没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
基于神经网络的链路预测算法
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
5星 · 超过95%的资源 13 下载量 97 浏览量
2021-01-20
04:53:37
上传
评论 1
收藏 543KB PDF 举报
温馨提示
针对当前基于网络拓扑结构相似性的链路预测算法普遍存在精确度较低且适应性不强的问题,研究发现融合算法能够有效改善这些问题。提出了一种基于神经网络的融合链路预测算法,主要通过神经网络对不同链路预测相似性指标进行融合。该算法使用神经网络对不同相似性指标的数值特征进行学习,同时采用标准粒子群算法对神经网络进行了优化,并通过优化学习后的神经网络模型计算出融合指标。多个真实网络数据集上实验表明,该算法的预测精度明显高于融合之前的各项指标,并且优于现有融合方法的精度。
资源推荐
资源详情
资源评论
2018 年 7 月 Chinese Journal of Network and Information Security July 2018
2018049-1
第 4 卷第 7 期 网络与信息安全学报 Vol.4
No.7
基于神经网络的链路预测算法
潘永昊,于洪涛,刘树新
(国家数字交换系统工程技术研究中心,河南 郑州 450002)
摘 要:针对当前基于网络拓扑结构相似性的链路预测算法普遍存在精确度较低且适应性不强的问题,研究
发现融合算法能够有效改善这些问题。提出了一种基于神经网络的融合链路预测算法,主要通过神经网络对
不同链路预测相似性指标进行融合。该算法使用神经网络对不同相似性指标的数值特征进行学习,同时采用
标准粒子群算法对神经网络进行了优化,并通过优化学习后的神经网络模型计算出融合指标。多个真实网络
数据集上实验表明,该算法的预测精度明显高于融合之前的各项指标,并且优于现有融合方法的精度。
关键词:复杂网络;链路预测;神经网络;BP 算法
中图分类号:TN94; TP3; TP391
文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2018049
Neural network-based link prediction algorithm
PAN Yonghao, YU Hongtao, LIU Shuxin
National Digital Switching System Engineering and Technological R&D Center, Zhengzhou 450002, China
Abstract: To improve the difference existed in the link prediction accuracy and adaptability of different topology
structure similarity based methods, a neural network-based link prediction algorithm, which fused similarity indices by
neural network was proposed. The algorithm uses neural network to study the numerical characteristics of different sim-
ilarity indices, and uses particle swarm optimization to optimize the neural network, and calculates the fusion index by
the optimized neural network model. The experiment on the real network data set shows that the prediction accuracy of
the algorithm is obviously higher than that before the fusion, and the accuracy is better than the existing methods.
Key words: complex network, link prediction, neural network, back propagation algorithm
1 引言
链路预测是复杂网络研究的一个重要部分,
是指通过网络中已知的节点以及结构信息,预测
网络中尚未产生连接的 2 个节点之间产生连接
的可能性
[1]
。这种预测包括对网络中已有但未
被观测到连接的预测,以及网络中未来产生连
接的预测。
链路预测的概念一经提出,就获得了众多
领域的广泛关注,在很多领域得到了实际应用,
如指导生物蛋白质网络构建
[2]
、分析社会网络
结构
[3]
、解决推荐系统中数据稀疏问题
[4]
等。与
此同时,链路预测还具有重要的理论研究意义,
如网络结构与演化的研究
[5-6]
等。经过了多年的研
究和探索,链路预测的算法逐步形成基于相似性
的方法和基于似然估计的方法
[1]
。在链路预测的
收稿日期:2018-05-07;修回日期:2018-06-01
通信作者:潘永昊,panyonghao2016@163.com
