用于研究社交网络中的谣言传播、疫情传播、舆情传播等问题。
节点重要性评估算法可以用于识别网络中的关键人物，如在社交网络中推荐最为重要的关注对象、寻找网络中的领袖等。
四、结语在复杂网络理论的基础上，社交网络分析算法能够帮助人们更好地了解社交网络中的人际关系、信息传播等现象。
复杂网络分析中的社区检测算法研究与性能评估
复杂网络分析中的社区检测算法研究与性能评估随着互联网的快速发展，复杂网络的研究成为了计算机科学和社会科学领域的热门话题。
社交网络、通信网络和生物网络等都是复杂网络的典型代表。
复杂网络由大量的节点和连接构成，其中存在着许多具有紧密联系的子群体，这些子群体被称为社区。
社区结构的探测和分析对于理解复杂网络的结构和功能具有重要意义。
因此，研究和评估社区检测算法成为了复杂网络分析领域的关键任务。
社区检测算法是一种能够识别网络中的社区结构的方法。
社区检测算法通过对网络的拓扑结构进行分析和挖掘，将网络划分成若干个子群体。
这些子群体通常具有较高的内部连接度和较低的外部连接度，即社区内的节点之间有着紧密的联系，而社区间的节点则联系较少。
社区检测算法有助于发现网络中的潜在子结构、挖掘潜在的功能模块以及理解网络的整体结构和功能。
在复杂网络中，社区检测算法的研究和性能评估是一个复杂而具有挑战性的任务。
首先，社区的定义并不唯一，不同学者对社区的理解和定义存在一定差异。
因此，社区检测算法在选择社区定义时需要根据具体应用场景进行调整。
其次，复杂网络的规模庞大且结构复杂，需要高效的算法来进行社区检测。
此外，复杂网络中存在着噪声和异常数据，这些因素会对社区划分结果造成干扰。
最后，如何评估社区检测算法的性能也是一个关键问题。
没有统一的评价标准，无法准确地评估算法的优劣。
针对这些问题，学术界和工业界提出了大量的社区检测算法，并通过实验和性能评估对这些算法进行研究和比较。
其中一种常用的评估指标是模块度（Modularity），模块度是一种衡量社区划分质量的指标，它衡量了社区内部连接和社区间连接之间的差异。
较高的模块度值表示社区内有着紧密联系的节点，且社区间联系较少。
另外，一些研究也采用了标准化互信息和NMI指数等评价指标来衡量不同算法的性能。
在社区检测算法的研究中，常见的算法包括贪婪算法、层次聚类算法、谱聚类算法、模块度最大化算法等。
复杂网络中基于节点相似性聚类的网络社团发现方法研究
ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ．Ｉ ｔ ｉ ｍｐ ｏｖ ｒ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｙ－ ｔ ｉ ｆ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘ ｎ ｅ ｗｏ ｔ ｒ ｋ ｓ ．
ｖ ｌｕ ａ ｅ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｈｅ ｔ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ，ｕ ｓ ｅ ｓ Ｋ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ｂ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｓ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｎ ｅ ｗｏ ｔ ｒ ｋ ａ ｓ
郑 凤 妮
（ 华 南理 工大学计 算机 科学与工程 学院 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ） 摘要 ： 针 对复杂 网络社 团发现 的问题 ， 使 用聚 类方法对其进行详 细的研 究 ， 将 网络 节点 的数 据 结构转化 成聚 类算 法的数
据结构 ， 根据 节点之 间的相似度对 节点进行 合并或分割 ， 并且使 用向量计 算 的方法对 复杂 网络的 个节点都作为一 个信 息源 ， 具有收发信 息的功能 ， 按 照改进的信息传递方 法进 行相似 度值 的传 递和遍 历 ， 使 用复杂 网络 中常用的 Ｚ ａ ｃ ｈ ａ ｒ ｙ俱 乐部 网络作为实验对 象验证 。本方法提 高了复杂 网络社 团发现的算法效率。
关键 词 ： 社 团发现 ；聚类算 法 ； 节点相似性 ； 节点 向量化
２ ０ １ ３年 第 ５ 期 文章编号 ： １ ０ ０ ６ － ２ ４ ７ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ２ ３ １ － ０ ４
基于图神经网络的复杂网络分析与优化研究
基于图神经网络的复杂网络分析与优化研究复杂网络已经成为了现代社会中重要的研究领域之一，在日常生活中熟知的搜索引擎、社交网络、交通系统等都可以被看作是大规模复杂网络的实例。
