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Nonbacktracking spectrum of random graphs: Community detection and nonregular Ramanujan graphs

Authors :
Marc Lelarge
Charles Bordenave
Laurent Massoulié
Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Dynamics of Geometric Networks (DYOGENE)
Département d'informatique de l'École normale supérieure (DI-ENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Microsoft Research - Inria Joint Centre (MSR - INRIA)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Microsoft Research Laboratory Cambridge-Microsoft Corporation [Redmond, Wash.]
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 ( IMT )
Université Toulouse 1 Capitole ( UT1 ) -Université Toulouse - Jean Jaurès ( UT2J ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS )
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-PRES Université de Toulouse-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse )
Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Dynamics of Geometric Networks ( DYOGENE )
Département d'informatique de l'École normale supérieure ( DI-ENS )
École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria )
Thomson Research [Paris]
Technicolor
Source :
Ann. Probab. 46, no. 1 (2018), 1-71, Annals of Probability, Annals of Probability, Institute of Mathematical Statistics, 2018, 46 (1), pp.1-71, Annals of Probability, 2018, 46 (1), pp.1-71
Publication Year :
2018
Publisher :
The Institute of Mathematical Statistics, 2018.

Abstract

International audience; A nonbacktracking walk on a graph is a directed path such that no edge is the inverse of its preceding edge. The nonbacktracking matrix of a graph is indexed by its directed edges and can be used to count nonbacktracking walks of a given length. It has been used recently in the context of community detection and has appeared previously in connection with the Ihara zeta function and in some generalizations of Ramanujan graphs. In this work, we study the largest eigenvalues of the nonbacktracking matrix of the Erdős–Rényi random graph and of the stochastic block model in the regime where the number of edges is proportional to the number of vertices. Our results confirm the “spectral redemption conjecture” in the symmetric case and show that community detection can be made on the basis of the leading eigenvectors above the feasibility threshold.

Details

Language :
English
ISSN :
00911798 and 2168894X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Ann. Probab. 46, no. 1 (2018), 1-71, Annals of Probability, Annals of Probability, Institute of Mathematical Statistics, 2018, 46 (1), pp.1-71, Annals of Probability, 2018, 46 (1), pp.1-71
Accession number :
edsair.doi.dedup.....eec0e1b79894c6dbe905bca812fe4a13