The identification of the set of k most central nodes of a graph, or centrality maximization, is a key task in network analysis, with various applications ranging from finding communities in social and biological networks to understanding which seed nodes are important to diffuse information in a graph. As the exact computation of centrality measures does not scale to modern-sized networks, the most practical solution is to resort to rigorous, but efficiently computable, randomized approximations. In this work we present CentRA, the first algorithm based on progressive sampling to compute high-quality approximations of the set of k most central nodes. CentRA is based on a novel approach to efficiently estimate Monte Carlo Rademacher Averages, a powerful tool from statistical learning theory to compute sharp data-dependent approximation bounds. Then, we study the sample complexity of centrality maximization using the VC-dimension, a key concept from statistical learning theory. We show that the number of random samples required to compute high-quality approximations scales with finer characteristics of the graph, such as its vertex diameter, or of the centrality of interest, significantly improving looser bounds derived from standard techniques. We apply CentRA to analyze large real-world networks, showing that it significantly outperforms the state-of-the-art approximation algorithm in terms of number of samples, running times, and accuracy.


翻译:识别图中k个最中心节点的集合,即中心性最大化,是网络分析中的关键任务,具有从发现社交和生物网络中的社区到了解哪些种子节点对图中信息扩散至关重要等多种应用。由于中心性度量的精确计算无法扩展到现代规模网络,最实用的解决方案是采用严谨但可高效计算的随机近似方法。本文提出CentRA,这是首个基于渐进采样以计算k个最中心节点集合的高质量近似值的算法。CentRA基于一种高效估计蒙特卡洛Rademacher平均的新方法,这是统计学习理论中用于计算精确数据依赖近似界的强大工具。随后,我们利用统计学习理论的关键概念VC维研究了中心性最大化的样本复杂度。研究表明,计算高质量近似值所需的随机样本数量与图的更精细特征(如顶点直径)或所关注的中心性指标成比例,显著改进了标准技术推导出的宽松界限。我们将CentRA应用于分析大型真实世界网络,结果表明其在样本数量、运行时间和准确性方面均显著优于最先进的近似算法。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月28日
VIP会员
最新内容
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
6+阅读 · 7月28日
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
5+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
9+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
12+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
10+阅读 · 7月26日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员