然而，由于系统的复杂性和庞大性，复杂网络的性质和特征多样且难以预测，在分析和优化复杂网络的问题上仍面临着挑战。
近年来，图神经网络（Graph Neural Network，GNN）作为数据驱动的方法在研究和应用中引起了广泛关注。
GNN是一类直接作用于图数据的深度学习模型，能够将节点和边的结构信息融合进模型中，以此建立节点之间的关系。
在复杂网络分析与优化研究中，GNN的应用提供了一种全新的思路和方法，可以用于解决图相关问题，开展图数据的分类、聚类、图表示学习等任务，使得复杂网络分析和优化更加高效和准确。
一、复杂网络的性质及其挑战复杂网络具有复杂性、时变性、自组织性、鲁棒性等特征。
例如，社交网络中的节点之间有复杂且时变的关系，交通网络中节点的流动性和通行性都会随着时间和条件的变化而变化。
这些特征使得在复杂网络中进行分析和优化变得更加复杂，需要寻找新的方法和技术。
二、图神经网络的基本原理图神经网络（GNN）是一种基于图数据的深度学习模型，通过将节点和边的信息融入到模型中来建立节点之间的关系。
GNN的基本原理如下：1) 节点嵌入GNN中的节点嵌入是将节点的属性信息转化为向量表示，使得节点属性可以被算法所识别和利用。
在进行节点嵌入时，GNN通过聚合每个节点周围的邻居节点的信息来计算每个节点的嵌入向量，并利用嵌入向量来执行任务。
节点嵌入的目的是将节点的高维属性映射到低维空间中，方便进行后续的信息处理和分析。
2) 图卷积运算在GNN中，图卷积运算是将节点周围的邻居节点的信息聚合到当前节点中的过程。
该运算将每个节点和其所有邻居节点的特征向量进行拼接，在进行线性变换后再进行激活函数操作。
通过逐层地进行图卷积，GNN能够学习到节点之间的关系与特征信息，得到更准确的结果。
复杂网络中的社团发现算法研究
复杂网络中的社团发现算法研究社群是指一个网络系统中相互有联系并有共同特征的节点集合。
在复杂网络中，社群发现算法是一种有助于理解和分析网络结构、挖掘隐藏关系的重要工具。
本文将探讨当前在复杂网络中的社群发现算法研究的最新进展和应用。
社群发现算法是通过识别节点之间的紧密关系和相似性，将网络分为若干相互连接紧密且内部联系紧密的社群。
这些社群可以代表特定的兴趣群体、组织结构或功能模块。
在真实世界的复杂网络中，如社交网络、生物网络、互联网等，社群发现对于发现隐含的社交圈、发现基因调控网络中的功能模块、发现互联网中的关键网页等具有重要意义。
最近，关于复杂网络中的社群发现算法的研究已经取得了重大进展。
不同的算法被开发出来，以应对不同类型的网络和不同的社群结构。
下面将介绍一些常见的社群发现算法。
1. 基于模块度的算法模块度是用来评估社群结构优劣的指标。
基于模块度的算法通过最大化网络内部联系的权重和最小化网络之间联系的权重，从而划分网络中的社群。
其中最著名的算法是Newman-Girvan算法，该算法通过逐步删除网络中的边缘连接来划分社群。
2. 谱聚类算法谱聚类算法是一种基于图论的聚类方法，通过将网络转化为图拉普拉斯矩阵，并应用特征值分解来划分社群。
谱聚类算法具有较强的鲁棒性和可扩展性，适用于大规模网络。
3. 层次聚类算法层次聚类是一种自底向上或自顶向下的聚类方法，通过合并或分割社群来构建层次关系。
层次聚类算法可以视网络为多个细分的子图，在每个层次上划分社群。
这些子图可以按照不同的社群结构进行划分，并且可以通过层次聚类的方法逐步合并。
除了以上列举的算法外，还有很多其他的社群发现算法，如基于密度的算法、基于标签传播的算法等。
这些算法各有特点，适用于不同类型的网络和不同的分析需求。
社群发现算法在许多领域具有广泛的应用。
在社交网络分析中，社群发现算法可以用于识别用户群体和社交圈子，推荐朋友、商品等。
在生物网络中，社群发现算法可以用于发现在基因调控中具有相似功能的基因模块，推动生物学研究。
大规模复杂数据聚类算法
06
大规模复杂数据聚类算法 比较与评估
不同聚类算法的性能比较
1 2 3
K-means算法
适合数据量较小、数据分布较为集中的情况，聚 类效果较好，但不适用于大规模复杂数据的处理 。
DBSCAN算法
可以处理大规模复杂数据，对数据分布和形状没 有严格限制，但需要设置合适的参数以获得较好 的聚类效果。
Hierarchical算法
大规模复杂数据聚类算法
2023-11-08
目录
• 引言 • 大规模复杂数据聚类算法概述 • 基于密度的聚类算法 • 基于层次的聚类算法 • 基于划分和基于网格的聚类算法 • 大规模复杂数据聚类算法比较与评估 • 总结与展望
01
引言
研究背景与意义
01 02
大规模复杂数据聚类的重要性
随着大数据时代的到来，大规模复杂数据聚类算法在信息检索、社交网 络分析、市场细分等领域的应用越来越广泛，成为当前研究的热点问题 。
02
新型聚类方法
针对特定类型的大规模复杂数据，研 究者们开发了多种新型聚类方法，如 基于图的聚类、基于密度的聚类、基 于模型的聚类等，有效地揭示了数据 的内在结构。
03
数据隐私保护
