利用链路预测推断网络演化机制

摘要

直接建立演化模型推测影响网络演化的因素是目前研究网络演化机制的常用方法，但由于可供比较的结构特征量太多，不同的模型之间难以进行定量化的比较．链路预测是指利用网络的结构或者节点的属性信息预测未产生连接的两个节点间产生连接的可能性．其本质是挖掘网络产生连边的原因和驱动力，这同时也是网络演化模型所关心的问题．实际上，一个演化模型原则上都可以对应于一种链路预测的算法．因此，借助链路预测的理论框架和评价方法可以定量化地对不同演化模型所对应的链路预测算法进行评价，从而间接地对演化模型的表现进行定量比较．本文首先介绍基于节点接近性的链路预测方法，然后讨论利用链路预测推测网络演化机制的基本框架．在以中国城市航空网络为例的实证分析中发现，当单独利用结构（共同邻居数目）和节点属性（地理位置、人口、GDP和第三产业产值）作为定义接近性的因素时，基于共同邻居的算法预测准确度最高，暗示网络演化主要受结构因素影响，其次才是外在因素．而将四种基于节点属性的算法与基于结构的算法耦合进行计算时，共同邻居配合第三产业产值效果最好，与偏相关分析和因果分析的结论一致．本文为研究网络演化模型提供了全新的视角和分析工具．