基于结构摘要的模式感知矩阵重排序方法
A Summarization-Based Pattern-Aware Matrix Reordering Approach
-
摘要:研究背景 图可视化是分析和理解复杂网络结构的重要手段,基于矩阵的图可视化方法以其良好的可扩展性和清晰的模式表达在大型图数据分析中具有独特优势。然而,现有研究主要关注于通过优化质量指标(如带宽最小化等)获得单一的最优重排序,容易忽略其他潜在的结构模式,导致模式呈现不全面,影响分析效果。如何在矩阵可视化中同时突出多种类型的结构模式,成为当前研究中的一个关键难题。目的 本研究旨在提出一种面向模式的图矩阵重排序方法,能够在保留整体图结构的同时,突出不同类型的局部结构模式。研究的目标在于突破现有方法仅能强化单一模式的限制,提升基于矩阵的图可视化在多模式分析中的适用性和可解释性。方法 本文提出了一种基于结构摘要的两阶段矩阵重排序框架。首先,设计了基于最小描述长度(MDL)准则的模式感知图摘要算法,识别图中的clique、star、chain等典型模式。其次,提出了自顶向下的粗到细重排序策略,结合摘要结果优化矩阵排列,提升模式可见性。该方法兼顾了多模式的保留与全局顺序的优化。结果 在17个公开数据集上的实验结果表明,所提方法相比4种主流基线方法(如MinLA, MinBW等),在同时突出多种模式类型方面具有明显优势,平均提升约12.7%的模式识别覆盖率。此外,在用户研究中,使用本文方法后,用户分析准确率提高了18%,主观评价得分提高了15%。多次重复实验显示该方法具有良好的稳定性。对于结构极度混杂或者存在大量噪声的图,本方法仍有进一步优化空间。结论 本文提出的基于结构摘要的模式感知矩阵重排序方法有效解决了现有方法难以同时保留多种图结构模式的难题。研究结果表明,该方法在不同数据集上均取得了优异的性能,并具有较好的稳定性和可解释性。该方法为图模式分析和矩阵可视化提供了新的技术路径。未来工作将进一步研究提高噪声图和重叠模式图上的鲁棒性,并探索与深度学习技术的结合潜力。Abstract: Matrix-based graph visualization is effective in revealing relationships among entities in graphs. The visibility of structural patterns depends on the ordering of rows/columns in matrices. Most existing approaches mainly settle on an ideal ordering according to quality metrics, which emphasize certain types of patterns but ignore others. This paper proposes a summarization-based pattern-aware reordering approach to highlight multiple patterns simultaneously. First, the pattern-aware graph summarization utilizes the Minimum Description Length (MDL) technique to identify various types of patterns from the input graph. Second, we propose a coarse-to-fine reordering mechanism to generate matrix-based visualizations that maintain the structure of all identified patterns. Experimental results of two comparative studies and a user study on several datasets demonstrate that our approach simultaneously highlights more types of patterns than other approaches and performs well across multiple quality metrics.
下载: