复杂网络社区挖掘_基于聚类融合的遗传算法
基于遗传算法模拟退火算法的聚类算法
基于遗传算法模拟退火算法的聚类算法聚类是一种无监督学习算法，用于将数据集分成不同的组或簇，使相似的数据点在同一组中。
聚类算法旨在找到数据集内的隐藏模式和结构。
遗传算法和模拟退火算法是两种常用的全局优化算法，可以帮助我们找到最优的聚类方案。
遗传算法（Genetic Algorithm, GA）是一种模拟自然界中生物遗传机制的优化算法。
它模拟了生物进化过程中的选择、交叉和变异等操作。
遗传算法的基本思想是通过不断迭代的方式，保留适应度（优良解）高的个体，并以此为基础进行选择、交叉和变异操作，最终找到全局最优解。
模拟退火算法（Simulated Annealing, SA）是一种基于物理退火过程的全局优化算法。
它模拟了物质冷却的退火过程，通过允许一定概率的“错误移动”以跳出局部最优解，最终找到全局最优解。
将遗传算法和模拟退火算法结合起来，可以得到一个更强大的聚类算法。
这种算法首先使用遗传算法对初始的聚类方案进行初始化，并通过适应度函数对每个个体进行评估。
然后，算法使用模拟退火算法对聚类方案进行迭代优化。
在每个温度阶段，通过改变个体之间的距离以及聚类之间的距离，尝试将方案从当前聚类状态迁移到下一个更优状态。
模拟退火算法中的退火过程可以通过控制温度参数来实现。
1.初始化种群：使用遗传算法随机生成初始的聚类方案。
每个个体表示一种可能的聚类方案。
2.计算适应度：对每个个体使用适应度函数进行评估。
适应度函数可以根据聚类方案的内聚性和分离性来定义，以及其他适应度指标。
3.遗传操作：使用遗传算法的选择、交叉和变异操作对个体进行优化。
4.模拟退火：使用模拟退火算法对个体进行迭代优化。
通过改变个体之间的距离以及聚类之间的距离，尝试将方案从当前聚类状态迁移到下一个更优状态。
退火过程可以通过控制温度参数来实现。
5.终止条件：当达到迭代次数的上限或找到满足适应度要求的聚类方案时，停止迭代。
6.输出最优解：返回适应度最高的聚类方案作为最优解。
复杂网络中的社区发现与挖掘算法研究
复杂网络中的社区发现与挖掘算法研究社区发现是在复杂网络中识别出密切相关的节点集合，这些节点之间存在着明显的紧密联系，而与其他节点相对疏远。
社区发现在许多领域具有广泛的应用，如社交网络分析、生物信息学、推荐系统等。
然而，由于复杂网络的规模庞大、结构复杂多样，社区发现成为一个具有挑战性的问题。
为了解决这一问题，学者们不断提出和改进各种社区发现与挖掘算法。
一种常见的社区发现算法是基于模块度（modularity）的方法。
这种方法通过计算网络中节点间的连接强度和预期连接强度的差值来评估社区结构的优劣程度。
其中，预期连接强度是通过随机图模型生成的网络来进行估计的。
通过最大化模块度函数，这种算法可以将网络划分为若干个社区。
然而，基于模块度的方法在处理大规模网络时，会面临计算时间复杂度高和结果稳定性差的问题。
为了克服这些问题，研究者们提出了一系列其他的社区发现算法。
例如，基于谱聚类的方法可以将网络转化为特征向量，然后通过聚类技术将节点划分为不同的社区。
这种方法能够有效克服基于模块度的方法的缺点，并且适用于大规模网络。
另外，还有基于聚类系数的方法、基于图表达的方法、基于双层重叠社区的方法等。
这些算法不仅提高了社区发现的效果，还拓宽了社区发现的研究领域。
除了社区发现算法，研究者们还提出了一些用于社区挖掘的工具和技术。
社区挖掘旨在从挖掘过程中发现新的模式和知识。
其中，一种常见的工具是关联规则挖掘。
关联规则挖掘通过挖掘出不同节点之间的关联关系，可以发现隐藏在复杂网络中的有意义的模式。
另外，社区挖掘还可以借助数据可视化技术，将复杂的网络结构以图形化的方式展示出来，增加了对社区结构的理解和挖掘。
随着社交媒体的普及和大数据技术的不断发展，社区发现与挖掘在社交网络分析中具有重要的应用。
通过社交网络分析，可以揭示出用户之间的相互关系、信息传播路径、社区结构等信息，为社交媒体平台的运营提供指导。
此外，社区发现与挖掘还可以应用于生物信息学领域，发现蛋白质相互作用网络中的功能模块，辅助研究者了解蛋白质的功能和相互关系。
复杂网络中的社区检测与演化规律
复杂网络中的社区检测与演化规律随着互联网时代的到来，我们进入了一个全新的信息时代，人类社会也正在发生着巨大的变化。
互联网创造了一种全新的社会网络结构，这种结构被称为复杂网络。
复杂网络中包含了网络节点之间的关系，这种关系可以用边来表示。
社区是复杂网络中一个非常重要的概念，它是由相互连接密集的一组节点组成的。
社区检测与演化规律已成为复杂网络研究的重点之一。
本文将对复杂网络中社区检测与演化规律进行探讨。
一、社区检测社区检测是指寻找复杂网络中的社区结构。
一般来说，社区是一个密集连接的网络子图，该子图内节点彼此之间的连通密度很高，而与该子图外的节点相连的连边数量相对较少。
社区检测可以帮助我们发现复杂网络中隐藏的规律和结构，它对于社交网络、生物网络等领域都有很大的应用价值。
社区检测方法主要有以下几种：1、基于谱分析的方法谱聚类是一种基于谱分析的社区检测方法，该方法首先对网络的拉普拉斯矩阵进行特征值分解，然后根据特征向量的信息将网络节点分成不同的社区。
谱聚类方法的好处是可以快速处理大规模网络，但其缺点是仅适用于一定规则的网络，对于一般的复杂网络效果不佳。
2、基于聚类的方法聚类是指将网络节点分组，并将同一组内的节点归为一类。
LPA算法（Label Propagation Algorithm）是一种基于聚类的社区检测方法，该算法依据节点之间的相似性，通过标签传递的方式来不断更新节点所处的分类，最终可以得到一个较好的社区结构。
LPA算法是一种快速有效的社区检测方法，但其缺点是对于噪声较大的网络效果不理想。
3、基于模块度的方法模块度是指在一个社区内部的连接密度与社区与外部世界的连接稀密程度之差。
因此，基于模块度的社区检测方法可以通过寻找最大化模块度的社区结构来检测社区。
Louvain算法是一种基于模块度的社区检测方法，该算法首先将网络中的节点分成许多小社区，然后将这些小社区合并成大社区。
