社区发现 louvain(fast unfolding)算法

整个算法是基于Modularity的计算,然后就是迭代,社区改变,然后收缩,继续迭代,社区改变,然后收缩,如此以往。
这里贴上算法的流程:

算法形式化描述
1)初始化:
将图中的每个节点看成一个独立的社区,社区的数目与节点个数相同;

2)开始first phase迭代 - 社区间节点转移:
对每个节点i,依次尝试把节点 i 分配到其每个邻居节点所在的社区,计算分配前与分配后的模块度变化ΔQ

3)重复2)- 继续进行社区间节点转移评估:
直到所有节点的所属社区不再变化,即社区间的节点转移结束,可以理解为本轮迭代的 Local Maximization 已达到;

4)second phase - Rebuilding Graph:
因为在这轮的first phase中,社区 C 中新增了一个新的节点 i,而 i 所在的旧的社区少了一个节点,因此需要对整个图进行一个rebuild。

对图进行重构,将所有在同一个社区的节点重构成一个新社区,社区内节点之间的边的权重更新为新节点的环的权重,社区间的边权重更新为新节点间的边权重;

5)重复2)- 继续开始下一轮的first/second phase:
直到整个图的模块度不再发生变化。
(https://www.cnblogs.com/LittleHann/p/9078909.html)

然后其实关于louvain算法,基本理解用自己的话来重复一遍。
每次找一个节点,算它分配到邻居的社区的ΔQ,将其改为选最大的的那个社区,这样找一轮下来,(不过不知道这里是同步还是异步的,应该是同步的,及时改变及时用),一轮找下来,每个节点所属的社区肯定有所变化,再来一轮,再来一轮,直到现在的Q不会再改变,即每个节点的所属社区不再变化,则进入第二阶段。
第二个阶段是将之前形成的社区缩成一个节点,比如原本网络中有200个节点(初始是每个节点一个社区),经过了第一个阶段,形成了45个社区,那么第二阶段就会将整个网络转化成45个节点的网络(依然是每个节点一个社区),社区内的边权变成该节点的自环。从而转换完成。
下面继续进行第一阶段,直到不变。
然后再第二阶段,直到不变。

至于louvain算法能够检测层次性社区,是因为比如对于社区1,它在第一阶段之后,它有20个节点,然后在第二阶段缩成一个节点,依然代表社区1。然后继续第一阶段。然后发现此时有社区1有3个节点。那么社区1就有层次性了,其中一开始20个是第一层,而后来新增的两个节点包含的多个节点就是第二层了。如是便是层次性的体现。

在算法执行过程中,很明显的就是一开始较为复杂,因为涉及到的节点多,每次都要计算与改变到邻接节点的ΔQ,计算量比较大。
而一旦涉及到第二阶段,再执行第一阶段,所有的节点和边的数目就变小了,所以计算量会变小。
总体来看,越往后,计算量越来越小。

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