Myślę, że w przypadku większości rzeczy bardziej produktywne jest spojrzenie na Laplaciana z wykresu , który jest ściśle związany z macierzą przylegania. Tutaj możesz go użyć, aby powiązać drugą wartość własną z właściwością „lokalnego vs globalnego” wykresu.G
Dla uproszczenia załóżmy, że jest -regular. Wtedy znormalizowanym Laplacianem z jest , gdzie to tożsamość , a to macierz przylegania. Zaletą Laplaciana jest to, że pisząc wektory jako funkcje jak @dkaeae, i używając dla zwykłego produktu wewnętrznego, mamy to bardzo miłe wyrażenie dla formy kwadratowej podanej przez :
GdGL=I−1dAIn×nAf:V→R⟨⋅,⋅⟩L⟨f,Lf⟩=1d∑(u,v)∈E(f(u)−f(v))2.
Największa wartość własna wynosi i odpowiada najmniejszej wartości własnej , która wynosi ; druga największa wartość własna z odpowiada drugiej najmniejszej wartości własnej , czyli . Zgodnie z zasadą min-max mamyAdL0λ2AL1−λ2d
1−λ2d=min{⟨f,Lf⟩⟨f,f⟩:∑v∈Vf(v)=0,f≠0}.
Zauważ, że nie zmienia się, gdy przesuwamy o tę samą stałą dla każdego wierzchołka. Tak więc, dla każdej , możesz zdefiniować funkcję „wyśrodkowaną” przez i pisz⟨f,Lf⟩ff:V→Rf0f0(u)=f(u)−1n∑v∈Vf(v)
1−λ2d=min{⟨f,Lf⟩⟨f0,f0⟩:f not constant}.
Teraz trochę obliczeń pokazuje, że i podstawiając powyższy oraz dzieląc licznik i mianownik przez , mamy⟨f0,f0⟩=1n∑{u,v}∈(V2)(f(u)−f(v))2n2
1−λ2d=min⎧⎩⎨⎪⎪2nd∑(u,v)∈E(f(u)−f(v))22n2∑{u,v}∈(V2)(f(u)−f(v))2:f not constant⎫⎭⎬⎪⎪.
Znaczy to, że jeśli miejsce każdy wierzchołek z na prostej w punkcie , a średnia odległość pomiędzy dwoma niezależnymi losowych wierzchołków grafu (mianownik) wynosi co najwyżej razy średnia odległość między punktami końcowymi losowej krawędzi na wykresie (licznik). W tym sensie duża luka widmowa oznacza, że to, co dzieje się na losowej krawędzi (zachowanie lokalne), jest dobrym predyktorem tego, co dzieje się na losowej, nieskorelowanej parze wierzchołków (zachowanie globalne).uGf(u)dd−λ2G