Louvain算法是一种较为有效的社区检测算法，但其存在一个问题，即合并小社区时可能会错过潜在的大社区。
基于遗传算法的数据挖掘优化研究
基于遗传算法的数据挖掘优化研究随着人工智能和大数据的发展，数据挖掘在企业和研究领域中变得越来越重要。
为了提高数据挖掘的效果和精度，研究人员提出了各种算法和方法。
本文将介绍一种基于遗传算法的数据挖掘优化研究。
一、数据挖掘的意义和现状在大数据的时代，数据成为了企业和研究的重要资产和资源。
然而，如何从海量的数据中发掘出有用的信息和知识，成为了研究和应用领域中的难题。
数据挖掘作为一种从大规模数据中自动探测出潜在模式、规律、趋势和关联的技术，具有重要的意义和价值。
目前，数据挖掘已经被广泛应用于金融、医疗、教育、电子商务、物流等领域。
例如，在金融领域中，数据挖掘可以帮助银行对欺诈行为进行预测和监测；在医疗领域中，数据挖掘可以帮助医生对病人进行诊断和预测。
然而，数据挖掘存在一些问题和挑战。
首先，数据的质量和准确度对数据挖掘的结果有很大影响。
其次，数据挖掘需要处理的数据量大且复杂，运算成本高、时间复杂度高。
为了解决这些问题，研究人员提出了各种算法和技术。
二、遗传算法的原理和应用遗传算法（Genetic Algorithm，GA）是一种模拟自然进化过程的优化方法，是计算机智能领域中的一种有效的问题求解和优化工具。
遗传算法的主要特点是具有全局优化和并行搜索的能力，并且能够在搜索空间中寻找最优解。
遗传算法的核心思想是通过模拟自然进化过程，通过适应度函数的评估来找到问题的最优解。
遗传算法主要包含三个阶段：选择、交叉和变异。
首先，选择阶段通过适应度函数的评估，保留较优的个体。
其次，交叉阶段将较优的个体进行组合，生成新的个体。
最后，变异阶段在新个体中引入随机变化，以增加搜索空间。
遗传算法可以应用于很多领域的问题求解和优化，例如网络设计、图像识别和数据挖掘等。
在数据挖掘中，遗传算法可以应用于特征选择、聚类、分类等领域。
特别地，遗传算法可以优化数据挖掘模型的参数和结构，提高其预测精度和性能。
三、基于遗传算法的数据挖掘优化研究基于遗传算法的数据挖掘优化研究，是将遗传算法应用于数据挖掘领域的一种研究方法。
复杂网络中的社区发现算法及其应用
复杂网络中的社区发现算法及其应用复杂网络是由大量节点以及节点之间的连接关系构成的网络，在现实中广泛存在于许多领域，如社交网络、生物网络和互联网等。
社区发现是复杂网络研究的重要内容，目的是将网络中相互紧密连接的节点划分为具有相似特征或功能的社区。
社区发现算法是研究者们为了解复杂网络中的结构、功能和演化过程而提出的重要方法。
本文将介绍几种常见的社区发现算法及其应用。
一、模块度优化算法模块度是衡量网络社区结构好坏的重要指标，模块度优化算法就是通过最大化网络的模块度来寻找合适的社区划分。
常见的模块度优化算法有GN算法、Louvain算法和贪心算法等。
这些算法通过迭代地划分社区和优化社区内的连接关系来寻求最优解。
模块度优化算法在社交网络、组织结构分析、蛋白质相互作用网络等领域有广泛应用。
例如，在社交网络中，通过社区发现算法可以识别出不同的社区群体，有助于理解社交网络中的用户行为和信息传播规律，在推荐系统中起到重要作用。
二、基于节点相似性的算法基于节点相似性的社区发现算法认为在网络中相似的节点更可能属于同一个社区。
这类算法包括谱聚类、K均值算法和PSCAN算法等。
这些算法通过计算节点间的相似度来划分社区。
这类算法在生物网络、交通网络、图像分割等领域应用广泛。
例如，在生物网络中，通过基因的相似性来划分蛋白质相互作用网络的社区，可以帮助研究者理解蛋白质之间的功能和调控关系，从而推测未知蛋白质的功能。
三、基于概率生成模型的算法基于概率生成模型的社区发现算法通过建立模型来描述网络的生成过程，并利用模型参数推断网络的社区结构。
常见的算法有LDA、SBM等。
这些算法将网络看作是由不同社区生成的，根据模型参数的估计结果来划分社区。
这类算法在社交网络、金融网络等领域有广泛应用。
例如，在金融网络中，通过基于概率生成模型的社区发现算法可以划分出潜在的金融市场或子市场，有助于金融市场监管和风险预警。
总结起来，社区发现算法在复杂网络研究中扮演重要角色，有助于理解网络的结构和功能特征，为许多现实问题的解决提供了有力支持。
基于复杂网络的数据挖掘技术研究
基于复杂网络的数据挖掘技术研究随着网络技术的日益发展，人们在以前无法想象的领域找到了无限的可能，在现代社会的各种领域中，数据量巨大，并日益复杂。
数据挖掘，作为一种从大量数据中寻找未知关系和规律的技术手段，已经成为了信息时代中非常重要的一种应用。
而基于复杂网络的数据挖掘技术的研究，更是人们研究数据挖掘的重要方向之一。
一、复杂网络的概念我们先来了解一下什么是复杂网络，它是一种由大量节点（或者说顶点）和它们之间的复杂联系构成的网络。
这些节点可以是物体、人或者其他事物，而它们所之间的联系，则可以是关系、信号传递、交流交换等等。
这些节点和它们所之间的联系可以形成让人看到整个网络的拓扑结构，例如：环、网格和随机网络等等。
二、基于复杂网络的数据挖掘技术基于复杂网络的数据挖掘技术，是指通过复杂网络的结构和特征，在大量数据中寻找出未知关系和规律的方法。
这种方法不仅仅是寻找单节点的特征，而是将整个网络作为单位来分析，以寻找整个网络之间的关系，从而进行更加深入有效的数据挖掘。
1.节点的重要性网络中的节点有很多指标可以用来衡量它的重要性，例如度、介数、接近度等指标，通过这些指标可以找到节点在网络中的重要性位置。
一个节点的度越高，越能代表网络的重要性；如果一个节点的介数比较高的话，那么就代表着这个点在网络中有着比较大或者最短的关联链路；接近度则是表示节点和网络中其他节点之间的相似程度，越接近则表示关联程度越高。
2.网络中的集群我们在现实生活中或者是网络上都可以发现很多的集群组织，例如社交网络中的朋友圈，互联网中的论坛板块等等。
基于复杂网络的数据挖掘技术，也可以通过寻找网络中的集群，来发现网络内部更加深入的结构。
3.信息的传播一个内容具有吸引人的特质，往往会在网络中得到更广泛的传播。
