基于动态类簇形成博弈的属性图聚类方法

作     者：卜湛 王煜尧 马丽娜 蒋玖川 曹杰 BU Zhan;WANG Yu-Yao;MA Li-Na;JIANG Jiu-Chuan;CAO Jie

作者机构：南京财经大学江苏省电子商务重点实验室南京210023 南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094 云境商务智能研究院南京有限公司南京210003 

基　　金：国家重点研发计划(2019YFB1405000) 国家自然科学基金(71871109) 国家自然科学基金重点支持项目(92046206)资助 

出 版 物：《计算机学报》 (Chinese Journal of Computers)

年 卷 期：2021年第44卷第9期

页      码：1824-1840页

摘      要：以微博、微信为代表的社交网络不仅包含丰富的节点属性信息,还蕴含复杂的网络拓扑信息,这些社交网络通常可被建模为属性图.传统的图聚类方法假设节点属性与网络拓扑共享同一类簇结构.然而,在真实社交网络中,节点属性与网络拓扑所对应的类簇结构并非完全一致.譬如,通过社团发现技术分析新浪微博的好友关注列表能够直观地获取聚集在同一群组的用户集合;而借助文本挖掘技术分析同一群组的用户生成内容却会发现用户讨论话题的分布广泛,体现出差异化的用户偏好特征.如何有效融合属性与拓扑信息对属性图进行聚类是理解、分析和可视化大规模社交网络的关键难题之一.为此,本文将属性图聚类建模为多目标优化问题,提出一种基于动态类簇形成博弈的属性图聚类方法.首先定义一种新颖的中心性指标度量节点的影响力,并提出一种启发式方法初始化属性图类簇质心;其次在动态博弈理论框架下,提出一种贪心的局部搜索策略更新节点类簇标签,并严格证明该局部搜索策略可使类簇结构收敛至局部帕累托最优解;最后设计一种基于多智能体自治计算的属性图聚类算法,该算法无需预设初始类簇个数,且复杂度近似线性于边的数目.为验证本文所提算法的性能,我们依次从三个方面来对其进行测试和评估.首先我们在Google+属性图上对所提算法进行了单独的收敛性分析.我们测试了算法中四个需要优化的目标函数(K-means损失函数、Havrda-Charvat生成熵、负模块度和负紧凑度)在三个不同的Bregman散度(欧氏距离平方、KL散度距离和余弦距离)设置下的收敛性情况.实验结果表明,四个目标函数能在50轮迭代之后达到收敛状态.然后,我们在4个大规模属性图上分别从聚类精度和可扩展性两个方面将本文所提算法与9个基准方法作了充分对比.对比结果表明,本文所提算法在NMI指标下比其它算法所得最优结果高出0.7%;而在AvgF1指标下比大多数算法所得的最优结果高出0.2%.在可扩展性方面,本文所提算法即使在最大规模的Google+属性图上也能在1个小时内计算出聚类结果.最后,我们在小规模PolBK数据集上进行了可视化分析.从可视化结果可以看出,在14轮迭代后本文所提算法就达到了稳定状态,与此同时找到了与真实情况接近的类簇结构.总体实验结果表明,本文方法能够准确发现大规模社交网络潜在的类簇结构,且同已有方法相比具备较好的有效性和高效性.

主 题 词：属性图聚类 多目标优化 动态类簇形成博弈 局部帕累托最优 自治计算 

学科分类：0810[工学-土木类] 0808[工学-自动化类] 0839[0839] 081203[081203] 08[工学] 0835[0835] 0811[工学-水利类] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.11897/SP.J.1016.2021.01824

馆 藏 号：203104920...