在处理大规模复杂数据时，研究者们 注重保护数据隐私，提出了多种隐私 保护技术，如差分隐私、同态加密等 ，确保数据的安全性和可信度。
可扩展性
聚类算法的可扩展性是大规模复杂 数据处理的重要评估指标，需要考 虑算法在不同规模数据上的处理能 力和效果。
聚类算法在实际应用中的表现
文本聚类
在文本挖掘、信息检索等领域中 ，聚类算法可以用于对文本进行 分类和主题建模，以帮助用户更
好地理解和组织文本数据。
图像聚类
基于聚类的复杂网络社团发现算法
［ ｓ ａｔ ｈｓｐ ｐｒｓ ｄｅ ｈ ｌｏ ｔｍ ｏ ｅｅｔ ｇｃｍｍｕ ｉ ｔ ｃｕｅｏ ｏ ｌｘｎ ｔ ｒ ａｅ ｎｃ ｓ ｒ ｇ ａａｙ ｅ ｅｓ ｌｒｙ Ａｂ ｔ ｃ］Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｉｓｔｅａｇ ｒｈ ｆｒｄｔｃｉ ｏ ｒ ｕ ｉ ｎ ｎｔ ｓ ｕ ｔｒ ｆ ｍｐｅ ｅｗｏｋｂ ｓｄｏ ｌ ｔ ｉ ， ｎ ｌｚｓｔ ｉ ａ ｔ ｙ ｒ ｃ ｕ ｅｎ ｈ ｍｉ ｉ
法 ，将复杂 网络 中的结点转换为欧式空间中的向量。把结点
表示成 向量 的形式后 ，就可以使用传统的数据之 间的相似性 度量方法衡量结点之间的相 似程度 。
２ 社 团结构 的定义
近年来 ，虽然很 多研究者对社 团结构及其发现算法进行
了研究 ，但是仍然没有对社 团结构 的统一定义方法。文献【］ ４ 给 出了社 团结构 的定义 。 假设 网络 Ｇ的邻 接矩 阵 Ｗ， ｗ Ｗ是
的向量表示 形式
初 始化 Ｘｏ （，…１ ） 结点具有一 个单位 的信 息， ０ ＝ ｏ …０ ，Ｓ
其他结 点没 有信 息
Ｓｅ ｌ计算 图的邻接矩阵 ｗ； ｔｐ
Ｓｅ ２计算度对角矩阵 Ｄ； ｔｐ
Ｓｅ ３计算 ＝Ｄ一 ； ｔｐ Ｗ
Ｓｅ ４ ｔｐ
的信息 ；
： ， ｔ 救 ＝１ 结点 每次 向外传递一个单位 ，
ｃ ｎ ｅ ｓｔ ｅ ｎ ｄ ｓ ｉ ｔ ｈ ａ ａ ｓ ｕ ｔ ｒ ｕ ｔ ｂ ｅ ｆ ｒｃ ｕｓｅ ｉ ｇ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｓ Ｉ ｏ ｐ ｒ ｓ ｔ ｅ ｄｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｓ ｅ ｉ ｇ ａｇ ｒｔ ｍ ｓａ ｄ ｓｍｉ ｒｔ ａ ｕ ｅ ｏ ｖ ｒ ｈ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｄ ｔ ｔ ｃ ｕ ｅ ｓ ｉａ ｌ ｏ ｌ ｔ ｒｎ ｏ ｉ ｔ ｒ ｌ ｈ ． ｔｃ ｍ ａ ｅ ｈ ｆ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒｎ ｌ ｏ ｈ ｎ ｉ ｌ ｉｙ ｍｅ ｓ ｒ ｃ ｉ ａ
一种基于复杂网络属性值的K-means聚类算法
燕 山 大学 学 报
Ｊ ｕ ｎａ ｆＹａ ｈａ ｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｒ ｌｏ ｎｓ ｎＵ ｉ ｅ ｓｔ
Ｖｂ ．３ ．４ １ ６ ＮＯ
Ｊｌ ｕｙ ２ ２ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ －９ × （０ ）０ －３ ３０ ７７ １ ２ １ ０ ２ ４０ ４ －５
０ 引 言
复杂 网络能够 有 效描 述诸 多学科 所涉 及 的知 识系统 ，目前 已成 为多学科交叉研 究领域 的一个热 点Ⅲ 。网络簇 结构 是复杂 网络 最重要和最基 本的一 种 拓扑结构属性 ， 具有 同簇节 点连系 密集 、异簇 节
并 ，直至合并 到只有一个类 为止 。Ｍｉａ 提 出 ， ｌｎ ｌ Ｋ－ ａ ｓ ｍｅｎ 算法 的初始聚类 中心可 由 Ｗａｄ提 出的方 ｒ 法得 到 。 开始 进￣Ｋ－ ａ ｓ 在 ｍｅ ｎ 聚类之 前 ， 先用 Ｗａｄ ｒ 层次 聚类算法进行 聚类 ，当类 的个数达 到 时，停 止 Ｗａｄ聚类 ，将得到 的 个类 的中心节 点作 为 ｒ ｍｅｎ 的初始聚类 中心 ，然后采用传统 ｍｅ ｎ 算 ａｓ — ａｓ 法进 行进一步 聚类 。Ｈｉｇ Ｓ ａｅ 也 分别 ｇ ｓ隅和 ｎ ｒｙ
３４ ４
燕 山大 学 学报
ＷＫ， ∑ ｗｊ ＝ ，
优 化算法被提 出来 。Ｗａｄ 提 出一种层 次聚类 算 ｒ 法， 该方法将每个 数据节 点都 作为一个初 始聚类 中
心， 聚类 过程则是 依次将最相似 的两个节 点进 行合
收稿 日期：２ １—一６ ０ ２５ｌ 作者简介：董
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （ １７ １ ０ ；秦 皇岛市科学技术研究与发展计划 （００ １ ４ ） ６１０９） ２ １ ０Ａ０ ２
复杂网络中的社区发现算法比较
复杂网络中的社区发现算法比较一、前言复杂网络是一种具有复杂拓扑结构的网络，节点和边的数量庞大，存在着多种复杂关系。
