Analyzing modularity maximization in approximation, heuristic, and graph neural network algorithms for community detection
Notice bibliographique
Résumé
Community detection, which involves partitioning nodes within a network, has widespread applications across computational sciences. Modularity-based algorithms identify communities by attempting to maximize the modularity function across network node partitions. Our study assesses the performance of various modularity-based algorithms in obtaining optimal partitions. Our analysis utilizes 104 networks, including both real-world instances from diverse contexts and modular graphs from two families of synthetic benchmarks. We analyze ten inexact modularity-based algorithms against the exact integer programming baseline that globally optimizes modularity. Our comparative analysis includes eight heuristics, two variants of a graph neural network algorithm, and nine variations of the Bayan approximation algorithm. Our findings reveal that the average modularity-based heuristic yields optimal partitions in only 43.9% of the 104 networks analyzed. Graph neural networks and approximate Bayan, on average, achieve optimality on 68.7% and 82.3% of the networks respectively. Additionally, our analysis of three partition similarity metrics exposes substantial dissimilarities between high-modularity sub-optimal partitions and any optimal partition of the networks. We observe that near-optimal partitions are often disproportionately dissimilar to any optimal partition. Taken together, our analysis points to a crucial limitation of the commonly used modularity-based methods: they rarely produce an optimal partition or a partition resembling an optimal partition even on networks with modular structures. If modularity is to be used for detecting communities, we recommend approximate optimization algorithms for a methodologically sound usage of modularity within its applicability limits. This article is an extended version of an ICCS 2023 conference paper (Aref et al., 2023).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,006 | 0,034 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».