基于复杂网络的数据挖掘技术，可以通过收集和分析网络上的文本信息，来研究关于某一事件、文化、商品等方面的信息传播规律，从而提高信息传播的效果。
三、应用与前景在现实生活和网络时代中，我们无法避免数据的收集和分析，而基于复杂网络的数据挖掘技术，可以让我们更好地掌握网络信息，挖掘出更为深入的内容，为我们所需要的广泛应用提供支持。
复杂网络中的社区检测算法与性能评估研究
复杂网络中的社区检测算法与性能评估研究复杂网络是由大量节点和连接组成的网络结构，其中节点之间的连接具有非常复杂的关系。
社区检测是一种用于分析复杂网络结构的方法，旨在识别网络中具有类似属性或密集连接的节点子集，这些子集被称为社区。
社区检测算法在图论、社会科学、生物网络等领域具有广泛的应用。
一、复杂网络社区检测算法社区检测算法旨在将网络中的节点分组成相互连接紧密且内部联系紧密的子集。
这些子集被认为是具有相似属性或功能的节点集合。
目前有许多社区检测算法可供选择，包括基于模块度的方法（如Louvain 算法、GN算法）、基于谱聚类的方法（如谱分割算法）、基于聚类的方法（如KMeans算法）、基于布谷鸟算法的方法等。
1. 基于模块度的方法模块度是一个用于度量网络分割质量的指标，它衡量了网络内部连接的紧密度与社区之间连接的稀疏性。
基于模块度的方法试图最大化网络的模块度值，以找到最优的社区划分结果。
Louvain算法属于这类方法，它通过不断优化节点的社区归属来提高模块度。
2. 基于谱聚类的方法谱聚类是一种基于线性代数的聚类算法，它利用网络的拉普拉斯矩阵特征向量来进行数据分割。
谱聚类方法通过对网络的特征值分解进行数据降维，然后再应用传统的聚类算法进行社区划分。
谱分割算法是谱聚类方法的一种典型代表。
3. 基于聚类的方法聚类算法是一种常用的无监督学习方法，它将相似的数据对象划分到同一个类别中。
在社区检测中，节点之间的相似度可以通过计算它们之间的距离或相似度指标来确定。
KMeans算法是一种经典的聚类算法，它将节点分配到K个不同的簇中，使得同一簇内的节点相似度最大，不同簇之间的相似度最小。
4. 基于布谷鸟算法的方法布谷鸟算法是一种基于自然界中鸟类觅食行为的优化算法，它模拟了鸟类在寻找食物过程中的搜索和觅食策略。
布谷鸟算法在社区检测中被用来寻找网络中的最佳社区划分方案。
它通过不断调整节点的社区划分来优化目标函数，使得网络的模块度得到最大化。
复杂网络中的社区发现算法及其应用
复杂网络中的社区发现算法及其应用一、引言复杂网络是指由多个节点和连接它们的边或者链组成的网络结构，它们通常是由自然界或者人工构建的系统所构成。
例如社交网络，物流网络，交通网络等，复杂网络在现实中应用广泛，而社区发现是其重要的研究领域之一。
社区发现是指在网络中发现数量较少但内部密切联系的子集，它们在某些方面显示出相对的内部一致性和跨度分离，由于社区结构的存在，网络在许多方面具有不同的行为特征和功能特征。
在社交网络中，社区是指具有相同兴趣、活动或者联系的人的子集。
在物流网络中，社区是指共享一些特定的物流资源或者共享某个交通运输方式的城市或地区等。
社区发现在许多领域都具有重要的应用，比如犯罪调查、恐怖主义分析、废柴疫情分析等。
如何高效地在复杂网络中寻找出社区结构是社区发现算法的核心问题。
二、社区发现算法社区发现算法是指在复杂网络中，通过一定的算法设计来寻找网络中存在的社区结构。
社区发现算法分为基于聚类和基于模块化的两大类。
前者是指将节点分为若干个群体，使得同一群体的节点之间关系密切。
聚类算法中，最常见的算法是k-means和层次聚类。
后者是基于网络拓扑结构的特征来刻画社区结构。
这类算法中最常见的是基于最大模块化（modularity-based）的算法。
以下将对这两类算法进行详细的介绍。
（一）、聚类算法1.k-means算法k-means算法是一种聚类分析的方法，其目标是将相似的对象划分为互不相交的k个簇，并使簇内之间的差异性最小化，而簇间之间的差异性最大化。
该算法可用于分辨噪声、找到一个点集的最优分组、刻画数据集中不同群体的特征等。
在社区发现中，k-means算法可以用来寻找相同兴趣爱好的人群等。
2.层次聚类算法层次聚类是指将所有观测数据首先看做是一组单独的簇，然后逐渐有收缩的方式合并这些簇到一个大的簇，直到得到一个包含所有对象的唯一簇为止。
因此，其层次性很强，对于不同的数据集，其结果也不同。
层次聚类常用于生物分子分类、文本分类等领域，同样也可以用于社区发现算法。
复杂网络社区检测、链路预测及应用
复杂网络社区检测、链路预测及应用复杂网络社区检测、链路预测及应用引言在当代社会中，复杂网络研究已经成为一种热门的研究领域。
复杂网络的特点是节点之间存在着复杂的连接关系，这种关系可以被表示为网络的图结构。
社区检测和链路预测是复杂网络研究中的两个重要问题，对于理解和分析网络结构、研究信息传播和适应性行为等方面具有重要意义。
本文将分别介绍复杂网络社区检测和链路预测的基本概念和方法，讨论它们的应用。
一、复杂网络社区检测社区是网络中具有紧密连接的节点集合，节点之间在社区内部存在着密切的关系，而社区之间的连接则相对较弱。
社区检测的目标是将网络中的节点划分为不同的社区，并找出社区之间的连接模式。
1. 基本概念社区检测中的基本概念包括模块度和聚类系数。
模块度是衡量社区结构的指标，可以用来度量网络中社区间的连接强度。
聚类系数是衡量节点集合内部连接紧密程度的指标，可用来反映社区内部的结构。
2. 方法介绍社区检测的方法可以分为基于图结构的方法和基于节点属性的方法。
基于图结构的方法主要包括谱聚类、模块度最大化和标签传播等。
谱聚类是通过对网络的特征矩阵进行特征值分解来实现社区划分的方法。
模块度最大化则是通过最大化网络的模块度来寻找社区结构。
标签传播是基于节点的邻居关系进行社区划分的方法。
基于节点属性的方法则是利用节点的属性信息来实现社区检测，例如社区发现算法LFR和大规模社区发现算法SLPA。
3. 应用领域社区检测在各个领域都有广泛的应用。
例如社交网络中的社区检测可以帮助我们理解用户的兴趣和交互行为，进而优化推荐系统和广告定向。
