拉普拉斯矩陣

下面是維基百科上的描述:

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In the mathematical field of graph theory, the Laplacian matrix, sometimes called admittance matrix, Kirchhoff matrix or discrete Laplacian, is a matrix representation of a graph. The Laplacian matrix can be used to find many useful properties of a graph. Together with Kirchhoff's theorem, it can be used to calculate the number of spanning trees for a given graph. The sparsest cut of a graph can be approximated through the second smallest eigenvalue of its Laplacian by Cheeger's inequality. It can also be used to construct low dimensional embeddings, which can be useful for a variety of machine learning applications.

大意是說(shuō):在圖算法領(lǐng)域蚊锹,Laplacian matrix 有時(shí)被稱為 admittance matrix, Kirchhoff matrix 或者 discrete Laplacian瞳筏,它是 graph 的一種矩陣表示。Laplacian matrix 常常被用來(lái)尋找一些有用的圖(graph)屬性牡昆。結(jié)合基爾霍夫積分定理(Kirchhoff's theorem)姚炕,它常常被用來(lái)計(jì)算一個(gè)給定圖的生成樹(shù)(spanning trees) 的數(shù)目。圖的 sparsest cut 可以通過(guò) Cheeger's inequality 的拉普拉斯矩陣的第二小的特征值來(lái)近似丢烘。


Laplacian matrix for simple graphs

給定的一個(gè)有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單圖(simple graph) , Laplacian matrix L_{n\times n} 被定義為:L = D - A
這里 D 是一個(gè) 度矩陣(degree matrix), A 是一個(gè)鄰接矩陣(adjacency matrix). 由于 G 是一個(gè)簡(jiǎn)單圖柱宦,所以,A 中的元素僅僅可能是 01播瞳,且其對(duì)角元素全為 0. 對(duì)于 有向圖(directed graphs), 將會(huì)使用 indegree 和 outdegree . 這樣掸刊,L 中的每個(gè)元素是

L_{i,j} := \begin{cases} deg(v_i) &\text{if $i = j$}\\ -1 &\text{if $i \neq j$ and $v_i$ is adjacent to $v_j$}\\ 0 &\text{otherwise} \end{cases}

deg(v_i) 表示節(jié)點(diǎn) i 的度。

Symmetric normalized Laplacian

拉普拉斯矩陣的對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)化:

L^{sym} := D^{-\frac{1}{2}} L D^{-\frac{1}{2}} = I - D^{-\frac{1}{2}} A D^{-\frac{1}{2}}

L^{sym}_{i,j} := \begin{cases} 1 &\text{if $i = j$ and $deg(v_i) \neq 0$}\\ -\frac{1}{\sqrt{deg(v_i)deg(v_j)}}&\text{if $i \neq j$ and $v_i$ is adjacent to $v_j$}\\ 0 &\text{otherwise} \end{cases}

Random walk normalized Laplacian

random-walk normalized Laplacian matrix :

L^{rw} := D^{-1}L = I - D^{-1}A

L^{sym}_{i,j} := \begin{cases} 1 &\text{if $i = j$ and $deg(v_i) \neq 0$}\\ -\frac{1}{deg(v_i)}&\text{if $i \neq j$ and $v_i$ is adjacent to $v_j$}\\ 0 &\text{otherwise} \end{cases}

更多參考 : Laplacian matrix

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