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(1)Markov矩阵:如果n阶实矩阵(每行元素之和均为一的非负矩阵),就称A是一个Markov矩阵;
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(2)随机矩阵:如果A和AT都是Markov矩阵,则称A是一个随机矩阵。
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有了上述的两个概念之后,Google矩阵的定义如下。
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Google矩阵:如果n阶实矩阵满足:
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其中0≤c≤1,c的经验值为0.85≤c≤0.99;B是一个Markov矩阵,e是一个所有元素均为1的列向量,v是一个概率分布向量,即所有元素非负,且相加和为1,v被Google称作个性化向量,它的选取方案Google是不公开的;A是一个Google矩阵。
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注意:Google矩阵的创始人Brin和Page在测试Google矩阵时,选取的是c=0.85和v的所有元素均为。
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Google矩阵的解释:这里的B相当于网络页面的邻接矩阵,若页面i向页面j有链接,则bij=1;否则bij=0。再将每行除以它们的链接数,使得每行的行和为1(全概率)。而c的引入可以理解为:由于现实网络并不都是强连通的,故从每个页面出发,通过正向链接而到达新页面的概率是c,而通过键入新地址到达新页面的概率是1-c(c又被称作阻尼系数)。
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由于Google矩阵的特殊性,它有许多特殊的性质:
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(1)Google矩阵的特征值λ满足0≤|λ|≤1;
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(2)Google矩阵的最大特征值λ1为1(当A为正矩阵时,最大特征值为单根);
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(3)设λ2为A的第二特征值,即λ2是A的第二大的特征值,则|λ2|≤c。
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下面我们将证明Google矩阵的上述性质。
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性质1:Google矩阵的特征值λ满足0≤|λ|≤1。
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在此我们先引入Gerschgorin圆盘定理。
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设矩阵,则A的任一特征值λi满足如下关系:
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其中,称为AA的行盖尔圆;而,通常称为盖尔圆的半径;在这里称作行盖尔区域。
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由于A和AT的特征值相同,故我们可设AT的第i行元素为,则:
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