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題目：

Con?dence-Aware Learning for Deep Neural Networks

簡介：

盡管深度神經網絡可以執行多種任務，但過分一致的預測問題限制了它們在許多安全關鍵型應用中的實際應用。已經提出了許多新的工作來減輕這個問題，但是大多數工作需要在訓練和/或推理階段增加計算成本，或者需要定制的體系結構來分別輸出置信估計。在本文中，我們提出了一種使用新的損失函數訓練深度神經網絡的方法，稱為正確排名損失，該方法將類別概率顯式規范化，以便根據依據的有序等級更好地進行置信估計。所提出的方法易于實現，并且無需進行任何修改即可應用于現有體系結構。而且，它的訓練計算成本幾乎與傳統的深度分類器相同，并且通過一次推斷就可以輸出可靠的預測。在分類基準數據集上的大量實驗結果表明，所提出的方法有助于網絡產生排列良好的置信度估計。我們還證明，它對于與置信估計，分布外檢測和主動學習密切相關的任務十分有效。

題目： Continuous Graph Neural Networks

摘要：

本文建立了圖神經網絡與傳統動力系統之間的聯系。我們提出了持續圖神經網絡(CGNN)，它將現有的圖神經網絡與離散動力學進行了一般化，因為它們可以被視為一種特定的離散化方案。關鍵思想是如何表征節點表示的連續動力學，即關于時間的節點表示的導數。受現有的基于擴散的圖方法(如社交網絡上的PageRank和流行模型)的啟發，我們將導數定義為當前節點表示、鄰節點表示和節點初始值的組合。我們提出并分析了兩種可能的動態圖，包括節點表示的每個維度(又名特征通道)各自改變或相互作用的理論證明。所提出的連續圖神經網絡在過度平滑方面具有很強的魯棒性，因此允許我們構建更深層次的網絡，進而能夠捕獲節點之間的長期依賴關系。在節點分類任務上的實驗結果證明了我們提出的方法在和基線對比的有效性。

介紹

圖神經網絡(GNNs)由于其在節點分類等多種應用中的簡單性和有效性而受到越來越多的關注;、鏈接預測、化學性質預測、自然語言理解。GNN的基本思想是設計多個圖傳播層，通過聚合鄰近節點的節點表示和節點本身的表示，迭代地更新每個節點表示。在實踐中，對于大多數任務，幾層(兩層或三層)通常就足夠了，更多的層可能導致較差的性能。

改進GNNs的一個關鍵途徑是能夠建立更深層次的網絡，以了解數據和輸出標簽之間更復雜的關系。GCN傳播層平滑了節點表示，即圖中相鄰的節點變得更加相似。當我們堆疊越來越多的層時，這會導致過度平滑，這意味著節點表示收斂到相同的值，從而導致性能下降。因此，重要的是緩解節點過平滑效應，即節點表示收斂到相同的值。

此外，對于提高我們對GNN的理論理解，使我們能夠從圖結構中描述我們可以學到的信號，這是至關重要的。最近關于理解GCN的工作(Oono和Suzuki, 2020)認為GCN是由離散層定義的離散動力系統。此外，Chen等人(2018)證明了使用離散層并不是構建神經網絡的唯一視角。他們指出，帶有剩余連接的離散層可以看作是連續ODE的離散化。他們表明，這種方法具有更高的記憶效率，并且能夠更平滑地建模隱藏層的動態。

我們利用基于擴散方法的連續視角提出了一種新的傳播方案，我們使用來自常微分方程(即連續動力系統)的工具進行分析。事實上，我們能夠解釋我們的模型學習了什么表示，以及為什么它不會遭受在GNNs中常見的過度平滑問題。允許我們建立更深層次的網絡，也就是說我們的模型在時間價值上運行良好。恢復過平滑的關鍵因素是在連續設置中使用了最初在PageRank中提出的原始分布。直觀上，重新開始分布有助于不忘記鄰接矩陣的低冪次信息，從而使模型收斂到有意義的平穩分布。

本文的主要貢獻是:

• 基于PageRank和擴散方法，提出了兩個連續遞增模型容量的ODEs;
• 我們從理論上分析了我們的層學習的表示，并表明當t → ∞我們的方法接近一個穩定的不動點，它捕獲圖結構和原始的節點特征。因為我們在t→∞時是穩定的，我們的網絡可以有無限多個“層”，并且能夠學習遠程依賴關系;
• 我們證明了我們的模型的記憶是高效的，并且對t的選擇是具有魯棒性的。除此之外，我們進一步證明了在節點分類任務上，我們的模型能夠比許多現有的最先進的方法表現更好。

