圖神經網絡在許多基于圖的任務中得到了廣泛的應用，如節點分類、鏈路預測和節點聚類。GNNs的性能優勢主要來自于對圖的邊緣執行特征傳播和平滑，因此需要足夠的連接性和標簽信息來進行有效傳播。不幸的是，許多現實世界的網絡在邊緣和標簽方面都是稀疏的，這導致了GNN的次優性能。最近對這個稀疏問題的興趣集中在自訓練方法上，它用偽標簽擴展監督信號。然而，由于偽標簽的質量和數量都不理想，自訓練方法本身并不能充分發揮提煉稀疏圖學習性能的潛力。在本文中，我們提出了ROD，一種新的接收感知的在線知識提取方法用于稀疏圖學習。我們為ROD設計了三種監督信號:多尺度接收感知的圖知識、基于任務的監督和豐富的提煉知識，允許知識以同行教學的方式在線遷移。為了提取隱藏在多尺度接收領域中的知識，ROD明確要求個體學生模型保持不同層次的位置信息。對于給定的任務，每個學生根據自己的接受量表知識進行預測，同時結合多尺度知識動態地建立一個強大的教師。我們的方法已經在9個數據集和各種基于圖的任務上進行了廣泛的評估，包括節點分類、鏈接預測和節點聚類。結果表明，ROD算法達到了最先進的性能，對圖稀疏性具有更強的魯棒性。
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在許多數據科學應用中，如推薦系統、在線廣告、醫療等，對表格數據進行預測是一項重要的任務。表格數據被結構成行和列，每一行作為數據樣本，每一列作為特性屬性。表格數據的列和行都帶有可以提高模型預測性能的有用模式。然而，大多數現有模型關注的是跨列模式，而忽略了跨行模式，因為它們獨立處理單個樣本。在這項工作中，我們提出了一個通用的學習框架，名為檢索與交互機(RIM)，它充分利用表格數據中的橫行和橫列模式。具體來說，RIM首先利用搜索引擎技術高效地檢索表中有用的行來輔助目標行標簽預測，然后利用特征交互網絡捕捉目標行與被檢索行之間的跨列模式，從而做出最終的標簽預測。我們對三個重要任務的11個數據集進行了廣泛的實驗，即CTR預測(分類)、top-n推薦(排名)和評分預測(回歸)。實驗結果表明，RIM在不同的基準上取得了顯著的改進，證明了RIM的優越性和有效性。
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圖神經網絡(GNNs)被廣泛用于學習一種強大的圖結構數據表示。最近的研究表明，將知識從自監督任務遷移到下游任務可以進一步改善圖的表示。然而，自監督任務與下游任務在優化目標和訓練數據上存在內在的差距。傳統的預訓練方法可能對知識遷移不夠有效，因為它們不能適應下游任務。為了解決這一問題，我們提出了一種新的遷移學習范式，該范式可以有效地將自監督任務作為輔助任務來幫助目標任務。在微調階段，我們的方法將不同的輔助任務與目標任務進行自適應的選擇和組合。我們設計了一個自適應輔助損失加權模型，通過量化輔助任務與目標任務之間的一致性來學習輔助任務的權重。此外，我們通過元學習來學習權重模型。我們的方法可以運用于各種遷移學習方法，它不僅在多任務學習中有很好的表現，而且在預訓練和微調中也有很好的表現。在多個下游任務上的綜合實驗表明，所提出的方法能夠有效地將輔助任務與目標任務相結合，與現有的方法相比，顯著提高了性能。
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聯邦學習(federal Learning, FL)是一種去中心化的機器學習范式，其中全局服務器迭代地聚合本地用戶的模型參數，而不訪問他們的數據。用戶異質性給FL帶來了重大挑戰，這可能導致漂移的全局模型收斂緩慢。為了解決這個問題，最近出現了知識蒸餾(Knowledge Distillation)，它使用來自異構用戶的聚合知識來精煉服務器模型，而不是直接聚合他們的模型參數。然而，這種方法依賴于代理數據集，因此除非滿足這些前提條件，否則是不切實際的。此外，沒有充分利用集成知識來指導局部模型學習，這可能會影響聚合模型的質量。在這項工作中，我們提出了一種無數據的知識蒸餾方法來解決異構的FL，其中服務器學習一個輕量級的生成器以無數據的方式集成用戶信息，然后將這些信息廣播給用戶，使用學習到的知識作為歸納偏差來調節本地訓練。理論支持的實證研究表明，與現狀相比，我們的方法使用更少的通信輪次，使FL具有更好的泛化性能。