生物信息学中的蛋白质相互作用网络和基因调控网络的社区检测则有助于我们研究蛋白质功能和基因的调控机制。
另外，社区检测还可以应用在金融风险评估、疾病传播的预测等领域。
二、复杂网络链路预测链路预测是利用已有的网络结构预测网络中尚未出现的连接。
链路预测的目标是预测网络中可能存在的关系，帮助我们理解网络的演化过程和节点之间的关联。
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
基于遗传算法的数据挖掘应用研究
基于遗传算法的数据挖掘应用研究摘要：互联网技术和海量数据存储技术的发展，使得人们可以收集更多的数据，数据挖掘技术的诞生为人们有效利用这些数据提供了新的方法。
面对糕点连锁门店品类繁多且不断变换的商品，商家应快速地分析和运用每天产生的大量销售数据，在顾客进店时或者购买过程中及时向其推荐可能感兴趣的商品或者信息，从而提高销售效率和销售量。
此外，商家也可以将数据挖掘结果所提供的特征用于新产品的开发，生产出可能受顾客欢迎的产品。
本文主要分析遗传算法在数据挖掘中的应用研究。
关键词：遗传算法；关联规则；适应度函数；遗传算子引言遗传算法（Geneticalgorithm，GA）作为一种随机并行搜索算法，应用较为广泛，它也是数据挖掘过程中的常用算法。
遗传算法在应用过程中可以通过调整其交叉算子和变异算子进行优化，比如对两个算子进行自适应改进，可以达到全局最优解与收敛速度的最佳平衡；通过模糊GA和关联规则的合理融合实现更好的挖掘效果；通过非线性排序减少近亲遗传，从而起到提高搜索效率的作用。
1、遗传算法遗传算法是一种模拟生物进化过程的搜索和优化算法。
它是基于达尔文的自然选择和遗传学理论，通过模拟种群内个体之间的遗传操作（如选择、交叉和突变），逐代地从候选解空间中搜索并优化目标函数值。
遗传算法的主要特点是可以在问题空间中进行并行搜索，并通过选择操作对解空间中的个体进行筛选，以保留更好的解。
通过交叉和突变操作，遗传算法能够产生新的解，并将其引入下一代种群中，逐渐找到更优的解决方案。
遗传算法适用于各种类型的问题，包括连续型问题、离散型问题和组合优化问题等。
无论问题空间大小和复杂度如何，遗传算法都能在解空间中进行搜索，并找到潜在的最优解。
遗传算法通过在解空间中的多个位置上进行并行搜索，能够克服局部最优解问题，找到更优的全局解。
由于其随机性的特点，遗传算法能够跳出局部最优解，有助于寻找问题的全局最优解。
遗传算法具有良好的适应性和灵活性，在求解过程中可以根据问题的特点进行适应度评估、选择操作、交叉操作和变异操作等的调整。
复杂网络中的社区发现算法研究
复杂网络中的社区发现算法研究一、引言社交网络成为了人们日常交流中不可或缺的一部分，复杂网络中的推荐系统、广告分发、用户画像等问题也得到了广泛的研究。
而复杂网络中的社区结构发现的研究则是在社交网络中最为基础的问题之一。
随着复杂网络的不断发展和壮大，社区发现问题变得越来越复杂和具有挑战性。
社区发现的研究不仅能够揭示社交网络的本质结构，还能够为推荐、广告等应用提供重要的基础数据支持。
二、社区发现算法综述社区发现算法是指在一个无向或有向的、加权或不加权的复杂网络中，找到一些具有内部相似度高、外部相似度低的子集，这些子集被称为社区。
常见的社区发现算法包括基于图划分的方法、基于谱分析的方法、基于模块度的方法以及基于聚类的方法等。
在社区发现研究中，基于模块度的方法是最常用的一种方法。
基于图划分的方法将图中节点划分为若干个子区域，每个子区域即为一个社区。
基于谱分析的方法是基于图的拉普拉斯算子，通过计算图的特征向量来发现社区。
基于模块度的方法是通过定义模块度来测算一个社区的好坏程度，然后将模块度最大的社区作为整个网络的社区结构。
基于聚类的方法是将节点分组成互相影响或接近的部分，以揭示网络数据的内部结构和性质。
三、社区发现算法优化社区发现算法有许多经典的算法，如Louvain算法、GN算法、Leida算法等。
然而随着网络规模的不断扩大，这些经典算法面临着计算复杂度过高、精度不高等问题。
针对这些问题，研究人员提出了许多社区发现算法的优化方案。
1. 分层社区发现优化分层社区发现算法是一种通过把网络划分成多个层级来处理网络的算法。
这种算法不仅能够处理大规模网络的社区发现问题，还能避免算法计算过程中的过度优化问题。
2. 基于采样的算法优化采样是一种常用的算法优化方法。
基于采样的优化方法可以将网络简化为一个小规模的子图，进而提高算法的计算效率。
例如，有些算法可以将网络中的度数较高的节点集合选择为采样的节点，这样可以保证算法的计算效率和准确性。
复杂网络的社区检测算法研究
复杂网络的社区检测算法研究随着互联网和社交媒体的普及，人与人之间的联系日益紧密，形成了庞大而复杂的网络结构，如何有效地对这些网络进行社区检测成为了一个重要的研究领域。
社区检测是指将网络中的节点划分成若干个互不重叠的社区群体，使得社区内部联系紧密，社区间联系相对松散。
在社会学、生物学、信息学等领域中都有着广泛的应用。
复杂网络的社区检测算法分为无监督和有监督两类。
无监督的算法是指根据节点之间的结构和相互之间的关系来进行社区检测，而有监督的算法是指利用已经标注好的社区节点信息来进行有针对性的社区发现。
无监督算法主要有基于聚类的方法、基于模块划分和最大化似然估计等。
有监督算法则主要有非监督学习和半监督学习两种。
综合来看，目前较为常用的社区检测算法主要有以下几种：1. 物理模拟算法物理模拟算法主要依靠物理力学和动力学理论，通过模拟网络节点之间的相互作用以及节点的运动，来推演社区结构。
该算法的优点在于适用性非常广泛，不需要预先定义社区属性和数量，能够自适应地根据网络结构进行社区划分。
缺点则在于需要大量的计算资源和时间，同时对于大规模的网络划分效果不一定理想。
2. 聚类算法聚类算法是指将相似度高的节点聚集成同一个社区，计算相似度的方式可以采用距离、相似矩阵等方法。
其中最常用的聚类算法是k均值算法、DBSCAN算法和层次聚类算法。
聚类算法的优点在于实现简单，速度快，而且能够处理大规模网络，缺点则在于对于不同的距离度量方式和初始的聚类中心选择会产生不同的结果。
