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圖神經網絡（GNN）已經成為圖表示學習的事實標準，它通過遞歸地聚集圖鄰域的信息來獲得有效的節點表示。盡管 GNN 可以從頭開始訓練，但近來一些研究表明：對 GNN 進行預訓練以學習可用于下游任務的可遷移知識能夠提升 SOTA 性能。但是，傳統的 GNN 預訓練方法遵循以下兩個步驟：

在大量未標注數據上進行預訓練； 在下游標注數據上進行模型微調。 由于這兩個步驟的優化目標不同，因此二者存在很大的差距。

在本文中，我們分析了預訓練和微調之間的差異，并為了緩解這種分歧，我們提出了一種用于GNNs的自監督預訓練策略L2P-GNN。方法的關鍵是L2P-GNN試圖以可轉移的先驗知識的形式學習如何在預訓練過程中進行微調。為了將局部信息和全局信息都編碼到先驗信息中，我們在節點級和圖級設計了一種雙重自適應機制。最后，我們對不同GNN模型的預訓練進行了系統的實證研究，使用了一個蛋白質數據集和一個文獻引用數據集進行了預訓練。實驗結果表明，L2P-GNN能夠學習有效且可轉移的先驗知識，為后續任務提供好的表示信息。我們在//github.com/rootlu/L2P-GNN公開了模型代碼，同時開源了一個大規模圖數據集，可用于GNN預訓練或圖分類等。

總體來說，本文的貢獻如下：

• 首次探索學習預訓練 GNNs，緩解了預訓練與微調目標之間的差異，并為預訓練 GNN 提供了新的研究思路。
• 針對節點與圖級表示，該研究提出完全自監督的 GNN 預訓練策略。
• 針對預訓練 GNN，該研究建立了一個新型大規模書目圖數據，并且在兩個不同領域的數據集上進行了大量實驗。實驗表明，該研究提出的方法顯著優于 SOTA 方法。

論文概述：視頻中的時序關系建模對于行為動作理解（如動作識別和動作分割）至關重要。盡管圖卷積網絡（GCN）在許多任務的關系推理中顯示出令人鼓舞的優勢，但如何在長視頻序列上有效地應用圖卷積網絡仍然是一個挑戰。其主要原因是大量存在的視頻幀節點使GCN難以捕獲和建模視頻中的時序依賴關系。為了解決此問題，本文引入了一個有效的GCN模塊，即膨脹時序圖推理模塊（DTGRM），該模塊旨在對不同時間跨度視頻幀之間的時序關系和相關性進行建模，尤其可以通過構造多級擴張的時序圖來捕獲和建模長跨度的時序關系。此外，為了增強所提出模型的時序推理能力，本文提出了一種輔助的自監督任務，以鼓勵膨脹的時序圖推理模塊找到并糾正視頻中錯誤的時序關系。本模型在三個具有挑戰性的數據集上均優于最新的行動分割模型。

//www.zhuanzhi.ai/paper/c74cd67206e089bc164ab3112b168355

從異步視頻面試(AVI)中的自動語音識別(ASR)轉錄中，我們解決了基于文本特征自動為候選人的能力評分的任務。問題的關鍵在于如何構建問題與答案之間的依賴關系，并對每個問答(QA)對進行語義級交互。然而，目前AVI的研究大多集中在如何更好地表示問題和答案上，而忽視了它們之間的依賴信息和相互作用，而這是QA評估的關鍵。在這項工作中，我們提出了一種層次推理圖神經網絡(HRGNN)用于問答對的自動評估。具體來說，我們構建了一個句子級關系圖神經網絡來捕獲問題和答案之間的句子依賴信息。基于這些圖，我們采用語義級推理圖注意網絡對當前QA會話的交互狀態進行建模。最后，我們提出了一種門控遞歸單元編碼器來表示用于最終預測的時間問答對。在CHNAT(一個真實數據集)上進行的實證結果驗證了我們提出的模型顯著優于基于文本匹配的基準模型。消融研究和10個隨機種子的實驗結果也表明了我們模型的有效性和穩定性。