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在真實的應用中，數據通常以增長的方式出現，其中數據量和類的數量可能會動態增加。這將給學習帶來重大挑戰:隨著數據量或類的數量不斷增加，人們必須立即調整神經模型的容量，以獲得良好的性能。現有的方法要么忽視數據增長的本質，要么尋求對給定數據集獨立搜索最優體系結構，因此無法針對變化的數據及時調整體系結構。為了解決這一問題，我們提出了一種神經結構自適應方法，即adaptive eXpert (AdaXpert)，可以在不斷增長的數據上有效地調整以前的結構。具體來說，我們引入了一個體系結構調整器，根據以前的體系結構以及當前和以前數據分布之間的不同程度，為每個數據快照生成合適的體系結構。此外，我們提出一個適應條件來確定調整的必要性，從而避免不必要的和耗時的調整。在兩種增長場景(增加數據量和類數)上的大量實驗證明了所提方法的有效性。
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推薦系統(RS)采用知識蒸餾，這是一種模型壓縮技術，用從預訓練的大型教師模型遷移的知識來訓練緊湊的學生模型。最近的研究表明，從教師的中間層遷移知識顯著提高了學生的推薦質量。但是，它們是逐點遷移個體表示的知識，因此存在一個局限，即RS的主要信息在于表示空間中的關系。本文提出了一種新的拓撲蒸餾方法，通過將建立在教師空間關系上的拓撲結構傳遞給學生來指導學生進行拓撲蒸餾。我們首先觀察到，簡單地讓學生學習整個拓撲結構并不總是有效的，甚至會降低學生的表現。我們證明，因為與老師相比，學生的能力是非常有限的，學習整個拓撲結構對學生來說是令人生畏的。為了解決這一問題，我們提出了一種新的分層拓撲蒸餾(HTD)方法，該方法可以分層地對拓撲進行蒸餾，以應對較大的容量缺口。我們在真實數據集上的大量實驗表明，提出的方法明顯優于先進的競爭對手。我們還提供了深入的分析，以確定提取RS拓撲的好處。
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MoCL: Contrastive Learning on Molecular Graphs with Multi-level Domain Knowledge
Authors: Mengying Sun, Jing Xing, Huijun Wang, Bin Chen, Jiayu Zhou
近年來，利用圖神經網絡解決藥物相關問題在生物醫學領域得到了迅速發展。然而，就像任何其他深度架構一樣，GNN是數據需求型的。雖然在現實世界中要求標簽通常是昂貴的，但以一種無監督的方式對GNN進行預處理已經被積極地探索。其中，圖對比學習通過最大化成對圖增強之間的互信息，已被證明對各種下游任務是有效的。然而，目前的圖對比學習框架有兩個局限性。首先，增強是為一般圖設計的，因此對于某些領域可能不夠合適或不夠強大。第二，對比方案只學習對局部擾動不變的表示，因此不考慮數據集的全局結構，這也可能對下游任務有用。因此，本文研究生物醫學領域中存在分子圖的圖對比學習。我們提出了一個新的框架MoCL，利用領域知識在局部和全局水平上幫助表示學習。局部層次的領域知識指導擴展過程，這樣在不改變圖語義的情況下引入變體。全局層次的知識對整個數據集圖之間的相似性信息進行編碼，并幫助學習具有更豐富語義的表示。整個模型通過雙對比目標學習。我們評估了在線性和半監督設置下的多種分子數據集上的MoCL，結果表明MoCL達到了最先進的性能。