社区发现算法则是针对复杂网络中节点间具有相似特征的子集，对其进行划分的算法。
而在复杂网络中进行社区发现的任务则是寻找到节点之间相互依存的关系，并将它们划分成相对独立的社区，从而帮助我们更加深入地理解网络上节点之间的关系。
本文将对当前常用的几种复杂网络社区发现算法进行比较。
二、常见复杂网络社区发现算法1.谱聚类算法谱聚类是一种运用矩阵理论和谱分析思想进行聚类的算法。
在社区发现领域中，谱聚类算法主要可分为两个步骤：（1）构建邻接矩阵在谱聚类中，我们可以选择不同的邻接矩阵作为图的表示。
最常用的是无向相似矩阵和无向邻接矩阵。
无向相似矩阵表示的是节点之间的相似性，而无向邻接矩阵描述的是两个节点是否具有连线。
此外，还有一种常用的邻接矩阵是度矩阵，常用于无权重网络。
（2）特征向量分解通过对邻接矩阵进行特征向量分解，可以得到对应的特征值和特征向量。
这里，我们只需要选择最大的 k 个特征值所对应的特征向量（k 为聚类的数目），构建新的矩阵，并对该矩阵进行聚类即可。
谱聚类算法具有聚类效果好、鲁棒性强、可解释性好等优点，在实际应用中受到了广泛的研究。
2.模块度最优化算法模块度最优化算法是一种基于性能指标进行社区发现的算法。
然而，由于在多重社区中互相重叠的交叉节点的存在，这使得社区中存在着多条连边和节点连接的情况变得更为复杂。
模块度最优化算法通过计算各个社区中的模块度值，以确定最合适的社区划分。
模块度的计算基于两点之间的边权重与该点所在社区内节点度数之和之间的差值。
3.基于标签传播的社区发现算法基于标签传播的社区发现算法用于检测网络中的聚类结构，其应用范围包括社交网络、推荐系统等领域。
在这种算法中，每个节点都会初始化一个标签，然后将其“传播”到它的邻居节点。
同时，它还会与其它节点交换标签，并根据标签的相似性与其他的邻居节点进行交换。
复杂网络上的社区发现算法研究
复杂网络上的社区发现算法研究社区发现算法是一种旨在寻找网络中功能上相关或密切相关的节点组成的群体的算法。
在复杂网络中，社区是指由相似节点或连接组成的密度高、联系紧密的子集。
社区结构广泛存在于不同的复杂网络中，如社交网络、蛋白质相互作用网络、交通路网等。
社区发现算法旨在帮助我们理解网络的结构，发现网络中的隐藏结构和特征。
本文将从复杂网络和社区发现的基础知识开始，概述常见的社区发现算法，并分析它们的优缺点。
1. 复杂网络基础知识复杂网络是指具有复杂性质、结构和动力学的非线性系统。
它由多个互相连接的节点和链接组成，网络中节点和链接的数量通常呈幂律分布。
复杂网络的结构通常表现为集群化和小世界特性。
集群化是指网络中存在着由相似节点组成的局部群体，这些群体结构严密，内部交流频繁。
小世界特性是指大多数节点之间只需要通过少数中介节点就可以建立联系。
复杂网络中的社区是一种具有密度高、联系紧密的节点子集，社区内有着显著的相似性与集中度差异。
在社区内部节点之间联系的强度与社区外部节点之间联系的弱度则呈现出明显的分明性。
2. 常见社区发现算法（1）基于模块度最大化的社区发现算法（Modularity-based）基于模块度最大化的社区发现算法是一种基于用户定义的子图而被划分到社区中的算法。
算法的目标是最大化模块度，即将节点分配到社区时所导致的链接数的增加与预期值的差距最小。
在这种算法中，社区发现的成效可通过模块度计算来衡量。
（2）层次聚类算法（Hierarchical Clustering）层次聚类算法是一种通过递归层次划分，并同时保留了局部和整体结构性质的算法。
聚类过程不断地从原始集群中剥离最小的聚类子集，形成一棵树状表示，其中根节点表示整个网络，叶节点则表示最小的聚类。
树状结构本身可用于挖掘不同尺度上的社区结构。
（3）基于Louvain算法的社区发现算法（Louvain-based）Louvain算法是一种快速发现社区结构的常见算法。
基于复杂网络的凝聚性分析算法研究
基于复杂网络的凝聚性分析算法研究第一章简介1.1 研究背景近年来，复杂网络分析成为了重要的研究领域之一。
复杂网络由大量的节点和连接组成，具有高度复杂的结构和动态演化过程。
为了深入理解复杂网络的特点和内在机制，人们提出了各种分析方法和算法。
其中，凝聚性分析是探索网络内部结构的一种重要方法。
本章将介绍凝聚性分析的研究背景，并概述本文的研究目的和内容。
1.2 研究目的凝聚性分析旨在发现网络中具有紧密连接的子群体，以便揭示网络内部的社区结构和节点间的相互作用。
本文旨在研究基于复杂网络的凝聚性分析算法，提出一种更有效的方法来发现网络中的社区结构，并探讨该方法在实际应用中的应用前景。
第二章相关工作综述2.1 复杂网络分析方法复杂网络分析方法主要包括图论、聚类分析、信息论等。
图论提供了一种直观的描述和度量网络结构的方法，聚类分析可以识别网络中的社区结构，信息论可以量化网络的信息流动和结构的复杂程度。
本节将综述相关工作，以便对凝聚性分析算法有一个全面的了解。
2.2 凝聚性分析算法综述凝聚性分析算法包括谱聚类、模块度最大化、标签传播等。