3. 模块度最优化算法模块度最优化算法是指最大化网络划分后社区之间的模块度值，即增加社区内部联系，减少社区之间的联系。
这种方法适用于任意大小的网络，具有较高的准确性。
其中最著名的算法是Louvain算法和GN算法，它们分别通过迭代优化来实现社区最大化。
此外，基于模块度的算法还有LPA算法、SA算法和ILOF算法等，它们通过不同的方式求解社区划分问题，能够优化不同的划分目标。
复杂网络中的社区检测算法研究
复杂网络中的社区检测算法研究一、引言在社交网络、生物网络、物流网络、通信网络等许多领域中，人们普遍观察到网络中存在着一些相关的物理、化学、生物、社会等性质。
网络中的节点（网站、人、蛋白质、公司）普遍形成社区，即节点间相互连接更加紧密，而不同社区之间的连接则非常稀少。
社区被定义为一组节点的集合，其中节点之间的联系比较紧密，而在集合之外则联系较少。
社区检测可以帮助我们更好地理解这些网络，从而预测节点之间的行为、他们对信息流动的影响以及最大化总体社区的效益等方面提供更多的理论指导。
二、研究背景社区检测的研究领域已经成为复杂网络分析研究领域中最活跃的方向之一。
复杂网络中的社区检测问题，实质上是将网络节点划分为若干个互不重叠的子集，每个子集内部节点之间的连通性强，而子集之间的联通性很弱。
其任务是找到一个划分，使得模块化得分最大，同时每个子集的规模也不能太小。
社区检测算法依赖于图形的特定性质，例如密度或连通性，已经被广泛用于社交网络、互联网、生物网络、通信网络等的分析中，尤其是在机器学习和数据挖掘领域中。
社区检测算法不仅可以揭示网络的内在结构和特性，同时也可以为社交网络推荐、个性化定向广告投放的数据处理和分析奠定基础。
三、社区检测算法社区是复杂网络的基本组成，因此研究社区检测算法已经成为复杂网络分析的一个热门研究方向。
目前的社区检测算法主要涵盖以下几种：（一）谱聚类算法该算法是通过计算网络的特征向量，实现各个节点的聚类。
谱聚类算法是发现聚类结构的强力工具。
该算法将图看作一个线性连接矩阵，即拉普拉斯矩阵，并将拉普拉斯矩阵的特征值和特征向量计算出来作为聚类的输入。
（二）模块度最大化算法最大化模块度是常用的社区检测策略。
该方法基于网络的度和社区间边的连接情况，寻找具有最高模块度的社区。
模块度定义了在社区中节点的连接程度比社区之间连接程度大的程度。
该算法通常基于基于启发式的贪婪算法（例如，Louvain算法）。
（三）标签传递算法标签传递算法是最为普及的社区检测算法之一，该算法从每个节点的标签开始，并通过传递标签来实现社区检测。
复杂网络中的社区发现与分析
复杂网络中的社区发现与分析人们在日常生活中经常会听到“社区”这个词，指的是一群共同具有某些特性、彼此有相互交往并且相对孤立于其他群体的人或组织。
而在复杂网络中，社区也有着类似的定义：指的是网络中由一些紧密相连的节点组成的一个子图，与其他子图相对孤立。
社区也被称为群组（clique）、簇（cluster）等。
在现实中，社区的发现对很多领域都有着重要的应用价值。
例如，在生命科学中可以通过社区发现来解析蛋白质复合物、基因调控网络等；在社会网络分析中，可以通过社区发现来分析朋友圈、领导小组、商业竞争等。
因此，如何有效地发现复杂网络中的社区，一直是研究的热点和难点。
社区发现的方法目前，社区发现的方法主要有以下几类：1. 基于聚类的方法基于聚类的方法是将网络中的节点划分到不同的簇中。
其中，最简单的方法是K-means，它将节点按照相似性分到不同的组中。
这种方法的优点是速度快，适用于规模较小的网络。
但是，缺点也很明显，随着网络规模增大，聚类结果会受到噪声的干扰，导致分类不准确。
2. 基于谱聚类的方法基于谱聚类的方法将节点之间的相似性表示为矩阵，并使用谱分解来找到最优的社区划分，它不仅适用于规模较小的网络，而且对噪声有很好的抗干扰能力。
但是，它也有缺点，例如当网络具有较多的噪声时会使得谱聚类的效果变差。
3. 基于模块度优化的方法基于模块度优化的方法是划分社区的一种常用方法，其基本思路是通过最大化社区内部的联系和最小化社区与社区之间的联系，来得到最优的社区划分。
其中，例如Newman的模块度最大化法、GN算法等，都是基于模块度优化的方法。
这种方法的优势在于时间效率高，但是对于社区分布不均匀或社区重叠等情况，会降低其准确性。
4. 基于深度学习的方法近年来，深度学习在社区发现中的应用越来越广泛。
基于深度学习的方法通过训练神经网络，来预测节点所属的社区。
例如CN-Ke-GAE、SDNE等方法，都是基于深度学习的方法。
相对于其他方法，它在对规模较大、社区之间重叠等问题有着更好的应对能力。
复杂网络中的社团发现算法综述
复杂网络中的社团发现算法综述随着社会网络的日益发达，社交网络成为了现代社会的重要组成部分。
然而，这些网络往往都是由大量的节点和边构成，而且具有非常复杂的拓扑结构。
对于这样的复杂网络，如何有效地发现其中的社团结构一直是研究的热点之一。
社团结构是指在网络中存在一些密度较高、连通性较强的子图，其中节点之间的联系比较紧密，而与其他社团的节点则联系较松散。
社团结构的发现可以帮助我们了解网络中的相互作用关系，为社交网络的数据挖掘和信息推荐提供基础理论和方法。
社团发现算法按照算法思想的不同，可以分为基于模型的方法、基于聚类的方法和基于图分割的方法。
其中，基于模型的方法是使用概率模型描述网络，然后利用统计学方法推导出社团结构；基于聚类的方法是将网络中的节点聚类成若干个社团，每个社团内节点之间的相似性要求较高；基于图分割的方法则是将网络切分为若干个部分，使得每个部分内的节点之间的连通性要求较强。
下面将分别介绍一些经典的社团发现算法：1. 基于模型的方法(1) 随机游走社团发现算法（Random Walk Community Detection Algorithm，RWCD）RWCD是基于随机游走模型的社团发现算法，它将节点的相似性定义为它们之间的转移概率，然后使用PageRank算法迭代计算各节点的权值，在一定阈值下将权值较高的节点聚合成社团。
RWCD算法可以充分利用网络中的拓扑结构，对大型网络具有较好的扩展性。