主題： Understanding Negative Sampling in Graph Representation Learning

摘要： 在最近的幾年中，研究人員對圖形表示學習進行了廣泛的研究。盡管它具有為各種網絡生成連續嵌入的潛力，但推斷向大型節點集表示高質量表示的有效性和效率仍然具有挑戰性。采樣是實現性能目標的關鍵點。現有技術通常集中于對正節點對進行采樣，而對負采樣的策略還沒有得到足夠的研究。為了彌合差距，我們從客觀和風險兩個角度系統地分析了負樣本的作用，從理論上證明了負樣本在確定優化目標和結果方差方面與正樣本同等重要。據我們所知，我們是第一個推導該理論并量化負采樣分布應與其正采樣分布呈正相關但與子線性相關的方法。在該理論的指導下，我們提出了MCNS，用Metropolis-Hastings用自對比度逼近來近似正分布，并加速Metropolis-Hastings進行負采樣。我們在5個數據集上評估了我們的方法，這些數據集涵蓋了19個實驗設置，涵蓋了廣泛的下游圖形學習任務，包括鏈接預測，節點分類和個性化推薦。這些相對全面的實驗結果證明了其魯棒性和優越性。

題目： Learning Representations For Images With Hierarchical Labels

摘要：

圖像分類已經得到了廣泛的研究，但是除了傳統的圖像標簽對之外，在使用非常規的外部指導來訓練這些模型方面的工作還很有限。在本文中，我們提出了一組利用類標簽引起的語義層次信息的方法。在論文的第一部分，我們將標簽層次知識注入到任意的分類器中，并通過實驗證明，將這些外部語義信息與圖像的視覺語義相結合，可以提高整體性能。在這個方向上更進一步，我們使用自然語言中流行的基于保留順序的嵌入模型來更明確地建模標簽-標簽和標簽-圖像的交互，并將它們裁剪到計算機視覺領域來執行圖像分類。盡管在本質上與之相反，在新提出的、真實世界的ETH昆蟲學收集圖像數據集上，注入層次信息的CNN分類器和基于嵌入的模型都優于不可知層次的模型。

我們提出了一種學習視覺特征的方法，即使這些特征具有不同的維數，并且是通過不同的神經網絡結構和損失函數來學習的，也能與之前的計算結果相兼容。兼容意味著，如果這些特性用于比較圖像，那么“新”特性可以直接與“舊”特性進行比較，因此它們可以互換使用。這使得視覺搜索系統在更新嵌入模型時，可以繞過計算所有以前看到的圖像的新特性，這個過程稱為回填。向后兼容性對于快速部署新的嵌入模型至關重要，這些模型利用了不斷增長的大規模訓練數據集和深度學習體系結構和訓練方法的改進。我們提出一個框架來訓練嵌入模型，稱為向后兼容訓練(BCT)，作為向后兼容表示學習的第一步。在人臉識別的嵌入學習實驗中，使用BCT訓練的模型在不犧牲精度的前提下，成功實現了向后兼容，實現了可視化嵌入的無填充模型更新。

機器學習應用在高風險領域(如刑事判決、醫學測試、在線廣告等)的流行，至關重要的是要確保這些決策支持系統不會傳播歷史數據中可能存在的現有偏見或歧視。一般來說，在算法公平文獻中有兩個關于公平的中心概念。第一個是個體公平，它要求公平的算法以相似的方式對待相似的個體。然而，在實踐中，通常很難找到或設計一個社會可接受的距離度量來捕獲個體之間關于特定任務的相似性。相反，在這篇博客文章中，我們關注的是公平的第二個概念，群體公平，更具體地說是統計上的平等，這本質上要求預測器的結果在不同的子群體中是平等的。

題目： MEMORY-BASED GRAPH NETWORKS

摘 要:

圖神經網絡是一類對任意拓撲結構的數據進行操作的深度模型。我們為GNNs引入了一個有效的記憶層，它可以聯合學習節點表示并對圖進行粗化。在此基礎上，我們還引入了兩個新的網絡:基于記憶的GNN (MemGNN)和可以學習層次圖表示的圖存儲網絡(GMN)。實驗結果表明，所提出的模型在9個圖分類和回歸基準中有8個達到了最新的結果。我們也證明了這些表示學習可以對應于分子數據中的化學特征。

NeurIPS 2019（Neural Information Processing Systems）將在12月8日-14日在加拿大溫哥華舉行。NeurIPS 是全球最受矚目的AI、機器學習頂級學術會議之一，每年全球的人工智能愛好者和科學家都會在這里聚集，發布最新研究。今天小編整理了表示學習相關論文。

1. Self-attention with Functional Time Representation Learning

作者： Da Xu, Chuanwei Ruan, Evren Korpeoglu, Sushant Kumar, Kannan Achan

摘要：在自然語言處理中，具有self-attention的序列模型已經取得了很好的效果。self-attention具有模型靈活性、計算復雜性和可解釋性等優點，正逐漸成為事件序列模型的重要組成部分。然而，像大多數其他的序列模型一樣，自我注意并不能解釋事件之間的時間跨度，因此它捕捉的是序列信號而不是時間模式。在不依賴遞歸網絡結構的情況下，self-attention通過位置編碼來識別事件的順序。為了彌補時間無關和時間相關事件序列建模之間的差距，我們引入了一個嵌入時間跨度到高維空間的功能特征映射。通過構造相關的平移不變時間核函數，揭示了經典函數函數分析結果下特征圖的函數形式，即Bochner定理和Mercer定理。我們提出了幾個模型來學習函數性時間表示以及與事件表示的交互。這些方法是在各種連續時間事件序列預測任務下對真實數據集進行評估的。實驗結果表明，所提出的方法與基線模型相比，具有更好的性能，同時也能捕獲有用的時間-事件交互。
論文鏈接：
//papers.nips.cc/paper/9720-self-attention-with-functional-time-representation-learning

2. Large Scale Adversarial Representation Learning

作者：Jeff Donahue, Karen Simonyan

摘要：對抗訓練生成模型(GANs)最近取得了引人注目的圖像合成結果。GANs在無監督的表現學習中盡管在早期取得了的成功，但是它們已經被基于自監督的方法所取代。在這項工作中，我們證明了圖像生成質量的進步轉化為極大地改進了表示學習性能。我們的方法BigBiGAN建立在最先進的BigGAN模型之上，通過添加編碼器和修改鑒別器將其擴展到表示學習。我們廣泛地評估了這些BigBiGAN模型的表示學習和生成能力，證明了這些基于生成的模型在ImageNet的無監督表示學習方面達到了最新的水平，并在無條件生成圖像方面取得了令人信服的結果。

論文鏈接：

3. Rethinking Kernel Methods for Node Representation Learning on Graphs

作者：Yu Tian, Long Zhao, Xi Peng, Dimitris Metaxas

摘要：圖核是度量圖相似性的核心方法，是圖分類的標準工具。然而，作為與圖表示學習相關的一個問題，使用核方法進行節點分類仍然是不適定的，目前最先進的方法大多基于啟發式。在這里，我們提出了一個新的基于核的節點分類理論框架，它可以彌補這兩個圖上表示學習問題之間的差距。我們的方法是由圖核方法驅動的，但是擴展到學習捕獲圖中結構信息的節點表示。我們從理論上證明了我們的公式與任何半正定核一樣強大。為了有效地學習內核，我們提出了一種新的節點特征聚合機制和在訓練階段使用的數據驅動的相似度度量。更重要的是，我們的框架是靈活的，并補充了其他基于圖形的深度學習模型，如圖卷積網絡(GCNs)。我們在一些標準節點分類基準上對我們的方法進行了經驗評估，并證明我們的模型設置了最新的技術狀態。
論文鏈接：

4. Continual Unsupervised Representation Learning

作者：Dushyant Rao, Francesco Visin, Andrei Rusu, Razvan Pascanu, Yee Whye Teh, Raia Hadsell