谱聚类通过计算图的拉普拉斯矩阵的特征向量来分割网络，模块度最大化方法通过优化目标函数来划分子群体，标签传播算法基于节点间的邻近关系进行社区划分。
本节将对这些算法进行比较和分析，以便为本文的算法设计提供参考。
第三章基于复杂网络的凝聚性分析算法设计3.1 算法思想本文基于复杂网络的凝聚性分析算法的设计思想是在传统的凝聚性分析算法的基础上引入节点的相关度量。
传统算法主要关注节点之间的连接程度，并将其作为社区划分的依据。
然而，节点之间的关系不仅仅取决于连接的数量，还受其他节点的影响。
因此，本文将引入节点的相关度量来更准确地刻画节点之间的相互作用。
3.2 算法流程本文的算法流程包括以下几个步骤：首先，构建网络的邻接矩阵，并计算节点之间的相关度量；然后，根据节点的相关度量和传统的凝聚性分析算法，计算网络中子群体的划分；最后，评估划分结果的质量，并进行优化。
学术研究中的复杂网络分析
学术研究中的复杂网络分析一、引言复杂网络分析是近年来在学术研究中兴起的一种新兴方法，它通过对复杂网络的结构和动态行为进行建模和分析，以揭示网络中隐藏的规律和模式。
本文旨在介绍复杂网络分析的基本概念、方法和技术，以及其在学术研究中的应用。
二、复杂网络的基本概念复杂网络是指由节点和边组成的图结构，其中节点表示系统中的个体或元素，边表示个体或元素之间的联系或关系。
复杂网络具有许多特征，如度分布、聚类系数、模块性等，这些特征可以用来描述网络的结构和动态行为。
三、复杂网络分析的方法和技术1.社区检测：社区检测是一种常用的复杂网络分析方法，它通过识别网络中的模块化结构，来揭示网络中隐藏的群体和组织。
常用的社区检测算法有标签传播算法、谱聚类算法等。
2.动态追踪：动态追踪是指对网络中节点之间的交互行为进行建模和分析，以揭示网络中动态变化的规律和模式。
常用的动态追踪方法有马尔可夫链蒙特卡罗方法、时间序列分析等。
3.拓扑优化：拓扑优化是一种用于优化复杂网络性能的方法，它通过改变网络的拓扑结构来提高网络的性能指标，如连通性、稳定性等。
常用的拓扑优化算法有遗传算法、模拟退火算法等。
4.异常检测：异常检测是指识别网络中异常节点或异常行为的方法，它可以帮助研究者发现网络中的异常模式和潜在威胁。
常用的异常检测算法有基于密度的算法、基于社区的算法等。
四、复杂网络分析在学术研究中的应用1.知识图谱构建：知识图谱是一种基于复杂网络的方法，它通过对文献、人物、机构等元素之间的联系进行建模和分析，来揭示知识体系中隐藏的规律和模式。
知识图谱可以用于构建学科领域的知识基础，为学术研究提供有力支持。
2.社交网络分析：社交网络是复杂网络的一种重要应用领域，它通过对用户之间的关系进行建模和分析，来揭示社交网络中个体之间的交互模式和规律。
社交网络分析可以用于用户行为预测、内容推荐等方面，提高社交网络的服务质量和用户体验。
3.计算机网络安全：计算机网络是复杂网络的另一个重要应用领域，它通过对网络中节点之间的联系进行建模和分析，来发现网络中的异常行为和威胁。
复杂网络中的聚类分析算法
复杂网络中的聚类分析算法复杂网络是一种含有大量节点和较多连接的网络结构，例如社交网络、物流网络以及互联网等等，这种网络结构具有较为复杂的拓扑结构和动态变化的特征，为了更好地研究网络结构的性质和规律，需要将网络中的节点按照某种规则分组，这个过程被称为聚类。
聚类分析是一种常见的数据挖掘算法，其主要工作是将数据集中的对象按照某种相似度指标分为若干个簇。
在复杂网络中，聚类分析算法可以帮助我们挖掘网络中的模块化结构和社区划分，从而更好地理解网络结构的性质和特征。
其中，最常用的聚类算法是基于图论的聚类算法，通常分为两类，即基于连接性的聚类算法和基于相似度的聚类算法。
基于连接性的聚类算法是将网络中的每一个节点看做一个元素，对网络中的边进行聚类，将互相连接的节点放入同一个簇中，这种方法通常基于最小生成树或K均值聚类算法。
其中，最小生成树聚类算法依靠网络中边的权重来构建最小生成树，通过在这个树上剪枝即可得到聚类结果，而K均值聚类算法则是将节点分为K个集合，循环迭代计算每个节点到每个集合的距离，并将其分到最近的集合中。
基于相似度的聚类算法则是将网络中的每一个节点看做一个特征向量，用数据挖掘中的聚类算法对这些向量进行聚类，这种方法通常包括谱聚类、模块度最大化等等。
其中，谱聚类算法依靠将网络中的邻接矩阵转化为拉普拉斯矩阵，通过求解矩阵的特征值和特征向量来得到聚类结果，而模块度最大化算法则是根据网络中节点之间的连边情况来计算网络中的模块度，并通过最大化模块度来得到聚类结果。
无论使用哪种聚类算法，其目的都是将网络中的节点分为不同的簇，这些簇可以帮助我们更好地理解网络的拓扑结构和动态变化趋势，更好地解读和分析社交网络等复杂网络结构，从而为我们提供更加深入的信息和洞察。
总之，聚类分析算法是一种十分重要的算法，在许多领域中都有广泛的应用，其中复杂网络领域中的聚类分析算法尤其受到关注，可以用来揭示网络中的模块化结构和社区划分等信息，为我们提供更加丰富和深入的视角，对于我们理解网络结构和规律有着重要的作用。
