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Clustering by Deep Latent Position Model with Graph Convolutional Network

Authors :
Liang, Dingge
Corneli, Marco
Bouveyron, Charles
Latouche, Pierre
Université Côte d'Azur (UCA)
Modèles et algorithmes pour l’intelligence artificielle (MAASAI)
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)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD)
Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Scalable and Pervasive softwARe and Knowledge Systems (Laboratoire I3S - SPARKS)
Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Mathématiques Appliquées Paris 5 (MAP5 - UMR 8145)
Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
ANR-19-P3IA-0002,3IA@cote d'azur,3IA Côte d'Azur(2019)
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

With the significant increase of interactions between individuals through numeric means, clustering of vertices in graphs has become a fundamental approach for analyzing large and complex networks. In this work, we propose the deep latent position model (DeepLPM), an end-to-end generative clustering approach which combines the widely used latent position model (LPM) for network analysis with a graph convolutional network (GCN) encoding strategy. Moreover, an original estimation algorithm is introduced to integrate the explicit optimization of the posterior clustering probabilities via variational inference and the implicit optimization using stochastic gradient descent for graph reconstruction. Numerical experiments on simulated scenarios highlight the ability of DeepLPM to self-penalize the evidence lower bound for selecting the intrinsic dimension of the latent space and the number of clusters, demonstrating its clustering capabilities compared to state-of-the-art methods. Finally, DeepLPM is further applied to an ecclesiastical network in Merovingian Gaul and to a citation network Cora to illustrate the practical interest in exploring large and complex real-world networks.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Accession number :
edsair.od.......165..6ccfbc55f65e3e1b0e1f066b0f451fd3