(2) 右奇社团发现算法（Modularity Optimization Algorithm，MOA）MOA算法是一种基于模块度优化的社团发现算法，它将社团内节点的连接强度与所有节点的连接强度相比较，然后计算模块度值，寻找最大模块度值时的节点聚类。
MOA算法的思想简单易懂，但需要耗费大量的计算资源。
2. 基于聚类的方法(1) K-means社团发现算法K-means算法是一种常用的聚类算法，它将网络中的节点分成K个组，每个组是一个社团。
复杂网络中社区检测算法的研究与优化
复杂网络中社区检测算法的研究与优化近年来，随着互联网的飞速发展和数据的爆炸式增长，复杂网络的研究逐渐成为一项热门的研究领域。
复杂网络是由大量节点和连接构成的网络系统，包括社交网络、生物网络、物流网络等。
其中，社区结构是复杂网络中的一个重要属性，它能够揭示网络中具有紧密连接和相关性的节点群体。
因此，社区检测算法的研究与优化对于揭示复杂网络的内部结构和功能具有重要意义。
社区检测算法的研究旨在寻找网络中的紧密连接的节点群体。
这些节点共享相似的特征、兴趣或功能。
社区检测可以帮助我们理解网络中的相互作用和动态演化。
然而，由于复杂网络的规模庞大和复杂性，社区检测面临许多挑战。
首先，复杂网络的规模庞大，节点数量可能达到上亿。
传统的社区检测算法在大规模网络中的计算复杂度很高，无法满足实时性和效率的需求。
因此，研究者们提出了一系列基于近似计算和分布式处理的社区检测算法。
其次，复杂网络的结构和动态性使得社区检测任务难以完成。
网络中的边缘节点、噪声和重叠社区都会对算法的准确性和鲁棒性造成挑战。
因此，研究者们提出了许多方法来提高算法的准确性和鲁棒性，例如基于密度、模块度、谱聚类等的优化算法。
另外，复杂网络中存在异质性和动态性。
节点和边缘的属性和连接可能随时间和环境的改变而变化。
传统的社区检测算法无法应对这种异质性和动态性。
因此，研究者们提出了一系列基于时间序列和动态模型的社区检测算法。
为了解决上述问题，研究者们不断对社区检测算法进行改进和优化。
其中，基于深度学习的方法在社区检测领域取得了一些重要的突破。
深度学习算法可以通过学习网络中节点的表征向量，并基于这些向量进行社区划分。
这种方法能够在保证准确性的同时，减少计算复杂度，提高算法的效率和可扩展性。
此外，在社区检测算法的研究中，网络的结构信息和节点的属性信息被广泛应用。
结构信息包括节点之间的连接关系，例如邻接矩阵、相似矩阵等。
属性信息包括节点的标签、特征向量等。
将结构信息和属性信息进行融合，可以提高社区检测算法的准确性和鲁棒性。
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。
复杂网络数据挖掘方法
复杂网络数据挖掘方法随着互联网的快速发展，网络中积累了海量的复杂数据。
这些数据包含了丰富的信息和相互之间的复杂关联关系，如社交网络中的用户关系、电子商务中的用户购买行为、互联网搜索引擎中的链接关系等。
为了从这些复杂网络数据中发现有价值的知识和模式，研究者们提出了各种复杂网络数据挖掘方法。
一、节点挖掘方法节点挖掘方法通过分析网络中节点的属性和连接关系，发现节点的特征和节点之间的关联模式。
其中，社区发现是一种常见的节点挖掘方法，用于发现网络中具有紧密联系的节点群体。
社区发现方法通常基于节点之间的连接紧密度或共同的属性特征，如标签、兴趣等来划分社区。
二、链路挖掘方法链路挖掘方法主要关注网络中的边或链接关系，通过分析边的属性、权重或连接模式等，发现边的特征和边之间的规律。
链路预测是一种常见的链路挖掘方法，用于预测网络中可能存在但尚未建立的连接关系。
链路预测方法通常基于图结构中已有的边和节点属性，利用机器学习、统计模型等技术来预测未知的边。
三、图模式挖掘方法图模式挖掘方法旨在发现网络中的重复子结构和模式。
这些模式可以帮助我们理解网络的组织结构、功能特征等。
图模式挖掘方法通常基于频繁子图挖掘技术，通过寻找网络中出现频率较高的子图来发现模式。
这些子图可以是简单的三角形、环形结构，也可以是复杂的星形或其他特定形状。
四、流动性挖掘方法流动性挖掘方法关注网络中数据的流动和传播过程，通过分析节点和边的属性以及它们之间的交互关系，挖掘数据的传播路径和传播模式。
这些方法可以应用于社交网络中的信息传播、疾病传播模型等领域。
流动性挖掘方法通常基于图中的消息传播、扩散模型或随机游走等算法，并结合机器学习算法来对传播过程进行建模和预测。
总结起来，复杂网络数据挖掘方法主要包括节点挖掘、链路挖掘、图模式挖掘和流动性挖掘。
这些方法可以帮助我们从复杂网络中发现隐藏在数据背后的有价值的知识和模式。
通过应用这些方法，我们可以更好地理解和分析互联网中的各种网络结构，并提供科学依据和决策支持，促进社会、经济等领域的发展。
复杂网络社区发现与异常检测技术研究
复杂网络社区发现与异常检测技术研究随着互联网的快速发展，人们之间的联系日益紧密。
在这个全球化的时代，网络已成为人们日常生活交流的重要平台。
复杂网络作为网络中的一个重要组成部分，具有复杂的结构和多样的连接方式，例如社交网络、电子邮件网络、蛋白质相互作用网络等。
研究复杂网络社区发现和异常检测技术，有助于我们更好地理解网络结构，并发现其中存在的隐藏规律和异常现象。
复杂网络社区发现是指将网络中相互连接紧密、内部结构相对独立的节点集合识别出来。
社区结构的发现有助于我们了解网络中节点之间的关系模式，可以帮助我们预测节点的行为、分析信息的传播路径等。
目前，有许多方法被提出用于社区发现，例如基于连接的方法、基于节点相似度的方法和基于模块性的方法等。
基于连接的方法主要是通过分析节点之间的边权重来划分社区。
其中，最为著名的方法是Girvan-Newman算法，该算法通过不断删除网络边上的介数中心性最高的边来划分社区。
然而，这类方法在处理大规模网络时效率较低。
为了解决此问题，研究人员提出了许多快速有效的社区发现算法，例如Louvain算法和Label Propagation算法等。
这些算法通过优化社区内部的连接强度和社区之间的连接弱度来划分社区，以实现高效的社区发现。
基于节点相似度的方法主要是通过度量节点之间的相似度来划分社区。