复杂网络的分析与建模方法研究
复杂网络的分析与建模方法研究在当今社会，网络已经成为了信息传递、交流和娱乐的主要手段。
而复杂网络则是由大量节点和边（或链接）组成的复杂结构。
复杂网络具有许多重要的应用领域，例如社交网络、物流网络、金融网络和生物网络等。
因此，对于复杂网络的分析和建模非常重要。
本文将介绍复杂网络的分析与建模方法，并讨论它们的应用及局限性。
一、复杂网络的基本概念复杂网络是指由大量节点和边组成的复杂结构。
其中，节点表示网络中的个体或者物品，边则代表它们之间的联系。
在复杂网络中，节点的度数（即边的数量）可能是非常不均匀的，有些节点连接着大量的其他节点，而有些节点则只有很少的链接。
节点的度分布是衡量复杂网络拓扑性质的重要指标之一。
通常，度分布可以分为幂律分布、指数分布和高斯分布等几种形式。
幂律分布的度分布函数表示为P(k) ~ k^(-γ)，其中γ 是幂律指数。
在复杂网络中，常见的拓扑结构有随机网络、小世界网络和无标度网络。
其中，随机网络指的是节点之间的链接是随机构成的，没有明显的规律。
小世界网络则是指节点之间存在一些局部联系，同时又存在跨越较远节点的长程联系。
最后，无标度网络是指只有少数节点拥有大量链接，而绝大多数节点只有极少的链接。
二、复杂网络的分析方法复杂网络的分析方法可以分为图论方法、统计物理方法和机器学习方法三类。
2.1 图论方法图论方法是指利用网络的基本拓扑结构进行分析。
其中，最基本的方法是度分布分析。
除此之外，还包括小世界性、聚集系数、路径长度等指标。
聚集系数表示网络中节点的密集程度，表示为节点的邻居之间已经连接的边条数除以节点的邻居总数。
在小世界网络中，节点之间存在较多的短路径，即只需要经过几个节点就可以相互联系。
小世界网络具有高聚集性和短路径特性。
2.2 统计物理方法统计物理方法是指利用物理学中的概念和方法对网络进行分析。
其中，最重要的方法是随机矩阵论和Percolation理论。
随机矩阵论是指研究大规模随机矩阵性质的一类数学理论。
基于机器学习的复杂网络分析模型研究
基于机器学习的复杂网络分析模型研究随着互联网的不断发展，我们生活和工作中越来越依赖于复杂网络。
复杂网络是一种由大量节点和边组成的网络，在社交、交通、气象等各种领域都有着广泛的应用。
网络的复杂性使得我们需要更加高效和准确的方法来分析和预测网络的行为和特性，而机器学习技术就是其中的一种重要方法。
机器学习是一种基于数据的、自我学习的机器智能技术，它通过对大量的数据进行学习和分析，从中挖掘出隐藏的规律和特征，让机器能够自主地做出决策和预测。
在复杂网络分析和预测方面，机器学习技术的应用已经成为了一个热门的研究领域。
下面，我们将从几个方面来探讨基于机器学习的复杂网络分析模型的研究进展。
一、基于机器学习的网络分类和聚类算法在复杂网络中，节点可分为不同的类型，如人物、物品、标签等。
网络分类和聚类是一种将节点按照其属性分组的方法，可以帮助我们更好地理解网络结构，发现特定社区和模式。
传统的分类和聚类算法如SVM、K-Means等不能很好地处理复杂网络中的特定问题，而基于机器学习的算法则可以更好地解决这些问题。
例如，对于社交网络中的人物分析，可以利用基于卷积神经网络的图像分类算法进行人物分类；对于电商推荐系统中的商品分类，可以利用基于自编码器的无监督学习算法进行商品聚类。
二、基于机器学习的网络节点重要性评估在复杂网络中，节点的重要性评估是一种非常重要的分析手段，可以帮助我们了解哪些节点对网络的影响最大，进而优化网络运行和管理策略。
传统的节点重要性评估算法如PageRank、Betweenness Centrality等效果受限，无法很好地处理大规模和复杂的网络。
而基于机器学习的算法则可以更有效地评估节点的重要性。
例如，可以使用基于深度学习的图卷积神经网络来进行节点重要性分析，或者利用图嵌入技术从节点属性和网络拓扑特性中学习节点表示。
三、基于机器学习的复杂网络预测复杂网络的预测是一个非常关键的研究领域，可以帮助我们预测网络的未来发展趋势和演化规律。
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Average cut Ratio cut Normalized cut Kernighan-Lin Local Search Fast Newman Guimera-Amaral Potts Model with multi-spin state es MFC Girvan-Newman Tyler Radicchi HITS Wu-Huberman FEC CPM Correlation coefficient Random walk based similarity Clustering centrality Hall
