[发明专利]一种基于双曲几何空间的结构洞节点搜索方法

说明书

本发明提供了一种基于双曲几何空间的结构洞节点搜索方法。本发明将复杂网络邻接矩阵通过庞加莱圆盘模型计算，得到双曲空间中复杂网络的每个节点的径坐标以及相对角坐标；使双曲空间中复杂网络的每个节点按照角坐标大小依次排列，然后设置节点间隙初始值，比较该值与相邻节点之间的角坐标差值大小，若小于则采用插空法将对应的相邻节点隔开，划分进不同节点簇，计算此时的模块度；增加节点间隙初始值，直至所划分出的不同节点簇的模块度收敛；计算双曲空间中结构洞节点的角坐标范围，将该范围内二步连接性大于等于1的节点输出并计算其平均连接强度。本发明的方法实现结构洞节点的快速搜索，减少计算复杂度，提高对大规模社会网络的分析效率。

技术领域

本发明涉及数据挖掘和复杂网络分析技术领域，具体涉及一种结构洞节点的几何快速搜索方法。

背景技术

近年来，随着大数据技术的快速发展，互联网与人类活动已经产生了密不可分的联系。如今的物联网技术使得万物互通互联，人们日常生活的相关信息都被记录在电子设备上，进而上传到网络端供技术人员进行改进设计，最终优化的产品又能够更好地服务于人。这表明人类活动与网络已经产生了密不可分的联系。

在网络结构的研究中，有一类节点对网络的传播及演化起到至关重要的作用，被称为结构洞节点。这类节点从结构上来看，是连接不同节点簇结构的桥梁；从信息传播的角度来看，这类节点是信息传递过程的最高效中介节点。在交通运输领域，乘客的出行网络数据经过分析与处理后，能够作为改进交通管理方案的重要组成部分，而结构洞节点在路网中代表着主要拥堵点，是十分重要的网络结构。对于不同地区的进出口贸易网络，结构洞节点在经济网络中扮演着中介的关键作用，为政府相关部门分析贸易逆差，并及时调整相关经济政策，最终得以寻求最大化发展提供了重要数据分析指标支持。在电子商务的推荐系统中，结构洞节点连接着不同兴趣点的用户，如果能够找到这些结构洞节点并以此来改进推荐算法，能够为用户提供更为准确且泛化的推荐条目。

目前，较常用的结构洞节点探测方法都是构造一种计算指标对网络中所有节点进行排序，经过对比后得出。这类方法需要对全局网络进行遍历，往往计算复杂度较高，如PageRank算法、介数中心性等。

本发明申请人在实施本发明的过程中，发现现有技术中至少存在如下技术问题：使用某些算法将复杂网络中所有节点进行排序，虽然可以起到找出结构洞节点的效果，但是这类方法的思路是遍历整个网络的节点，且随着网络规模的增大，这类方法的计算复杂度极高，将造成分析效率低下，尤其不利于进行后续的短时预测分析；此外，目前一些常见的结构洞搜索方法都只聚焦于节点本身，忽略了节点所连接的节点簇是否不同这一本质特征，这样容易影响结构洞节点的搜索准确度，即找出来的相当一部分节点在结构上并非真正起桥接作用的节点。

由上可知，现有技术的方法由于计算复杂度高而存在效率低下，以及忽略了节点簇结构而带来的搜索准确度不高的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于双曲几何空间的结构洞节点搜索方法，用以解决现有技术方法由于需要对整体网络节点进行排序而存在的计算复杂度较大和计算准确度较低的问题。

本发明的技术方案为一种基于双曲几何空间的结构洞节点搜索方法，其特征包括：

步骤1：构建复杂网络；

步骤2：将复杂网络的邻接矩阵通过扩展的庞加莱圆盘模型计算，从而得到双曲空间中复杂网络的每个节点的径坐标、双曲空间中复杂网络节点之间的角坐标差值，然后选任意一个节点的角坐标作为零点坐标，根据角坐标差值计算其他节点的角坐标；

步骤3：使双曲空间中复杂网络的每个节点按照角坐标大小依次排列，然后设置节点间隙初始值，比较该值与相邻节点之间的角坐标差值大小，如果双曲空间中复杂网络节点之间的角坐标差值大于所设置的间隙值初始值，则采用插空法将双曲空间中复杂网络节点之间的角坐标差值对应的相邻节点隔开，划分进不同的节点簇，最后计算该节点间隙初始值下节点簇划分的模块度值；