//www.zhuanzhi.ai/paper/5c766d478e8b7fae79e95f2a09e5bdd1

由于不同道路間交通流時空分布格局具有復雜的空間相關性和動態趨勢，交通流時空數據預測是一項具有挑戰性的任務。現有框架通常利用給定的空間鄰接圖和復雜的機制為空間和時間相關性建模。然而，具有不完全鄰接連接的給定空間圖結構的有限表示可能會限制模型的有效時空依賴學習。此外，現有的方法在解決復雜的時空數據時也束手無策:它們通常利用獨立的模塊來實現時空關聯，或者只使用獨立的組件捕獲局部或全局的異構依賴關系。為了克服這些局限性，本文提出了一種新的時空融合圖神經網絡(STFGNN)用于交通流預測。首先，提出一種數據驅動的“時序圖”生成方法，以彌補空間圖可能無法反映的幾種現有相關性。SFTGNN通過一種新的時空圖融合操作，對不同的時間段進行并行處理，可以有效地學習隱藏的時空依賴關系。同時，該融合圖模塊與一種新的門控卷積模塊集成到一個統一的層中，SFTGNN可以通過層堆疊學習更多的時空依賴關系來處理長序列。在幾個公共交通數據集上的實驗結果表明，我們的方法達到了最先進的性能比其他基準一致。

//arxiv.org/pdf/2012.09641.pdf

論文鏈接：//www.zhuanzhi.ai/paper/5e4dd4fd6b06fc88a7d86e4dc50687c6

簡介：數據增強已被廣泛用于提高機器學習模型的通用性。但是，相對較少的工作研究圖形的數據擴充。這在很大程度上是由于圖的復雜非歐幾里得結構限制了可能的操縱操作。視覺和語言中常用的增強操作沒有圖形類似物。在改進半監督節點分類的背景下，我們的工作研究了圖神經網絡（GNN）的圖數據擴充。我們討論了圖數據擴充的實踐和理論動機，考慮因素和策略。我們的工作表明，神經邊緣預測器可以有效地編碼類同質結構，以在給定的圖結構中促進類內邊緣和降級類間邊緣，并且我們的主要貢獻是引入了GAug圖數據擴充框架，該框架利用這些見解來提高性能通過邊緣預測的基于GNN的節點分類在多個基準上進行的廣泛實驗表明，通過GAug進行的增強可提高GNN架構和數據集的性能。

知識圖譜的關系預測旨在預測實體之間的缺失關系。盡管歸納關系預測的重要性，大多數以前的工作都局限于一個轉換的設置，不能處理以前看不見的實體。最近提出的基于子圖的關系推理模型提供了從圍繞一個候選三元組的子圖結構中歸納預測鏈接的替代方法。然而，我們觀察到這些方法往往忽略了提取子圖的有向性質，削弱了關系信息在子圖建模中的作用。因此，它們不能有效地處理不對稱/反對稱三聯體，并為目標三聯體產生不足的嵌入。為此，我們引入了一種用于歸納關系推理的傳遞消息的神經網絡CoMPILE，該網絡對局部有向子圖結構進行推理，并對處理實體無關的語義關系具有強烈的歸納傾向。與現有模型相比，CoMPILE加強了邊緣之間的消息交互，并授權通過通信內核，并支持足夠的關系信息流。此外，我們還證明了CoMPILE可以自然地處理非對稱/反對稱關系，而不需要通過提取有向封閉子圖來爆炸式地增加模型參數的數量。廣泛的實驗表明，與最先進的方法相比，在常用的基準數據集上具有不同的歸納設置的實質性性能收益。

