基于直接高階注意力和多尺度路由的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全 6期
楊廣乾,李金龍
(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥230026)
摘要: 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的注意力機(jī)制在處理圖結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。傳統(tǒng)的圖注意力計(jì)算直接連接的節(jié)點(diǎn)之間的注意力,并通過堆疊層數(shù)隱式獲取高階信息。盡管在圖注意力機(jī)制方面目前已有廣泛的研究,但用于注意力計(jì)算的堆疊范式在建模遠(yuǎn)程依賴方面效果較差。為了提高表達(dá)能力,設(shè)計(jì)了一種新穎的直接注意力機(jī)制,這一機(jī)制通過K階鄰接矩陣直接計(jì)算高階鄰居之間的注意力。通過自適應(yīng)路由聚合過程進(jìn)一步傳播高階信息,這使得聚合過程更靈活地適應(yīng)不同圖的特性。在引文網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)分類任務(wù)上進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,該方法優(yōu)于最先進(jìn)的基線模型。
中圖分類號(hào): TP391
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.011
引用格式: 楊廣乾,李金龍. 基于直接高階注意力和多尺度路由的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,2022,41(6):64-72.
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.011
引用格式: 楊廣乾,李金龍. 基于直接高階注意力和多尺度路由的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,2022,41(6):64-72.
Direct high-order attention and multi-scale routing for graph neural networks
Yang Guangqian,Li Jinlong
(School of Computer Science and Technology,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)
Abstract: Recently, the attention mechanism in Graph Neural Networks shows excellent performance in processing graph structured data. Traditional graph attention calculates the attention between directly connected nodes, and implicitly gets high-order information by stacking layers. Despite the extensive research about the graph attention mechanism, we argue that the stacking paradigm for attention calculation is less effective in modeling long-range dependency. To improve the expression ability, we design a novel direct attention mechanism, which directly calculates attention between higher-order neighbors via K-power adjacency matrix. We further propagate the higher-order information with an adaptive routing aggregation process, which makes the aggregation more flexible to adjust to the property of different graphs. We perform extensive experiments on node classifications on citation networks. Experiments shows that our method consistently outperforms the state-of-the-art baselines, which validates the effectiveness of our method.
Key words : graph neural networks;attention;dynamic routing
0 引言
圖結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)廣泛存在于現(xiàn)實(shí)世界中,圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GNN)已被證明可以有效地學(xué)習(xí)圖結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)背后的知識(shí)[1-2]。圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于傳播機(jī)制,通過聚合圖中節(jié)點(diǎn)的鄰居信息來學(xué)習(xí)潛在表示,可以用于下游任務(wù),例如節(jié)點(diǎn)分類[2-3]、圖分類[4-5]、連接預(yù)測(cè)等。
受自然語言處理和計(jì)算機(jī)視覺中注意力機(jī)制的啟發(fā),研究人員也開始探索圖結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)中的注意力機(jī)制。最廣泛使用的注意力機(jī)制是圖注意力網(wǎng)絡(luò),它已被證明具有出色的性能。圖注意力在消息傳遞過程中計(jì)算每對(duì)鄰居的注意力分?jǐn)?shù),以衡量節(jié)點(diǎn)的重要性,使得圖中的歸納學(xué)習(xí)成為可能?;谶@項(xiàng)工作,后續(xù)工作[9-11]又進(jìn)行了許多對(duì)圖注意力的研究。
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作者信息:
楊廣乾,李金龍
(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥230026)
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