A fundamental problem in mathematics and network analysis is to find conditions under which a graph can be partitioned into smaller pieces. The most important tool for this partitioning is the Fiedler vector or discrete Cheeger inequality. These results relate the graph spectrum (eigenvalues of the normalized adjacency matrix) to the ability to break a graph into two pieces, with few edge deletions. An entire subfield of mathematics, called spectral graph theory, has emerged from these results. Yet these results do not say anything about the rich community structure exhibited by real-world networks, which typically have a significant fraction of edges contained in numerous densely clustered blocks. Inspired by the properties of real-world networks, we discover a new spectral condition that relates eigenvalue powers to a network decomposition into densely clustered blocks. We call this the \emph{spectral triadic decomposition}. Our relationship exactly predicts the existence of community structure, as commonly seen in real networked data. Our proof provides an efficient algorithm to produce the spectral triadic decomposition. We observe on numerous social, coauthorship, and citation network datasets that these decompositions have significant correlation with semantically meaningful communities.


翻译:在数学和网络分析中,一个根本的问题是找到一个图形可以分割成小块的条件。对于这种分区来说,最重要的工具是Fiedler矢量或离散的Cheeger不平等性。这些结果将图形频谱(正常相邻矩阵的等值)与将图形破碎成两块的能力联系起来,只有很少的边缘删除。从这些结果中产生了整个数学子领域,称为光谱图理论。然而,这些结果并没有提到真实世界网络所展示的丰富社区结构的任何内容,这些网络通常包含大量密集聚居区块的边缘。在现实世界网络的特性的启发下,我们发现了一种新的光谱条件,将电子值能量与网络分解成密集的区块联系起来。我们称之为 \ emph{ 光谱三角方位 。 我们的关系准确地预测了社区结构的存在,这是在真实网络数据中常见的。 我们的证据提供了一种高效的算法,可以产生光谱三角分解位置。我们观察了无数的社会、 共产、 以及这些网络的分层数据位置。

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