//www.zhuanzhi.ai/paper/4c023087dcd3648d441fc6d1394dbb00

圖神經網絡(gnn)的優勢在于對結構化數據的拓撲信息進行顯式建模。然而，現有的gnn在獲取層次圖表示方面的能力有限，而層次圖表示在圖形分類中起著重要的作用。本文創新性地提出了層次圖膠囊網絡(HGCN)，該網絡可以聯合學習節點嵌入和提取圖的層次結構。具體地說，解糾纏圖膠囊是通過識別每個節點下的異構因素建立的，這樣它們的實例化參數代表同一實體的不同屬性。為了學習層次表示，HGCN通過顯式地考慮部件之間的結構信息，刻畫了低層膠囊(部分)和高層膠囊(整體)之間的部分-整體關系。實驗研究證明了HGCN算法的有效性和各組成部分的貢獻。

//www.zhuanzhi.ai/paper/c9930a15b45547cafbee90db8c5612aa

從圖結構數據中學習節點集的結構表示對于從節點角色發現到鏈接預測和分子分類的各種應用至關重要。圖神經網絡（GNNs）在結構表示學習方面取得了巨大的成功。然而：

大多數 GNN 受到 1-Weisfeiler-Lehman（WL）test 的限制，因此有可能為實際上不同的結構和圖形生成相同的表示。 最近通過模仿高階 WL tests 提出的更強大的 GNN 只關注全圖表示，不能利用圖結構的稀疏性來提高計算效率。 這篇文章提出了一類與結構相關的特征，稱為距離編碼(Distance Encoding，DE)，以幫助 GNN 以比 1-WL test 更嚴格的表達能力來表示任意大小的節點集。DE 本質上捕獲了要學習表示的節點集與圖中每個節點之間的距離，其中包括與圖相關的重要度量，如最短路徑距離和廣義 PageRank 得分。

此外，此文還提出了兩個通用的 GNNs 框架來使用 DEs：

作為額外的節點屬性 進一步作為 GNNs 中消息聚合的控制器 這兩個框架仍然可以利用稀疏結構來保持處理大型圖的可擴展性。

理論上，作者證明了這兩個框架可以區分傳統 GNN 經常失效的幾乎所有規則圖中嵌入的節點集。還嚴格分析了它們的局限性。 實驗上，作者在6個真實網絡上分別從節點結構角色預測、鏈路預測和三角形預測三個方面對這兩個框架進行了實證評估。 結果表明，DE-assisted GNNs 的平均準確率比沒有 DEs 的 GNNs 提高了15%，DE-assisted GNNs 的性能也明顯優于專門為這些相應任務設計的其他最先進的基線。

本文研究如何更好聚合網絡拓撲信息和特征信息。中心思想是，構造了結構圖，特征圖(feature graph)，以及兩者的組合來提取特定的和通用的嵌入，并使用注意機制來學習嵌入的自適應重要性權重。實驗發現，AM-GCN可以從節點特征和拓撲結構中提取自適應地提取相關的信息，對應不同的參數取值。 //arxiv.org/abs/2007.02265

摘要：圖卷積網絡(GCNs)在處理圖數據和網絡數據的各種分析任務方面得到了廣泛的應用。然而，最近的一些研究提出了一個問題，即GCNs是否能夠在一個信息豐富的復雜圖形中優化地整合節點特征和拓撲結構。在本文中，我們首先提出一個實驗研究。令人驚訝的是，我們的實驗結果清楚地表明，當前的GCNs融合節點特征和拓撲結構的能力遠遠不是最優的，甚至是令人滿意的。由于GCNs無法自適應地學習拓撲結構與節點特征之間的一些深層次關聯信息，這一弱點可能會嚴重阻礙GCNs在某些分類任務中的能力。我們能否彌補這一缺陷，設計出一種新型的GCNs，既能保留現有GCNs的優勢，又能大幅度提高拓撲結構和節點特征融合的能力?為了解決這個問題，我們提出了一種自適應多通道半監督分類圖卷積網絡。其核心思想是同時從節點特征、拓撲結構及其組合中提取具體的和常見的嵌入，并利用注意機制學習嵌入的自適應重要度權值。我們在基準數據集上進行的大量實驗表明，AM-GCN從節點特征和拓撲結構中提取了最多的相關信息，顯著提高了分類精度。