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來自傳感器網絡、可穿戴設備和物聯網(IoT)設備的大量數據凸顯了對利用去中心化數據的時空結構的高級建模技術的需求，因為需要邊緣計算和許可(數據訪問)問題。雖然聯邦學習(FL)已經成為一種無需直接數據共享和交換的模型訓練框架，但有效地建模復雜的時空依賴關系以提高預測能力仍然是一個懸而未決的問題。另一方面，最先進的時空預測模型假定對數據的訪問不受限制，而忽略了數據共享的約束。在跨節點聯合學習的約束下，我們提出了跨節點聯合圖神經網絡(CNFGNN)的聯邦時空模型，該模型使用基于圖神經網絡(GNN)的體系結構對底層圖結構進行顯式編碼，這要求節點網絡中的數據在每個節點上本地生成，并且保持分散。CNFGNN通過分離設備上的時間動態建模和服務器上的空間動態，利用交替優化來降低通信成本，促進邊緣設備上的計算。交通流預測任務的計算結果表明，CNFGNN在不增加邊緣設備的計算成本的情況下，在傳感和歸納學習環境下均取得了最佳的預測性能，同時通信成本較低。
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元強化學習(Meta - reinforcement learning, Meta - rl)從以前的任務中提取知識，實現對新任務的快速適應。盡管最近取得了一些進展，但對元強化學習的有效探索仍然是稀疏獎勵任務中的一個關鍵挑戰，因為它需要在元訓練和適應中快速找到與任務相關的信息性經驗。針對這一挑戰，我們明確建模了一個元強化學習的探索策略學習問題，該問題與開發策略學習分離，并引入了一個新的賦權驅動的探索目標，該目標旨在最大限度地獲取信息以進行任務識別。我們得到了相應的內在獎勵，并開發了一個新的非策略元強化學習框架，通過共享任務推理知識，有效地學習獨立的上下文感知的探索和開發策略。實驗結果表明，在不同的稀疏獎勵MuJoCo運動任務和更復雜的稀疏獎勵元世界任務中，我們的meta-RL方法顯著優于最先進的基線。
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自監督學習已被廣泛應用于從未標記圖像中獲取可轉移的表示。特別是，最近的對比學習方法在下游圖像分類任務中表現出了令人印象深刻的性能。這些對比方法主要集中在語義保留變換下的圖像級上生成不變的全局表示，容易忽略局部表示的空間一致性，因此在目標檢測和實例分割等本地化任務的預處理中存在一定的局限性。此外，在現有的對比方法中使用的積極裁剪視圖可以最小化單個圖像中語義不同區域之間的表示距離。
在本文中，我們提出了一種用于多目標和特定位置任務的空間一致表示學習算法(SCRL)。特別地，我們設計了一個新的自監督目標，試圖根據幾何平移和縮放操作產生隨機裁剪局部區域的連貫空間表示。在使用基準數據集的各種下游定位任務上，提出的SCRL顯示了相對于圖像級監督前訓練和最先進的自監督學習方法的顯著性能改進。代碼將會被發布。
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多標簽文本分類涉及到從標簽集中為每個給定文檔分配其最相關標簽的問題。通常，給定文檔的元數據和標簽的層次結構在實際應用是可用的。然而，現有的研究大多只關注于文本信息的建模，也有少數嘗試使用元數據或層次信號，但沒有同時使用它們。在本文中，我們通過在一個大的標簽層次結構(例如，有成千上萬個標簽)中形式化元數據感知文本分類的問題來彌補這一差距。為了解決這個問題，我們提出了MATCH解決方案——一個利用元數據和層次結構信息的端到端框架。為了整合元數據，我們預先訓練文本和元數據在同一空間的嵌入，并利用完全連接的注意力來捕捉它們之間的相互關系。為了充分利用標簽層次結構，我們提出了不同的方法來規整每個子標簽的參數和輸出概率。在兩個具有大規模標簽層次的大規模文本數據集上進行的大量實驗證明了在最先進的深度學習基線上匹配的有效性。
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