В настоящее время я работаю над тем, чтобы понять использование границы Чигера и неравенства Чигера и их использование для спектрального разделения, проводимости, расширения и т. Д., Но я все еще изо всех сил пытаюсь понять, что такое второе собственное значение матрицы смежности.
Обычно в теории графов большинство концепций, с которыми мы сталкиваемся, довольно просты для интуитивного понимания, но в этом случае я даже не могу придумать, какой тип графиков будет иметь второе собственное значение, очень низкое или очень высокое.
Я читал подобные вопросы, задаваемые здесь и там в сети SE, но они обычно относятся к собственным значениям в различных областях ( многомерный анализ , евклидовы матрицы расстояний , корреляционные матрицы ...).
Но ничего о спектральном разбиении и теории графов.
Может кто-то попытаться поделиться своей интуицией / опытом этого второго собственного значения в случае графов и матриц смежности?
источник
Ответы:
Второе (по величине) собственное значение управляет скоростью сходимости случайного блуждания на графике. Это объясняется во многих лекционных заметках, например, в лекционных заметках Луки Тревизана . Грубо говоря, расстояние L2 до равномерности после шагов может быть ограничено .t λt2
Другое место, где появляется второе собственное значение, это проблема посаженной клики . Отправной точкой является наблюдение, что случайный граф содержит клику размером , но жадный алгоритм находит только клику размером , и лучший эффективный алгоритм не известен. (Жадный алгоритм просто выбирает случайный узел, отбрасывает всех не соседей и повторяет).G(n,1/2) 2log2n log2n
Это предполагает посадку большой клики на вершине . Вопрос в том, насколько большой должна быть клика, чтобы мы могли ее эффективно найти. Если мы установим клику размером , то мы сможем идентифицировать вершины клики только по их степени; но этот метод работает только для кликов размером . Мы можем улучшить это, используя спектральные методы: если мы установим клику размером , то второй собственный вектор закодирует клику, как показали Алон, Кривелевич и Судаков в классической статье.G(n,1/2) Cnlogn−−−−−√ Ω(nlogn−−−−−√) Cn−−√
В более общем смысле первые несколько собственных векторов полезны для разбиения графа на небольшое количество кластеров. См., Например, главу 3 лекционных заметок Луки Тревизана , в которой описываются неравенства Чигера высшего порядка.
источник
(Отказ от ответственности: Этот ответ касается собственных значений графов в целом, а не второго собственного значения в частности. Я надеюсь, что он, тем не менее, полезен.)
Интересный способ размышления о собственных значениях графаG=(V,E) состоит в том, чтобы взять векторное пространство Rn где n=|V| и отождествление каждого вектора с функцией f:V→R (т. е. маркировка вершины). Собственный вектор матрицы смежности, то есть элемент f∈Rn такое , что существует λ∈R (то есть, собственный) с Af=λf , A является матрицей смежности G . Обратите внимание , что е есть вектор , связанный с картой , который посылает каждую вершину v ∈ V в Е U ∈ N ( v ) F ( U ) , N ( v ) является набор соседей (то есть, вершины , смежные с) у . Следовательно, в этой настройке свойство собственного вектора функции f соответствует свойству, которое суммируется по значениям функции (при f )Af v∈V ∑u∈N(v)f(u) N(v) u f f соседей вершины дает тот же результат, что и умножение значения функции вершины на постоянную λ .
источник
Обратите внимание, что не меняется, когда мы сдвигаем на одну и ту же константу для каждой вершины. Таким образом, эквивалентно, вы можете определить для любого «центрированную» функцию помощью и напишите⟨f,Lf⟩ f f:V→R f0 f0(u)=f(u)−1n∑v∈Vf(v)
Теперь немного вычислений показывает, что , и, подставив вышеприведенное и разделив числитель и знаменатель на , получим⟨f0,f0⟩=1n∑{u,v}∈(V2)(f(u)−f(v))2 n2
Это означает, что если мы поместим каждую вершину из на вещественную линию в точке , то среднее расстояние между двумя независимыми случайными вершинами в графе (знаменателе) будет не больше - среднее расстояние между конечными точками случайного ребра в графе (числитель). Таким образом, в этом смысле большой спектральный разрыв означает, что то, что происходит через случайный край (локальное поведение), является хорошим предиктором того, что происходит через случайную некоррелированную пару вершин (глобальное поведение).u G f(u) dd−λ2 G
источник