Many complex networks in real world can be formulated as hypergraphs where community detection has been widely used. However, the fundamental question of whether communities exist or not in an observed hypergraph still remains unresolved. The aim of the present paper is to tackle this important problem. Specifically, we study when a hypergraph with community structure can be successfully distinguished from its Erd\"{o}s-Renyi counterpart, and propose concrete test statistics based on hypergraph cycles when the models are distinguishable. Our contributions are summarized as follows. For uniform hypergraphs, we show that successful testing is always impossible when average degree tends to zero, might be possible when average degree is bounded, and is possible when average degree is growing. We obtain asymptotic distributions of the proposed test statistics and analyze their power. Our results for growing degree case are further extended to nonuniform hypergraphs in which a new test involving both edge and hyperedge information is proposed. The novel aspect of our new test is that it is provably more powerful than the classic test involving only edge information. Simulation and real data analysis support our theoretical findings. The proofs rely on Janson's contiguity theory (\cite{J95}) and a high-moments driven asymptotic normality result by Gao and Wormald (\cite{GWALD}).


翻译:在现实世界中,许多复杂的网络可以被发展成高光谱,社区探测被广泛使用。然而,社区是否存在于观测到的高光谱中的基本问题仍未解决。本文件的目的是解决这一重要问题。具体地说,当社区结构的超光谱能够成功地区别于Erd\"{o}s-Renyi对等方时,我们研究社区结构的高光谱能够成功地区别于其Erd\"{o}{o}/s-Renyi对应方,并在模型可以区分的情况下,根据高光谱周期提出具体的测试统计数据。我们的贡献摘要如下。对于统一的高光谱,我们表明在平均程度趋向为零时成功测试总是不可能,在平均程度受约束时可能是可能的,在平均程度增加时是可能的。我们获得拟议测试统计数据的无光度分布,并分析其力量。我们不断增长的测试结果被进一步扩展为非统一的高光谱。我们新测试的新方面是,它比仅涉及边缘信息的经典测试更有说服力。模拟和真实的数据分析可能支持我们的理论发现。我们得到的理论依据的是,即以恒光学和正定的理论(以恒定结果)和正统)作为依据。

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