基金项目:国家自然科学基金创新研究群体基金资助项目(No.61521003),国家自然科学基金资助项目(No.61601513)
Foundation Items: The Innovative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China (No.61521003), The
N
ational Natural Science Foundation of China (No.61601513)
第 7 期 潘永昊等:基于神经网络的链路预测算法 ·31·
研究过程中,所研究的网络模型,也从最初无权
无向网络,扩展到了含权网络
[7]
、有向网络
[8]
、异
质网络
[9]
,从静态模型发展到了时序模型
[10]
。但
不论模型如何复杂,静态还是时序,都是以无权
无向网络为出发点,其算法也是在无权无向网络
算法思想的基础上不断改进。在无权无向网络的
算法中,也存在一系列矛盾:1) 基于似然估计的
方法最大的问题是计算复杂度高,不适合在规模
较大的网络中应用;2) 基于相似性的方法具有运
算复杂度低的特点,但其运算效果会受到网络结
构的影响,在不同结构特点的网络中,运算效果
不够稳定,不具有顽健性。
针对以上问题,文献[1]中提出了基于不同的
相似性算法进行融合的方法,用以提高链路预测
算法的稳定性和顽健性,同时这种融合方法可以
兼顾基于相似性的链路预测方法运算复杂度低的
优点。本文借鉴这种融合方法
[1]
的思想,提出一
种基于神经网络的链路预测算法(NNLP,neural
network-based link prediction algorithm),对链路
预测相似性指标融合问题进行研究。主要贡献如
下:1) 使用不同的链路预测相似性指标,通过训
练神经网络,实现对不同相似性指标的非线性计
算,得出融合指标;2) 在真实的数据集中进行测
试,并与基准方法进行比较,在不同的真实网络
数据集上都得到了理想的效果,证明本文方法能
够有效提高链路预测的准确性和顽健性。
2 相关工作
文献[1]中介绍了几种基于相似性的链路预
测方法,包括基于局部相似性的方法,如 common
neighbors(CN)
[11]
、adamic-adar(AA)
[12]
、resource
allocation index(RA)
[13]
、preferential attachment
Index(PA)
[14]
,extended resource allocation in-
dex
[15]
,以及基于全局路径相似性的方法,最常用
的是 Katz 指标
[16]
。Liu 等
[17]
在研究中通过增加节
点对之间包含的局部拓扑信息,提出了基于节点间
拓扑加权的相似性链路预测方法。文献[18-19]通过
实验对比了基于相似性的链路预测指标性能,在
不同的实际网络中,不同的结构相似性指标表现
各有优劣,性能差异较大,顽健性较差。文献[20]
研究发现一些算法输出的结果中部分正确结果具
有互补性。同时在文献[1]在展望中提出可以通过
合适的方法,对不同的相似性指标进行融合,使
融合以后的指标能够适应不同的实际网络,表现
出更高的精确度和更好的顽健性。
在融合算法方面,研究者开展过一些相关
研究,但是总体来说相对较少。文献[18]中采用
3 种不同的 OWA(ordered weighted averaging)算
子对 9 种基于局部信息的结构相似性指标进行了
融合。文献[20]非常巧妙地把链路预测问题定义
为了二分类问题,并提出一种基于 Adaboost 的链
路预测算法,借用 Boosting 方法通过错误反馈提
升弱学习算法得到强学习算法的思想,并利用算
法互补性原则选取若干链路预测算法作为弱分类
器,基于 AdaBoost 算法提出并实现了一个新的算
法。文献[21]则提出一种基于 choquet 模糊积分的
链路预测算法,引入数学中模糊测度和模糊积分
的概念,在考虑不同指标的重要性和指标交互作
用的基础上,对指标进行融合。通过已有的相关
研究可以证实,融合结构相似性指标的方法的确
能够提高链路预测的效果,使融合后的算法能够
克服各个单一指标只适用于与其结构特性接近网
络的问题。
3 算法描述
针对任意无向网络 (, )GVE= ,其中,V 为节
点的集合,E 为连边的集合。令
U 为
(1)
2
NN
−
个
节点对组成的全集(
N 为节点的个数)。给定一
种链路预测的方法,为每对没有连边的节点对
x
v 、
y
v 赋予一个分数值
x
y
s
。这个分数值可以理
解为一种接近性,它与两节点的链接概率正相关。
将所有未连接节点对按照该分数值从大到小排
序,排在最前面的节点对相互连接的概率最大。
不同的链路预测算代表对网络不同结构特征的提
取方式,在本文提出的
NNLP 算法中,通过神经
网络对不同的结构特征进行融合计算,使融合计
算结果中能够充分包含多种结构特征。
3.1 训练集说明
对网络中的所有节点,两两组成一个节点对,
2 个节点之间有连边的称为有连边节点对,没有
连边的称为未连边节点对,很显然,未连边节点
2018049-2
剩余8页未读,继续阅读
资源评论
- qq_520699542022-12-16发现一个超赞的资源,赶紧学习起来,大家一起进步,支持!
weixin_38682054
- 粉丝: 4
- 资源: 908
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功