模块度

✍ dations ◷ 2025-11-10 12:36:22 #模块度

模块度也称模块化度量值,是目前常用的一种衡量网络社区结构强度的方法,最早由Mark NewMan 提出了。模块度的定义为:

Q = 1 2 m i j δ ( C i , C j ) {displaystyle Q={frac {1}{2m}}*sum _{ij}leftdelta (C_{i},C_{j})}

模块度值的大小主要取决于网络中结点的社区分配C,即网络的社区划分情况,可以用来定量的衡量网络社区划分质量,其值越接近1,表示网络划分出的社区结构的强度越强,也就是划分质量越好。因此可以通过最大化模块度Q来获得最优的网络社区划分。

由于网络所有可能的划分数量是巨大的,假设网络的结点数和边数分别为n和m,则所有可能的社区划分数是一个以n为指数的数。因此,在所有可能的划分中找出最优划分是一个NP-hard问题。针对这一问题,目前一些相应算法已被提出,其可以在合理的时间内找出模块度最大化的近似最优划分。

模块度最大化问题是一个经典的最优化问题,Mark NewMan 基于贪心思想提出了模块度最大化的贪心算法FN 。贪心思想的目标是找出目标函数的整体最优值或者近似最优值,它将整体最优化问题分解为局部最优化问题,找出每个局部最优值,最终将局部最优值整合成整体的近似最优值。FN算法将模块度最优化问题分解为模块度局部最优化问题,初始时,算法将网络中的每个结点都看成独立的小社区。然后,考虑所有相连社区两两合并的情况,计算每种合并带来的模块度的增量。基于贪心原则,选取使模块度增长最大或者减小最少的两个社区,将它们合并成一个社区。如此循环迭代,直到所有结点合并成一个社区。随着迭代的进行,网络总的模块度是不断变化的,在模块度的整个变化过程中,其最大值对应网络的社区划分即为近似的最优社区划分。
贪心算法FN具体步骤:

该算法中,需要注意的是,每次加入的边只是影响网络的社区划分,而每次计算网络划分的模块度时,都是在网络完整的拓扑结构上进行,即网络所有的边都存在的拓扑结构上。

为了降低算法的时间复杂度,Vincent Blondel等人提出了另一种层次贪心算法。该算法包括两个阶段,第一阶段合并社区,算法将每个结点当作一个社区,基于模块度增量最大化标准决定你哪些邻居社区应该被合并。经过一轮扫描后开始第二阶段,算法将第一阶段发现的所有社区重新看成结点,构建新的网络,在新网络上重复进行第一阶段,这两个阶段重复运行,直到网络社区划分的模块度不再增长,得到网络的社区近似最优划分。
这个简单算法具有一下几个优点:首先,算法的步骤比较直观并且易于实现;其次,算法不需要提前设定网络的社区数,并且该算法可以呈现网络的完整的分层社区结构,能够发现在线社交网络的分层的虚拟社区结构,获得不同分辨率的虚拟社区;再次,计算机模拟实验显示,在稀疏网络上,算法是时间复杂度是线性的,在合理的时间内可以处理结点数超过10^9的网络,因此十分适合在线社交网络这样超大规模的负责网络中虚拟社区的发现。

相关

  • 高压氧高压氧治疗,或简称高压氧,英文:Hyperbaric oxygen therapy (HBOT) ,乃医学上利用高压的氧气来提供治疗的方式。高压氧治疗利用了几个原理:高压氧最主要的治疗适应症包括:以上除一
  • 明尼苏达州明尼苏达州议会是美国明尼苏达州的立法机构。明尼苏达州议会为两院制,包含明尼苏达州参议院(英语:Minnesota Senate)与明尼苏达州众议院(英语:Minnesota House of Representatives
  • 威廉·梅哲威廉·梅哲(Willem 'Wim' Meijer,1923年-2003年10月22日)是荷兰植物学家及植物采集者。威廉·梅哲1923年出生于荷兰海牙。1951年在阿姆斯特丹大学获得博士学位。之后,他去往爪哇,
  • 哈里·韦克斯勒哈里·韦克斯勒(英语:Harry Wexler,1911年3月15日-1962年8月11日),美国气象学家,被誉为气象卫星之父。1911年3月15日生于马萨诸塞州福尔里弗,1962年8月11日在马萨诸塞州伍兹霍尔去世
  • 宽叶羊角芹宽叶羊角芹(学名:)是伞形科羊角芹属的植物,并且是羊角芹属的模式种。广泛分布于欧亚大陆的温带地区,并传入北美、日本、澳洲、新西兰、不列颠群岛等地成为入侵种。生长于海拔1,00
  • 里奇·索莫里奇·索莫(Richard Olen "Rich" Sommer II,1978年2月2日-)是美国的一位演员。他最著名的作品是在广告狂人中饰演Harry Crane角色。
  • 澳洲奇谈《澳洲奇谈》是一部1971年的澳大利亚电影,尼古拉斯·罗伊格导演,珍妮·艾格特主演,改编自詹姆斯·马歇尔的同名小说。影片讲述一对姐弟被精神病父亲遗弃在澳洲内陆的沙漠。他们
  • 双唇挤喉塞音双唇挤喉音(Bilabial ejective)是辅音的一种,用于一些口语中。用于表示此音的国际音标(IPA)是⟨pʼ⟩,其等价的X-SAMPA音标为p_>。双唇挤喉塞音的特征包括:除了以下列出的语言以外,此音还常出现于埃塞俄比亚闪米特语支(英语:Ethiopian Semitic languages)的语言中。当符号成对出现时,左边的是清音,右边的是浊音。阴影区域表示被认为是不可能的发音。表内成对的元音分别为不圆唇/圆唇。
  • 王光辉 (棒球选手)球员时期教练时期王光辉(1964年11月12日-2021年8月30日),台湾花莲县光复乡阿美族人,为台湾的棒球选手之一,曾经效力于中华职棒兄弟象队,守备位置为一垒手,绰号为“万人迷”,2006年10月到2009年5月为兄弟象队总教练,后因2009年球季开季战绩不佳遭解除总教练职务,并曾担任兄弟象二军总教练及打击教练,曾为国训棒球队总教练。其胞弟为前时报鹰队球员王光熙,与田径选手出身的妻子吴美玉育有两子。长子王威晨于2015年季中选秀为中信兄弟挑中,并于2016年4月26日首次于一军登场,成为中职首对父子档
  • 博考·安南博考·安南(泰语:ปกเกล้า อนันต์,皇家转写:Pokkhao Anan;1991年3月4日-),泰国足球运动员,生于曼谷。目前在泰国足球甲级联赛曼谷联效力,司职中场。2009至2010年间,博考·安南一直在小俱乐部泰国本田(英语:Thai Honda F.C.)效力。2011年,他加盟了泰超球队警察联(英语:警察联足球俱乐部)。博考·安南在2010年和2011年先后进入泰国U19国家队(英语:Thailand national under-20 football team)和泰国U23国家队(