初識隨機游走


一、隨機游走簡介

  隨機游走(Random Walk)又稱隨機游動或隨機漫步。在我們生活中處處都存在着與Random Walk有關的自然現象,例如氣體分子的運動,滴入水中的墨水,氣味的擴散等(如圖1.4)。Random Walk是擴散過程的基礎,因此它被廣泛地用於對物理和化學等擴散現象的模擬上。 

 

 

  此外,Random Walk又是設計隨機算法的一個非常廣泛的工具,其中一個典型的例子就是 “馬爾可夫鏈蒙特卡羅”法(MCMC)[14] [15]。MCMC是解決近似計算問題一種重要方法,它能以比確定性算法快指數級的速度提供解決問題的最好隨機方法,目前已經被廣泛地應用在統計領域。 

二、圖上的隨機游走

  圖上的 Random  Walk 是指給定一個圖和一個出發點,隨機地選擇一個鄰居結點,移動到鄰居結點上,然后把當前結點作為出發點,重復以上過程。那些被隨機選出的結點序列就構成了一個在圖上的Random Walk過程,如下圖所示。

  早期的搜索引擎例如Yahoo!使用的是關鍵詞匹配技術,其性能容易受到關鍵詞頻率的欺騙,所以搜索效果不是很好。但是到1998年Jon Kleinberg 提出了HITS[17]算法,以及Sergey Brin  和 Larry Page 提出了 PageRank[18]算法之后,搜索的正確率就得到了巨大的改觀,其原因就是這兩種技術都建立在共同理論支柱就是圖上的 Random  Walk上。

  Random  Walk 是隨機過程(Stochastic  Process)的一個重要組成部分,通常描述的是最簡單的一維 Random  Walk 過程。下面給出一個例子來說明:考慮在數軸原點處有一只螞蟻,它從當前位置(記為x(t) )出發,在下一個時刻( x(t+1))以 的概率向前走一步(即 x(t+1)= x(t)+1),或者以 的概率向后走一步(即 x(t+1)= x(t)-1),這樣螞蟻每個時刻到達的點序列 就構成一個一維隨機游走過程。

  本質上 Random  Walk 是一種隨機化的方法,在實際上生活中,例如醉漢行走的軌跡、花粉的布朗運動、證券的漲跌等都與 Random  Walk 有密不可分的關系。Random Walk已經被成功地應用到數學,物理,化學,經濟等各種領域。當前研究者們已經開始將 Random  Walk 應用到信息檢索、圖像分割等領域,並且取得了一定的成果,其中一個突出的例子就是 Brin 和 Page 利用基於 Random Walk 的 PageRank 技術創建了 Google 公司。

三、相關理論

  馬爾科夫鏈:t+1時刻的狀態只與t時刻有關,也就是只與上一步狀態有關,如果從i到j的轉移概率與時間無關稱為齊時馬爾科夫鏈,否則稱為非齊時馬爾科夫鏈。

  隨機游走與譜圖理論,圖上的拉普拉斯算子和格林算子。

  我想着如何用RW來擴展信任網絡。


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