We present a novel method to estimate the dominant eigenvalue and eigenvector pair of any non-negative real matrix via graph infection. The key idea in our technique lies in approximating the solution to the first-order matrix ordinary differential equation (ODE) with the Euler method. Graphs, which can be weighted, directed, and with loops, are first converted to its adjacency matrix A. Then by a naive infection model for graphs, we establish the corresponding first-order matrix ODE, through which A's dominant eigenvalue is revealed by the fastest growing term. When there are multiple dominant eigenvalues of the same magnitude, the classical power iteration method can fail. In contrast, our method can converge to the dominant eigenvalue even when same-magnitude counterparts exist, be it complex or opposite in sign. We conduct several experiments comparing the convergence between our method and power iteration. Our results show clear advantages over power iteration for tree graphs, bipartite graphs, directed graphs with periods, and Markov chains with spider-traps. To our knowledge, this is the first work that estimates dominant eigenvalue and eigenvector pair from the perspective of a dynamical system and matrix ODE. We believe our method can be adopted as an alternative to power iteration, especially for graphs.


翻译:我们提出了一种新颖的方法,通过图感染来估计任何非负实矩阵的主特征值和特征向量对。该方法的核心思想在于利用欧拉法近似求解一阶矩阵常微分方程(ODE)。对于带权、有向且含自环的图,首先将其转换为邻接矩阵A,然后通过一种简单的图感染模型建立相应的一阶矩阵ODE,从中通过最快增长项揭示A的主特征值。当存在多个模长相等的主特征值时,经典的幂迭代法可能失效。相比之下,我们的方法即使存在同模长特征值(无论是复数还是符号相反),也能收敛到主特征值。我们进行了多项实验,比较该方法与幂迭代法的收敛性能。结果表明,在树形图、二分图、周期有向图以及带有陷阱状态的马尔可夫链中,本方法相较于幂迭代法具有明显优势。据我们所知,这是首个从动力系统和矩阵ODE角度估计主特征值-特征值对的工作。我们相信该方法可作为幂迭代法的替代方案,尤其适用于图结构场景。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20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
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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31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
1+阅读 · 2012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 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月2日
Directional Graph Networks
Arxiv
27+阅读 · 2020年12月10日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
12+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
11+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
7+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
21+阅读 · 6月2日
相关VIP内容
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20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
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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31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
1+阅读 · 2012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 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员