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Lévy Flights for Graph Based Semi-Supervised Classification

Authors :
Esteban Bautista
Sarah de Nigris
Patrice Abry
Konstantin Avrachenkov
Paulo Gonçalves
Dynamic Networks : Temporal and Structural Capture Approach (DANTE)
Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut Rhône-Alpin des systèmes complexes (IXXI)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon
Network Engineering and Operations (NEO )
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rhône-Alpin des systèmes complexes (IXXI)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
HAL, 26th colloquium GRETSI, 26th colloquium GRETSI, Sep 2017, Juan-Les-Pins, France

Abstract

National audience; Classification through Graph-based semi-supervised learning algorithms can be viewed as a diffusion process with restart on the labels. In this work, we exploit this equivalence to introduce a novel algorithm which relies on the formulation of a non-local diffusion process, fueled by the γ-th power of the standard Laplacian matrix Lγ, with 0 < γ < 1. This approach allows to jump in one step between far apart nodes and such long-range transitions, called Lévy Flights, entail a wider exploration of the graph. In the present contribution, we embed such mechanism in graph based semi-supervised algorithms to improve the classification outcome, even in settings traditionally poorly performing such as unbalanced classes, and we derive a theoretical rule for classification decision.

Details

Database :
OpenAIRE
Journal :
HAL, 26th colloquium GRETSI, 26th colloquium GRETSI, Sep 2017, Juan-Les-Pins, France
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..16dfd7953dc6da7db2cd118643510482