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Girvan-Newman社群发现算法

已有 29464 次阅读 2013-12-17 15:01 |个人分类:复杂网络算法|系统分类:科研笔记| 社群发现

直观来看,在社群内部节点之间相互连接的边密度较大,因此,通过边来识别社群是一种较为直观的社群发现算法。Girvan-Newman算法即在该启示下发展而言,如果去除社群之间连接的边,留下的就是社群。对于社群而言,较先去除的边,中心性较低,而中介中心性则较大。因此,逐步去除中介中心性最大的边,直至结束(Girvan andNewman 2002)

Girvan-Newman算法的详细步骤:

1)计算网络中所有边的中介中心性;

2)去除中介中心性最高的边;

3)重新计算去除边后的网络中所有边的中介中心性;

4)跳至步骤2,重新计算,直至网络中没有边存在。

Girvan-Newman算法所得到的结果实质上是网络中节点的树图(dendrogram)如下所示:


该算法给出了如何去除边得到社群结构。但在得到最终的社群数之前,还有一个问题没有得到解决,即如何确定合适的社群数,使社群划分结果最优。在他们随后的文章(Newman and Girvan 2004)中提出了Modularity Q的概念,并形成一个更为完整的方法。

Q值能够体现网络划分为社群后社群结构的质量,该值逼近于1,说明社群结构越明显,该值逼近于0则社群结构不明显。对于同一个网络而言,不同算法可能得到的Q值不同,Q值高则代表了该算法较优。利用Q值寻找合适的社群数的思路如下:

在上面Girvan-Newman算法中每去除一次边,则计算一下所得社群结构的Q值,寻找到Q值最大时的社群数量。一般而言,计算时不可能会在所有去边过程中都计算Q值,往往是寻找某一区间的Q值,取得局部最大值即可。Q一般有1-2次局部最大值。在下面的示例图中,当边去除后,社群数量为4时,所得Q值最大,因此该网络划分为4个社群最优。


 

 

References:

Girvan, M., and Newman, M. E. (2002). "Communitystructure in social and biological networks." Proceedings of theNational Academy of Sciences, 99(12), 7821-7826.

Newman, M. E. J., and Girvan, M. (2004). "Findingand evaluating community structure in networks." Phys Rev E, 69(2),26113.




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