例如，通过计算节点之间的相似度矩阵，可以使用层次聚类或谱聚类等方法来将相似的节点聚集在一起形成社区。
此外，还有一些基于内容的方法，通过分析节点的属性值来划分社区。
例如，在社交网络中，可以根据用户的兴趣爱好来划分用户社区。
这些方法可以有效地挖掘网络节点之间的隐含模式，并找出潜在的社区结构。
除了社区发现，异常检测在复杂网络研究中也起着重要的作用。
异常节点是指与其他节点不同的节点，其行为或属性与网络中其他节点存在较大差异。
异常节点的存在可能对网络的正常运行产生不良影响，因此需要进行及时发现和处理。
异常检测技术可以帮助我们发现这些异常节点，并采取相应措施以维护网络的稳定性。
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复杂网络, 社区结构, 遗传算法, 聚类融合, 局部搜索
10.3724/SP.J.1004.2010.01160
Community Mining in Complex Networks — Clustering Combination Based Genetic Algorithm
HE Dong-Xiao1, 2 ZHOU Xu1, 2 WANG Zuo1, 2 ZHOU Chun-Guang1, 2 WANG Zhe1, 2 JIN Di1, 2 Abstract Community mining has been the focus of many recent efforts on complex networks. In this paper, we propose a clustering combination based genetic algorithm (CCGA) for community mining in complex networks. The CCGA introduces clustering combination into the crossover operator and utilizes the clustering information of parent individuals to generate offspring, assisted by the local information of network topology. Thus, CCGA can be immune from the problems caused by traditional crossover operators that only exchange string blocks of different individuals but do not recombine their clustering contents. In order to make full use of clustering combination, a Markov random walk based population initializing method is proposed, which can provide us an initial population with individuals of certain clustering precision and high diversity. The population initializing method cooperates with the clustering combination based crossover operator, thus the search capability of CCGA is effectively strengthened. In addition, a local search strategy is used in the mutation operator, which makes the mutated node placed into the community to which most of its neighbors belong. Therefore, the specialized mutation operator allows the reduction of the searching space and thus speeds up the convergence of CCGA. The proposed CCGA is tested on both computer-generated and real-world networks, and is compared with current representative algorithms in community mining. Experimental results show the feasibility and validity of CCGA. Key words Complex network, community structure, genetic algorithm, clustering combination, local search
第 36 卷 第 8 期
2010 年 8 月
自 动 化 学 报
ACTA AUTOMATICA SINICA
Vol. 36, No. 8 August, 2010
复杂网络社区挖掘 — 基于聚类融合的遗传算法
何东晓 1, 2 周 栩 1, 2 王 佐 1, 2 周春光 1, 2 王 喆 1, 2 金 弟 1, 2Βιβλιοθήκη 收稿日期 2009-07-16
录用日期 2009-12-23
