To capture inherent geometric features of many community detection problems, we propose to use a new random graph model of communities that we call a \emph{Geometric Block Model}. The geometric block model builds on the \emph{random geometric graphs} (Gilbert, 1961), one of the basic models of random graphs for spatial networks, in the same way that the well-studied stochastic block model builds on the Erd\H{o}s-R\'{en}yi random graphs. It is also a natural extension of random community models inspired by the recent theoretical and practical advancements in community detection. To analyze the geometric block model, we first provide new connectivity results for \emph{random annulus graphs} which are generalizations of random geometric graphs. The connectivity properties of geometric graphs have been studied since their introduction, and analyzing them has been difficult due to correlated edge formation. We then use the connectivity results of random annulus graphs to provide necessary and sufficient conditions for efficient recovery of communities for the geometric block model. We show that a simple triangle-counting algorithm to detect communities in the geometric block model is near-optimal. For this we consider two regimes of graph density. In the regime where the average degree of the graph grows logarithmically with number of vertices, we show that our algorithm performs extremely well, both theoretically and practically. In contrast, the triangle-counting algorithm is far from being optimum for the stochastic block model in the logarithmic degree regime. We also look at the regime where the average degree of the graph grows linearly with the number of vertices $n$, and hence to store the graph one needs $\Theta(n^2)$ memory. We show that our algorithm needs to store only $O(n \log n)$ edges in this regime to recover the latent communities.


翻译:为了捕捉许多社区探测问题的内在几何特征, 我们提议使用一个新的随机社区图形模型, 我们称之为 \ emph{ random 几何图形模型} 。 几何区块模型建在 emph{ random 几何图形 } (Gilbert, 1961) 上, 这是空间网络随机图形的基本模型之一, 其方法与研究的随机随机图形模型建在 ERD\ H{ { o}s- R\ { yi 随机图。 它也是随机社区模型的随机社区模型的自然延伸, 我们称之为社区, 由最近理论和实践的 社区 。 为了分析地理区块模型模型模型, 我们首先提供新的连接结果 emph{random egraphic 图形 。 我们用一个简单的直径直径的直径直线系统系统进行连接性分析, 我们用随机的直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径的直径直径直径直径直径直径直径直径直到直径直径直径方的直径直径直径方位数。 我们用直直直方位直的直的直方形直方形直直直直方位直方位次方位次方, 算, 向右方位次方位次方, 。

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