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Hierarchical Inter-Message Passing for Learning on Molecular Graphs

我們提出了一個在分子圖上學習的遞階神經信息傳遞架構。我們的模型采用了兩種互補的圖表示:原始的分子圖表示和相關的結樹，其中節點表示原始圖中有意義的簇，如環或橋接化合物。然后，我們通過在每個圖中傳遞消息來學習分子的表示，并使用粗到細和細到粗的信息流在兩種表示之間交換消息。我們的方法能夠克服經典GNN的一些限制，如檢測周期，同時仍然非常有效的訓練。我們在ZINC數據集和MoleculeNet基準收集數據集上驗證了它的性能。

我們討論關于圖神經網絡(GNNs)的兩個基本問題。首先，我們證明了幾個重要的圖屬性是不能由完全依賴于局部信息的GNN計算的。這樣的GNN包括標準的消息傳遞模型，以及更強大的空間變體，利用本地圖結構(例如，通過消息的相對方向，或本地端口排序)來區分每個節點的鄰居。我們的處理包括一種新的圖論形式主義。其次，我們為消息傳遞GNN提供了第一個依賴數據的泛化邊界。該分析明確地說明了GNN的局部置換不變性。我們的邊界比現有的基于VC維的GNN保證更緊，并且可與遞歸神經網絡的Rademacher邊界相媲美。

【導讀】ICML(International Conference on Machine Learning)，即國際機器學習大會, 是機器學習領域全球最具影響力的學術會議之一，因此在該會議上發表論文的研究者也會備受關注。因疫情的影響, 今年第37屆ICML大會將于2020年7月13日至18日在線上舉行。據官方統計，ICML 2020共提交4990篇論文，接收論文1088篇，接收率為21.8%。與往年相比，接收率逐年走低。在會議開始前夕，專知小編為大家整理了ICML 2020圖神經網絡（GNN）的六篇相關論文供參考——核GNN、特征變換、Haar 圖池化、無監督圖表示、譜聚類、自監督GCN。

ICML 2020 Accepted Papers //icml.cc/Conferences/2020/AcceptedPapersInitial

ACL2020GNN_Part1、WWW2020GNN_Part1、AAAI2020GNN、ACMMM2019GNN、CIKM2019GNN、ICLR2020GNN

1. Convolutional Kernel Networks for Graph-Structured Data

作者：Dexiong Chen, Laurent Jacob, Julien Mairal

摘要：我們引入了一系列多層圖核，并在圖卷積神經網絡和核方法之間建立了新的聯系。我們的方法通過將圖表示為核特征映射序列將卷積核網絡推廣到圖結構數據，其中每個節點攜帶關于局部圖子結構的信息。一方面，核的觀點提供了一種無監督的、有表現力的、易于正規化的數據表示，這在樣本有限的情況下很有用。另一方面，我們的模型也可以在大規模數據上進行端到端的訓練，從而產生了新型的圖卷積神經網絡。我們的方法在幾個圖分類基準上取得了與之相當的性能，同時提供了簡單的模型解釋。

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2. GNN-FILM: Graph Neural Networks with Feature-Wise Linear Modulation 作者：Marc Brockschmidt

摘要：本文提出了一種新的基于特征線性調制（feature-wise linear modulation，FiLM）的圖神經網絡(GNN)。許多標準GNN變體僅通過每條邊的源的表示來計算“信息”，從而沿著圖的邊傳播信息。在GNN-FILE中，邊的目標節點的表示被附加地用于計算可以應用于所有傳入信息的變換，從而允許對傳遞的信息進行基于特征的調制。基于基線方法的重新實現，本文給出了在文獻中提到的三個任務上的不同GNN體系結構的實驗結果。所有方法的超參數都是通過廣泛的搜索找到的，產生了一些令人驚訝的結果：基線模型之間的差異比文獻報道的要小。盡管如此，GNN-FILE在分子圖的回歸任務上的表現優于基線方法，在其他任務上的表現也具有競爭性。

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3. Haar Graph Pooling

作者：Yu Guang Wang, Ming Li, Zheng Ma, Guido Montufar, Xiaosheng Zhuang, Yanan Fan

摘要：深度圖神經網絡(GNNs)是用于圖分類和基于圖的回歸任務的有效模型。在這些任務中，圖池化是GNN適應不同大小和結構的輸入圖的關鍵因素。本文提出了一種新的基于壓縮Haar變換的圖池化操作-HaarPooling。HaarPooling實現了一系列池化操作；它是通過跟隨輸入圖的一系列聚類序列來計算的。HaarPooling層將給定的輸入圖變換為節點數較小、特征維數相同的輸出圖；壓縮Haar變換在Haar小波域中過濾出細節信息。通過這種方式，所有HaarPooling層一起將任何給定輸入圖的特征合成為大小一致的特征向量。這種變換提供了數據的稀疏表征，并保留了輸入圖的結構信息。使用標準圖卷積層和HaarPooling層實現的GNN在各種圖分類和回歸問題上實現了最先進的性能。

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4. Interferometric Graph Transform: a Deep Unsupervised Graph Representation 作者：Edouard Oyallon