对于小规模网络， 对于小规模网络，我们可以 通过肉眼观测其形态、特征， 通过肉眼观测其形态、特征， 但是对于(超 大规模复杂网 但是对于 超)大规模复杂网 络，我们将很难通过肉眼深 入理解和预测网络的结构、 入理解和预测网络的结构、 行为和功能， 行为和功能，需要借助各种 复杂网络分析方法。 复杂网络分析方法。
复杂网络聚类方法研究
吉林大学知识工程教研室 吉林大学计算机学院
1
目
录
1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义 2.复杂网络聚类方法的研究现状及分析 3.复杂网络聚类所面临的问题 4.我们的工作 5.复杂网络vs时空数据挖掘 复杂网络vs时空数据挖掘
2
1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义 1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义
8
Small World (Nature 1998)
小世界网络： 小世界网络： 具有较小 较小的平均路 具有较小的平均路 径长度， 径长度，同时具有 较大的聚类系数 的聚类系数。 较大的聚类系数。
平均长度：网络中任意两点间最短路径长度的平均值。 平均长度：网络中任意两点间最短路径长度的平均值。 聚类系数： 聚类系数：节点的任意两个邻居节点仍互为邻居的平均概率
3
社会网络（ 社会网络（Social Networks） ）
科学家协作网
移动电话网络
《圣经》对应的社会网络
4
生物网络（ 生物网络（Biological Networks） ）
新陈代谢系统网络 蛋白质交互网络
食物链网络
5
科技网络（ 科技网络（Technological Networks） ）
6
复杂网络分析具有重要研究意义
14
Nature 2005
应用例子1 应用例子1– 聚类分析
15 10 5 0 -5 -10 -10 0 10 20 30
Gaussian similarity function （高斯相似度函数）:
aij = exp(− || xi − x j || 2 / ε)
15
应用例子2 应用例子2
社会网络、语义网络、生物网络分析 社会网络、语义网络、
基于网络簇结构分析的链接预测
(Nature 2008)
该研究提出了一种广义的随机网络模型 相对于经典的ER随机网络模型 随机网络模型）： （相对于经典的 随机网络模型）： （1）具有更强的表达能力，既能刻画 ）具有更强的表达能力， assortative网络又能刻画 网络又能刻画disassortative 网络又能刻画 网络； 网络； （2）对于给定的网络，该模型能够精 ）对于给定的网络， 确的预测出网络中的未知链接或缺失链 并能剔除网络中存在的噪音链接。 接，并能剔除网络中存在的噪音链接。
2.1 复杂网络聚类方法的分类
Donetti-Munoz
2.2 基于优化的复杂网络聚类方法
2.2.1 谱方法 2.2.2 基于局部搜索的复杂网络聚类方法 2.2.3 其它基于优化方法的复杂网络聚类 方法
Hale Waihona Puke 262.2.1 谱方法（Spectral Method） 谱方法（ Method）
谱方法采用二次型优化技术最小化预定义的 截函数” 谱方法采用 二次型优化技术最小化预定义的 “ 截函数 ” 。 二次型优化技术最小化预定义的“ 当一个网络被划分成两个子网络时， 当一个网络被划分成两个子网络时 ， “ 截 ” 指子网间的 连接密度。 具有最小“ 连接密度 。 具有最小 “ 截 ” 的划分被认为是最优的网络 划分。 划分。 谱方法具有严密的数学理论， 谱方法具有严密的数学理论 ， 已发展成数据聚类的一种 重要方法(称为谱聚类法)， 称为谱聚类法 重要方法 称为谱聚类法 ，被广泛应用于图分割和空间点 聚类等领域。 聚类等领域。 针对复杂网络聚类，谱方法的主要不足 主要不足是 针对复杂网络聚类，谱方法的主要不足是： 1）需要借助先验知识定义递归终止条件，即谱方法不具 ）需要借助先验知识定义递归终止条件， 备自动识别网络簇总数的能力； 备自动识别网络簇总数的能力； 2）现实世界中的复杂网络往往包含多个网络簇，而谱方 ）现实世界中的复杂网络往往包含多个网络簇， 法的递归二分策略不能保证得到网络划分是最优的多网 络簇结构。 络簇结构。
12
Network Community Structure (Science 2002, Nature 2005, 2007)
网络簇结构（network community structure）具有同簇节点相互连接 网络簇结构（ ）具有同簇节点相互连接 密集、异簇节点相互连接稀疏的特点。 稀疏的特点 密集、异簇节点相互连接稀疏的特点。