摘要：持續學習旨在提高現代學習系統處理非平穩分布的能力，通常是通過嘗試按順序學習一系列任務。該領域的現有技術主要考慮監督或強化學習任務，并經常假設對任務標簽和邊界有充分的認識。在這項工作中，我們提出了一種方法(CURL)來處理一個更普遍的問題，我們稱之為無監督連續學習。重點是在不了解任務身份的情況下學習表示，我們將探索任務之間的突然變化、從一個任務到另一個任務的平穩過渡，甚至是數據重組時的場景。提出的方法直接在模型中執行任務推斷，能夠在其生命周期內動態擴展以捕獲新概念，并結合其他基于排練的技術來處理災難性遺忘。我們用MNIST和Omniglot演示了CURL在無監督學習環境中的有效性，在這種環境中，沒有標簽可以確保沒有關于任務的信息泄露。此外，與現有技術相比，我們在i.i.中表現出了較強的性能。在i.i.d的設置下，或將該技術應用于監督任務(如漸進式課堂學習)時。 論文鏈接：

5. Unsupervised Scalable Representation Learning for Multivariate Time Series

作者： Jean-Yves Franceschi, Aymeric Dieuleveut, Martin Jaggi

摘要：由于時間序列在實際應用中具有高度可變的長度和稀疏標記，因此對機器學習算法而言，時間序列是一種具有挑戰性的數據類型。在本文中，我們提出了一種學習時間序列通用嵌入的無監督方法來解決這一問題。與以前的工作不同，它的長度是可伸縮的，我們通過深入實驗和比較來展示學習表示的質量、可移植性和實用性。為此，我們將基于因果擴張卷積的編碼器與基于時間負采樣的新三重態損耗相結合，獲得了可變長度和多元時間序列的通用表示。
論文鏈接：

6. A Refined Margin Distribution Analysis for Forest Representation Learning

作者：Shen-Huan Lyu, Liang Yang, Zhi-Hua Zhou

摘要：在本文中，我們將森林表示學習方法casForest作為一個加法模型，并證明當與邊際標準差相對于邊際均值的邊際比率足夠小時，泛化誤差可以以O(ln m/m)為界。這激勵我們優化比例。為此，我們設計了一種邊際分布的權重調整方法，使深林模型的邊際比較小。實驗驗證了邊緣分布與泛化性能之間的關系。我們注意到，本研究從邊緣理論的角度對casForest提供了一個新的理解，并進一步指導了逐層的森林表示學習。

論文鏈接：

7. Adversarial Fisher Vectors for Unsupervised Representation Learning

作者：Shuangfei Zhai, Walter Talbott, Carlos Guestrin, Joshua Susskind

摘要：我們通過基于深度能量的模型(EBMs)來研究生成對抗網絡(GANs)，目的是利用從這個公式推導出的密度模型。與傳統的鑒別器在達到收斂時學習一個常數函數的觀點不同，這里我們證明了它可以為后續的任務提供有用的信息，例如分類的特征提取。具體來說，在EBM公式中，鑒別器學習一個非歸一化密度函數(即，負能量項)，它描述了數據流形。我們建議通過從EBM中獲得相應的Fisher分數和Fisher信息來評估生成器和鑒別器。我們證明了通過假設生成的示例形成了對學習密度的估計，費雪信息和歸一化費雪向量都很容易計算。我們還證明了我們能夠推導出例子之間和例子集之間的距離度量。我們進行的實驗表明，在分類和感知相似性任務中，甘氏神經網絡誘導的費雪向量作為無監督特征提取器表現出了競爭力。代碼地址：
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8. vGraph: A Generative Model for Joint Community Detection and Node Representation Learning

作者：Fan-Yun Sun, Meng Qu, Jordan Hoffmann, Chin-Wei Huang, Jian Tang

摘要：本文重點研究了圖數據分析的兩個基本任務:社區檢測和節點表示學習，它們分別捕獲圖數據的全局結構和局部結構。在現有的文獻中，這兩個任務通常是獨立研究的，但實際上是高度相關的。提出了一種協作學習社區成員和節點表示的概率生成模型vGraph。具體地說，我們假設每個節點都可以表示為群落的混合，并且每個群落都定義為節點上的多項分布。混合系數和群落分布均由節點和群落的低維表示參數化。我們設計了一種有效的變分推理算法，通過反向傳播進行優化，使相鄰節點的社區成員關系在潛在空間中相似。在多個真實圖上的實驗結果表明，vGraph在社區檢測和節點表示學習兩方面都非常有效，在兩方面都優于許多有競爭力的基線。結果表明，該vGraph框架具有良好的靈活性，可以方便地擴展到層次社區的檢測。
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論文題目： Graph Convolutional Networks with Motif-based Attention

