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打破結構孤立:透過社群感知取樣和結構熵實現可擴充套件圖聚類

文章摘要

該論文提出SCISE框架,透過社群感知取樣和約束結構熵解決圖聚類中的結構孤立問題。包括結構熵社群約束運算元(SECC)、社群感知取樣擴充套件(CSampE)和結構對比學習(StructCL)三個模組。在六個基準資料集上,SCISE顯著優於現有方法。

來源arXiv Machine Learning作者: Jingyun Zhang, Hao Peng, Jianxin Li, Angsheng Li, Philip S. Yu
打破結構孤立:透過社群感知取樣和結構熵實現可擴充套件圖聚類
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無監督圖聚類是大規模網路中揭示潛在語義模式的基礎技術。然而,現有基於圖對比學習的方法在迷你批次訓練中常遭遇“結構孤立”問題,即每個批次僅包含區域性子圖,無法捕獲表徵全域性拓撲分佈的緊密社群結構。為解決這一挑戰,來自研究機構的Jingyun Zhang等人提出了SCISE(可擴充套件無監督圖聚類框架),透過協同社群感知取樣與約束結構熵來保持結構完整性。該成果已被資料庫領域頂級國際會議VLDB 2026接收。

SCISE框架由三個核心模組組成。首先,結構熵社群約束運算元(SECC)在約束解空間內最佳化結構資訊,透過最小化結構熵來減輕社群碎片化並增強分割槽凝聚力。結構熵是衡量圖結構不確定性的度量,SECC透過約束解空間確保分割槽結果符合全域性拓撲規律。其次,社群感知取樣擴充套件(CSampE)機制解決了批次訓練中的全域性資訊丟失問題。傳統隨機取樣可能將同一社群的節點分散到不同批次,導致社群結構被破壞。CSampE透過將目標節點的社群上下文納入取樣批次,有效打破結構障礙並保持拓撲完整性。最後,結構對比學習(StructCL)模組基於批次內節點間的結構相似性細化邊權重,引導圖編碼器在高階結構空間中學習表示,從而捕捉深層次的社群模式。

在Cora、Citeseer、Pubmed、DBLP、Amazon Photos和Amazon Computers這六個主流基準資料集上,SCISE在聚類準確率、歸一化互資訊等指標上均顯著超越現有最先進演算法。消融研究證實了每個模組的貢獻:移除SECC後效能平均下降8%,移除CSampE下降12%,移除StructCL下降10%。魯棒性分析顯示,SCISE對噪聲邊和缺失邊具有較好的容忍度,適用於現實世界的大規模圖資料。程式碼和資料集已公開在GitHub上供研究者復現。

SCISE為解決圖聚類中的結構孤立問題提供了全新思路,其社群感知取樣與結構熵約束的結合為處理大規模圖資料提供了可擴充套件的解決方案。未來工作可進一步將SCISE擴充套件到動態圖和多模態圖場景。

展開要點與分析

文章情報

研究者進階

要點

  • SCISE透過SECC最佳化結構資訊,減少社群碎片化並增強分割槽凝聚力。
  • CSampE機制在批次訓練中引入社群上下文,保留全域性拓撲完整性。
  • StructCL模組基於批次內結構相似性細化邊權重,學習高階結構表示。
  • 實驗證明SCISE在六個資料集上均取得最佳效能,且魯棒性強。

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