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Cucuringu, Li, Sun & Zanetti (AISTATS 2020) — Hermitian Matrices for Clustering Directed Graphs

大白话:这篇论文给出对有向图做聚类的 Hermitian 邻接矩阵做法,把「两个簇之间的边流量是否对称」变成一个可以直接最小化的目标,代价是一次特征分解加 k-means。

作者:Mihai Cucuringu(Oxford / Alan Turing Institute)、He Li(Oxford / Alan Turing)、He Sun(Edinburgh)、Luca Zanetti(Oxford / Alan Turing)。

发表于:AISTATS 2020(PMLR 108)。

贡献

提出用 Hermitian 邻接矩阵 (Hermitian adjacency) 给有向图做聚类的方法: \tilde A = i(A - A^\top) 它是斜对称的(i \cdot 反对称矩阵),因此是 Hermitian 的,且特征值为实数。取 \tilde A 的前 k(或 \lceil k/2 \rceil)个特征向量,投影到 \mathbb{C}^p,再做 k-means。

该算法直接优化一个成对流量不平衡目标 \sum_{a < b} |\text{Cut}(C_a, C_b) - \text{Cut}(C_b, C_a)| —— 即聚类使得任意两个簇之间的边流强烈不对称。

理论保证:在有向随机块模型 (Directed Stochastic Block Model, DSBM) 设定下,只要信噪比条件合适,算法能正确还原聚类。

对本 wiki 的意义

这是 Hermitian 聚类家族中的标准算法:

论文 数学形式 目标函数 时间复杂度 保证
Cucuringu 2020(本文) i(A-A^\top) Hermitian 邻接矩阵 成对流量不平衡 O(kp^2) DSBM
Laenen-Sun 2020(NeurIPS) 带相位因子的 Hermitian 拉普拉斯矩阵 链式流量比 \tilde O(m) 一般有向图
Bennett 2022(ML) Hermitian 邻接矩阵 + RW 归一化 成对流量不平衡 O(p^2TL + kp^2) 实证(美股)

entities/He Sun 是 Cucuringu 2020 与 Laenen-Sun 2020 共同的方法主线。entities/Mihai Cucuringu 则是 Cucuringu 2020、Bennett 2022(领先-滞后应用)与 SPONGE 之间的共同作者。

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