論文摘要：

深度卷積神經網絡在計算機視覺和語音識別領域的成功，使得研究人員開始研究該體系結構對圖結構數據的泛化。最近提出的一種稱為圖卷積網絡的方法能夠在節點分類方面取得最新的成果。然而，由于所提出的方法依賴于spectral圖卷積的局部一階近似，因此無法捕獲圖中節點間的高階相互作用。在這項工作中，我們提出了一個motif-based的圖注意力模型，稱為Motif Convolutional Networks，它通過使用加權多跳motif鄰接矩陣來捕獲高階鄰域，從而泛華了過去的方法。一個新的注意力機制被用來允許每個單獨的節點選擇最相關的鄰居來應用它的過濾器。我們在不同領域(社會網絡和生物信息學)的圖上評估了我們的方法，結果表明它能夠在半監督節點分類任務上勝過一組有競爭力的基準方法。其他結果證明了attention的有用性，表明不同的節點對不同的高階鄰域進行了優先排序。

論文作者：

John Boaz Lee于2015-1019年在伍斯特理工學院計算機科學系的攻讀博士學位。研究領域包括深度學習、數據挖掘、信息與社會網絡分析、強化學習等。2020年1月，將加入Facebook研究的核心數據科學團隊作為研究科學家。

Ryan A. Rossi目前在Adobe Research工作。研究領域是機器學習，從社會和物理現象跨越理論、算法和大型復雜關系(網絡/圖)數據的應用。在普渡大學獲得了計算機科學的博士和碩士學位。Ryan A. Rossi的論文主要研究關系機器學習和動態網絡數據的挖掘，并且獲得了國家科學基金研究生獎學金(NSF GRFP)、國防科學與工程研究生獎學金(NDSEG)、普渡大學弗雷德里克·n·安德魯斯獎學金以及比爾斯蘭博士學位論文獎學金。還是網絡存儲庫項目的聯合創始人，該項目是第一個具有交互式可視圖形分析功能的數據存儲庫，可以幫助研究人員通過web實時查找、探索和理解圖形數據。

孔祥南的研究興趣集中在數據挖掘和機器學習上，重點在于解決生物醫學和社會應用中的數據科學問題。孔博士對設計算法以解決各種研究領域中的數據多樣性問題特別感興趣，這些領域包括生物醫學研究，社會計算，神經科學和商業智能。他一直致力于神經科學，生物醫學信息學和社交網絡領域的圖形數據挖掘，并且在數據挖掘的頂級會議和期刊上發表了論文，包括KDD，ICDM，SDM，WWW，WSDM，CIKM，TKDE。

論文題目： A Structural Graph Representation Learning Framework

論文摘要： 許多基于圖的機器學習任務的成功在很大程度上取決于從圖數據中學習到的適當表示。大多數工作都集中在于學習保留鄰近性的節點嵌入，而不是保留節點之間結構相似性的基于結構的嵌入。這些方法無法捕獲對基于結構的應用程序(如web日志中的visitor stitching)至關重要的高階結構依賴和連接模式。在這項工作中，我們闡述了高階網絡表示學習，并提出了一個稱為HONE的通用框架，用于通過節點鄰域中的子圖模式(network motifs, graphlet orbits/positions)從網絡中學習這種結構性節點嵌入。HONE引入了一種通用的diffusion機制和一種節省空間的方法，該方法避免了使用k-step線性算子來顯式構造k-step motif-based矩陣。此外，HONE被證明是快速和有效的，最壞情況下的時間復雜度幾乎是線性的。實驗結果表明，該算法能有效地處理大量的網絡日志數據，包括鏈接預測和visitor stitching。

作者簡介：

Ryan A. Rossi，目前在Adobe Research工作，研究領域是機器學習；涉及社會和物理現象中的大型復雜關系（網絡/圖形）數據的理論、算法和應用。在普渡大學獲得了計算機科學博士和碩士學位。

Nesreen K. Ahmed，英特爾實驗室的高級研究員。我在普渡大學計算機科學系獲得博士學位，在普渡大學獲得統計學和計算機科學碩士學位。研究方向是機器學習和數據挖掘，涵蓋了大規模圖挖掘、統計機器學習的理論和算法，以及它們在社會和信息網絡中的應用。