现实世界中的诸多系统都以网络形式存在， 现实世界中的诸多系统都以网络形式存在 ， 如社会系统中的人际关系网 人际关系网、 如社会系统中的 人际关系网 、 科学家协作网 流行病传播网， 生态系统中的神经元网 神经元网、 和 流行病传播网 ， 生态系统中的 神经元网 、 基因调控网和 蛋白质交互网， 基因调控网 和 蛋白质交互网 ， 科技系统中的 因特网、 万维网、 通信网、 交通网等 因特网 、 万维网 、 通信网 、 交通网 等 。 由于 这些网络所对应的系统具有很高的复杂性， 这些网络所对应的系统具有很高的复杂性 ， 因 此 被 统 称 为 “ 复 杂 网 络 (complex network)”。 )
13
1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义 1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义
复杂网络聚类方法的研究对分析复杂网络的拓扑结构 复杂网络聚类方法的研究对分析复杂网络的拓扑结构、理解复 分析复杂网络的拓扑结构、 杂网络的功能、 杂网络的功能、发现复杂网络中的隐藏规律和预测复杂网络的 行为不仅有十分重要的理论意义 而且有广泛的应用前景。 行为不仅有十分重要的理论意义，而且有广泛的应用前景。 不仅有十分重要的理论意义， 目前已被应用于：恐怖组织识别与组织结构管理等社会网络分 目前已被应用于：恐怖组织识别与组织结构管理等社会网络分 析，围绕新陈代谢、蛋白质交互、未知蛋白质功能预测、基因 围绕新陈代谢、蛋白质交互、未知蛋白质功能预测、 生物网络分析， 调控和主控基因识别等问题的多种生物网络分析 Web社区挖 调控和主控基因识别等问题的多种生物网络分析，Web社区挖 掘与Web文档聚类 搜索引擎，空间数据聚类， 掘与Web文档聚类，搜索引擎，空间数据聚类，图像分割 ， 文档聚类， 以及关系数据分析等众多领域。 以及关系数据分析等众多领域。 关系数据分析等众多领域
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1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义（续） 1.复杂网络聚类方法的研究背景及意义 复杂网络聚类方法的研究背景及意义（
由于复杂网络聚类研究具有重要的 理论意义和应用价值， 理论意义和应用价值 ， 它不仅成为 计算机领域中最具挑战性的基础性 研究课题之一， 也吸引了来自物理、 研究课题之一 ， 也吸引了来自物理 、 数学、 生物、 数学 、 生物 、 社会学和复杂性科学 等众多领域的研究者， 等众多领域的研究者 ， 掀起了一股 研究热潮。 2002年 至今， 研究热潮 。 从 2002 年 至今 ， 新的方 法层出不穷， 法层出不穷 ， 新的应用领域不断被 拓展， 拓展 ， 不同领域的权威国际杂志和 多个重要国际学术会议多次报道这 方面的研究工作。 方面的研究工作。 复杂网络聚类方法已成为图论、复杂网络、 复杂网络聚类方法已成为图论、复杂网络、数据挖掘等理论的重要组成部分 和相关课程的核心内容。 如康奈尔大学计算机系开设了《 和相关课程的核心内容 。 如康奈尔大学计算机系开设了 《The Structure of Information Networks》 课 程 ， 麻 省 理 工 电 子 工 程 和 计 算 机 系 开 设 了 Networks》 Dynamics》课程。 《Networks and Dynamics》课程。
芽殖酵母菌） （芽殖酵母菌） 的蛋白质交互网 络
19
动态社会网络簇结构分析
(Nature 2007)
该研究结果发现了维持社会结构稳定性的两个基本原则： 该研究结果发现了维持社会结构稳定性的两个基本原则： 对于大规模社会机构，其成分的动态变化利于维护该机构的稳定性； 动态变化利于维护该机构的稳定性 对于大规模社会机构，其成分的动态变化利于维护该机构的稳定性； 相反的，对于小规模机构，其成分的固定不变利于维护该机构的稳定性。 固定不变利于维护该机构的稳定性 20 相反的，对于小规模机构，其成分的固定不变利于维护该机构的稳定性。
(Nature 2005)
科学家合作网： 每个节点表示 一个科学家， 连接表示科学 家之间的合作 紧密程度。
语义网络: 每个节点 表示一个英文单词， 连接表示词在某个语 境下共同出现的频率。
16
聚类基因网络
Nature 2003
17
聚类新陈代谢网络
Nature 2005
18
聚类蛋白质网络
(Nature 2005)
22
2.复杂网络聚类方法的研究现状及分析 2.复杂网络聚类方法的研究现状及分析
2.1 复杂网络聚类方法的分类
2.2 基于优化的复杂网络聚类算法
2.3 启发式复杂网络聚类算法 2.4 其它网络聚类算法
23
2.1 复杂网络聚类方法的分类 • 基于优化的方法 基于优化的方法将复杂网络聚类问题转 化为优化问题，通过最优化预定义的目标函 通过最优化预定义的目标函 数来计算复杂网络的簇结构。 数来计算复杂网络的簇结构。 • 启发式方法 启发式方法将复杂网络聚类问题转化为 预定义启发式规则的设计问题。 • 除以上两类方法之外，还存在其它类型 除以上两类方法之外，还存在其它类型 的复杂网络聚类方法。 的复杂网络聚类方法。