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Google 的秘密- PageRank

来源:互联网 作者:west263.com 时间:2008-02-22
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Octave 的输出中,特性值被表示为对角行列 D 的对角成分,各个特性值相对应的固有矢量被表示为行列 V 对应列的列矢量。也就是说 M * V = D * M 成立。 如果包含复数特性值的话这里的特性值有7个,其中绝对价值最大的特性值 λ 是λ=1。与之相对应的固有矢量为实矢量:

EigenVector = 

 0.69946 

 0.38286 

 0.32396 

 0.24297 

 0.41231 

 0.10308 

 0.13989

即行列 V 的第1列。请注意,这个求得的固有矢量中概率矢量(要素的和等于1的 N 次元非负矢量)没有被标准化,只是矢量的「大小」等于 1。 用算式来表达就是,Σpi ≠1 ,Σ(pi)2=1。 在这里,对概率矢量进行标准化

PageRank =

 0.303514 

 0.166134 

 0.140575 

 0.105431 

 0.178914 

 0.044728 

 0.060703

PageRank 就是排位了。 注意,全部相加的和为 1。 计算只用了0.064秒。

求得的 PageRank 的评价

将 PageRank 的评价按顺序排列 (PageRank 小数点3位四舍五入)。

名次 PageRank   文件ID    发出链接ID  被链接ID

  1     0.304     1       2,3,4,5,7   2,3,5,6

  2     0.179     5       1,3,4,6     1,4,6,7

  3     0.166     2       1           1,3,4

  4     0.141     3       1,2         1,4,5

  5     0.105     4       2,3,5       1,5

  6     0.061     7       5           1

  7     0.045     6       1,5         5

首先应该关注的是,PageRank 的名次和反向链接的数目是基本一致的。无论链接多少正向链接都几乎不会影响 PageRank,相反地有多少反向链接却是从根本上决定 PageRank 的大小。但是,仅仅这些并不能说明第1位和第2位之间的显著差别(同样地、第3位和第4位,第6位和第7位之间的差别)。总之,绝妙之处在于 PageRank 并不只是通过反向链接数来决定的。

让我们详细地看一下。ID=1 的文件的 PageRank 是0.304,占据全体的三分之一,成为了第1位。特别需要说明的是,起到相当大效果的是从排在第3位的 ID=2 页面中得到了所有的 PageRank(0.166)数。ID=2页面有从3个地方过来的反向链接,而只有面向 ID=1页面的一个链接,因此(面向ID=1页面的)链接就得到了所有的 PageRank 数。不过,就因为 ID=1页面是正向链接反向链接最多的页面,也可以理解它是最受欢迎的页面吧。

反过来,最后一名的 ID=6 页面只有 ID=1 的15%的微弱评价,这可以理解为是因为没有来自 PageRank 很高的 ID=1 的链接而使其有很大地影响。 总之,即使有同样的反向链接的数目,链接源页面评价的高低也影响 PageRank 的高低。

表示页面互相的链接关系的推移图(加入了PageRank)

实际地试着计算一下PageRank的收支。因为λ=1所以计算很简单,只要将自各页的流入量单纯相加即可。譬如 ID=1 的流入量为,

流入量=(ID=2发出的Rank) (ID=3发出的Rank) (ID=5发出的Rank) (ID=6发出的Rank)

    = 0.166 0.141/2 0.179/4 0.045/2

    = 0.30375

在误差范围内PageRank的收支相符合。其他页面ID的情况也一样。以上的 PageRank 推移图正表示了这个收支。沿着各自的链接发出的PageRank等于此页面原有的PageRank除以发出链接数的值,而且和各自的页面的PageRank收支相平衡。

不过,这样绝妙均衡的本身,对理解线形代数的人来说当然不会是让人惊讶的事情。因为这正是「特性值和固有矢量的性质」,总之这样被选的数值的组就是固有矢量。但即使是这样,实际试着确认一下的话,已经能够很好地使用PageRank的方法来考虑了。

以上就是 PageRank 的基本原理。 Google 做的就是大规模地处理这样的非常特性值问题。

4.实际应用时的问题

PageRank 的基本考虑方法并不是很难的东西。实用效果中的巨大成分并不是复杂离奇的算法,而是进行简单的线性变换,倒不如都属于简明直观的类别吧。但是,实际使用 Web 超级链接构造来计算 PageRank 的话,不是简单地能够用嘴巴来说明的东西。主要的困难主要有二个。一、由来于纯粹假设的数值模型和现实世界的不同;二,在实际数值计算上(专门技术的)困难。

准备:数学用语(主要概率过程)的解说

推移概率行列和概率过程上的马尔可夫过程存在很深的关系。本章先离开与 PageRank 本身的说明,预先说明几个呈现在概率过程上的数学用语。因为会设计相当难的部分,如果不能够理解也可以跳过这里。(也可能是我的说明方法不好) 同时,请注意这里几乎没有证明就直接使用了。详细的解说请阅读教科书。

从有向图表S的状态 i 出发,将有限时间之后再次回复到状态 i 的概率作为 1 时,也就是说,当沿着(有向)图表的方向前进能够回到原来位置的路径存在的时候,i 就被成为「回归」。不能回归的状态被称为「非回归」。从状态 i 出发,当通过有限次数的推移达到状态 j 的概率非负的时候,我们就说「从状态 i 到达状态 j 是可能的」。当反方向也可能到达的时候,我们称「i 和 j 互相可能到达」。从状态 i 不能到达其他任何状态的时候,称 i 为「吸收状态」。

从邻接行列 A 所决定的图表(graph)的任意顶点出发,指向其他任意的顶点图表的路径能够像箭头那样到达时被称为「强联结」( 也被称为「分解不能」)。强联结,等价于从任意状态到任意状态可以互相到达。邻接行列 A 的成分中有很多 0 时,强联结性就会有问题。注意,如果全部成分都为 aij ≠0 的话,则都属于强联结。因为,对应的 马尔可夫链的样本路径表示 S 的任意两点间以正的概率来往通行。

我们可以把全体状态以等价类(或者回归类)来划分。在这里,回归类是指链接所围成的范围。属于一个等价类的状态可以互相到达。从一个类出发以正的概率进入到其他的类的可能性也是存在的。可是很明显,在这种情况下不可能回复到原来的类。不然的话,这两个类就归于等价类了。下图表示了,当 T 作为非回归性的等价类、R 作为回归性等价类时,虽然存在 马尔可夫链 既不来自回归类,也不来自非回归类的情况,但如果一旦来自前两者的话,就不再会回到非回归类中了。

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