Manuscript received July 16, 2009; accepted December 23, 2009 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (863 计 划) (2007AA04Z114, 2009AA02Z307), 国 家 自 然 科 学 基 金 (60873146, 60973092, 60903097), 计算与软件科学科技创新平台项目 (985 工程), 吉林大 学 “211 工程” 三期建设项目, 吉林省生物识别新技术重点实验室项目 (20082209) 资助 Supported by National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (2007AA04Z114, 2009AA02Z307), National Natural Science Foundation of China (60873146, 60973092, 60903097), Project of Science and Technology Innovation Platform of Computing and Software Science (985 Engineering), Project of the Third Extension of 211 Projects of Jilin University, and Project of Key Laboratory of Jilin Province for New Technique of Biological Recognition (20082209) 1. 吉林大学计算机科学与技术学院 长春 130012 2. 吉林大学符号 计算与知识工程教育部重点实验室 长春 130012 1. College of Computer Science and Technology, Jilin University, Changchun 130012 2. Key Laboratory of Symbolic Computation and Knowledge Engineering of Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130012
摘 要 针对当前研究复杂网络社区挖掘的热点问题, 提出了一种基于聚类融合的遗传算法用于复杂网络社区挖掘. 该算法 将聚类融合引入到交叉算子中, 利用父个体的聚类信息辅以网络拓扑结构的局部信息产生新个体, 避免了传统交叉算子单纯 交换字符块而忽略了聚类内容所带来的问题. 为使聚类融合的作用得以充分发挥, 本文提出了基于马尔科夫随机游走的初始 群体生成算法, 使初始群体中的个体具有一定聚类精度并有较强的多样性. 初始群体生成算法与基于聚类融合的交叉算子互 相配合, 有效地增强了算法的寻优能力. 此外, 算法将局部搜索机制用于变异算子, 通过迫使变异节点与其多数邻居在同一社 区内, 有针对性地缩小了搜索空间, 从而加快了算法收敛速度. 在计算机生成网络和真实世界网络上进行了测试, 并与当前具 有代表性的社区挖掘算法进行比较, 实验结果表明了该算法的可行性和有效性. 关键词
8期
何东晓等: 复杂网络社区挖掘 — 基于聚类融合的遗传算法
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社区和数据聚类 (Data clustering) 中的 “簇” 有相 似之处, 人们也将社区结构特性称为聚类特性. 目 前, 在生物网、 科技网和社会网中均观测到社区结构 的存在[8] . 复杂网络社区结构的发现对于复杂网络 的拓扑结构分析、功能分析和行为预测具有重要的 理论意义及实用价值, 已被广泛应用于恐怖组织识 别、 组织结构管理、 新陈代谢途径 (Pathway) 预测、 蛋白质相互作用网络分析、Web 社区挖掘、搜索引 擎等诸多领域[1, 4, 7, 9−10] . 由于复杂网络社区发现的重要理论意义和实际 应用价值, 众多科研工作者致力于社区挖掘算法 (也 称网络聚类算法) 的研究, 并提出了许多不同的社 区挖掘算法[4, 6−9, 11−21] . 按照文献 [10] 的观点, 依 据所采用的基本求解策略, 可将这些算法中的大多 数归纳为两大类: 基于启发式的算法和基于优化 的算法. 前者主要将社区挖掘问题转化为预定义 启发式规则的设计问题, 如著名的 Girvan-Newman (GN) 算法[4] 、基于标签传播 (Label propagation) 的算法[11−13] 、 基于相似度动力学特性 (Propinquity dynamics) 的算法[14] 等. 而后者是将社区挖掘问题 转化为优化问题, 通过最优化预定义的目标函数来 寻找复杂网络的社区结构, 如诸多以网络模块度作 为目标函数的优化算法[6, 15−21] . 然而, 最大化网络 模块度被认为是完全 NP 问题[8] , 无法通过穷举搜 索方法来实现. 遗传算法 (Genetic algorithm, GA) 作为一种解决 NP 难题的非常有效的方法, 可以在 保证求解质量的前提下极大地降低问题求解的时间 复杂度. 目前基于 GA 的社区挖掘算法[16−19] 存在 寻优能力不强和收敛速度慢的缺点, 这主要是由于 传统交叉算子难以用于复杂网络社区挖掘问题, 使 得这些方法或者不使用交叉算子[16] 或不能给出有 效的交叉算子[17−19] . 此外, 这类算法还普遍采用随 机生成初始群体和随机地、 无针对性地变异, 这也导 致了算法失效. 针对上述基于 GA 的社区挖掘算法的缺陷, 本 文提出一种基于聚类融合的遗传算法 (Clustering combination based genetic algorithm, CCGA) 来 探测网络社区结构. 该算法利用聚类融合[22] 实现 交叉操作, 避免了传统交叉算子忽视聚类内容而单 纯交换字符块所带来的问题, 并能够有效地将前一 代个体的优秀性状保留到下一代新个体中, 从而使 交叉算子的全局搜索能力得到充分发挥. 为使聚类 融合的作用得以充分发挥, 本文借鉴文献 [23] 中的 工作, 进而提出了基于马尔科夫随机游走的初始群 体生成算法. 该初始群体生成算法可产生多样性强、 具有一定聚类精度的初始个体, 很适合进行聚类融 合; 另外, 用该算法产生初始群体在一定程度上使 得初始解空间靠近了最优解空间, 从而可以加速算