摘要：我們提出了Interferometric Graph Transform(IGT)，這是一類用于構建圖表示的新型深度無監督圖卷積神經網絡。我們的第一個貢獻是提出了一種從歐幾里德傅立葉變換的推廣得到的通用復數譜圖結構。基于一個新穎的貪婪凹目標，我們的學習表示既包括可區分的特征，也包括不變的特征。通過實驗可以得到，我們的學習過程利用了譜域的拓撲，這通常是譜方法的一個缺陷，特別是我們的方法可以恢復視覺任務的解析算子。我們在各種具有挑戰性的任務上測試了我們的算法，例如圖像分類(MNIST，CIFAR-10)、社區檢測(Authorship，Facebook graph)和3D骨架視頻中的動作識別(SBU，NTU)，在譜圖非監督環境下展示了一種新的技術水平。

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5. Spectral Clustering with Graph Neural Networks for Graph Pooling

作者：Filippo Maria Bianchi, Daniele Grattarola, Cesare Alippi

摘要：譜聚類(SC)是發現圖上強連通社區的一種流行的聚類技術。SC可以在圖神經網絡(GNN)中使用，以實現聚合屬于同一簇的節點的池化操作。然而，Laplacian的特征分解代價很高，而且由于聚類結果是特定于圖的，因此基于SC的池化方法必須對每個新樣本執行新的優化。在本文中，我們提出了一種圖聚類方法來解決SC的這些局限性。我們建立了歸一化minCUT問題的連續松弛公式，并訓練GNN來計算最小化這一目標的簇分配。我們的基于GNN的實現是可微的，不需要計算譜分解，并且學習了一個聚類函數，可以在樣本外的圖上快速評估。從提出的聚類方法出發，我們設計了一個圖池化算子，它克服了現有圖池化技術的一些重要局限性，并在多個監督和非監督任務中取得了最好的性能。

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6. When Does Self-Supervision Help Graph Convolutional Networks?

作者：Yuning You, Tianlong Chen, Zhangyang Wang, Yang Shen

摘要：自監督作為一種新興的技術已被用于訓練卷積神經網絡(CNNs)，以提高圖像表示學習的可傳遞性、泛化能力和魯棒性。然而，自監督對操作圖形數據的圖卷積網絡(GCNS)的介紹卻很少被探索。在這項研究中，我們首次將自監督納入GCNS的系統探索和評估。我們首先闡述了將自監督納入GCNS的三種機制，分析了預訓練&精調和自訓練的局限性，并進而將重點放在多任務學習上。此外，我們還提出了三種新的GCNS自監督學習任務，并進行了理論分析和數值比較。最后，我們進一步將多任務自監督融入到圖對抗性訓練中。研究結果表明，通過合理設計任務形式和合并機制，自監督有利于GCNS獲得更強的泛化能力和魯棒性。

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【導讀】作為世界數據挖掘領域的最高級別的學術會議，ACM SIGKDD（國際數據挖掘與知識發現大會，簡稱 KDD）每年都會吸引全球領域眾多專業人士參與。今年的 KDD大會計劃將于 2020 年 8 月 23 日 ~27 日在美國美國加利福尼亞州圣地亞哥舉行。上周，KDD 2020官方發布接收論文，共有1279篇論文提交到Research Track，共216篇被接收，接收率16.8%。近期一些Paper放出來了，為此，專知小編提前為大家整理了五篇KDD 2020 圖神經網絡（GNN）相關論文，供大家參考。——圖結構學習、多元時間序列預測、負采樣、多任務多視角圖表示學習、多興趣推薦

CVPR2020SGNN、CVPR2020GNN_Part2、CVPR2020GNN_Part1、WWW2020GNN_Part1、AAAI2020GNN、ACMMM2019GNN、CIKM2019GNN、ICLR2020GNN、EMNLP2019GNN、ICCV2019GNN_Part2、ICCV2019GNN_Part1、NIPS2019GNN、IJCAI2019GNN_Part1、IJCAI2019GNN_Part2、KDD2019GNN、ACL2019GNN、CVPR2019GNN、

1. Graph Structure Learning for Robust Graph Neural Networks

作者：Wei Jin, Yao Ma, Xiaorui Liu, Xianfeng Tang, Suhang Wang, Jiliang Tang

摘要：圖神經網絡(GNNs)是圖表示學習的有力工具。但是，最近的研究表明，GNN容易受到精心設計的擾動（稱為對抗攻擊）的攻擊。對抗性攻擊很容易欺騙GNN來預測下游任務。對于對抗攻擊的脆弱性使人們越來越關注在安全關鍵型應用中應用GNN。因此，開發穩健的算法來防御對抗攻擊具有重要意義。防御對抗攻擊的一個自然想法是清理受干擾的圖。很明顯，真實世界的圖共享一些內在屬性。例如，許多現實世界的圖都是低秩和稀疏的，兩個相鄰節點的特征往往是相似的。事實上，我們發現對抗攻擊很可能會違背這些圖的性質。因此，在本文中，我們利用這些特性來防御針對圖的對抗攻擊。特別是，我們提出了一個通用框架Pro-GNN，該框架可以從受這些特性指導的擾動圖中聯合學習結構圖和魯棒圖神經網絡模型。在真實圖上的大量實驗表明，即使在圖受到嚴重干擾的情況下，我們所提出的框架也比現有的防御方法獲得了顯著更好的性能。我們將Pro-GNN的實現發布到我們的DeepRobust存儲庫，以進行對抗性攻擊和防御。

網址： //arxiv.org/pdf/2005.10203.pdf

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2. Connecting the Dots: Multivariate Time Series Forecasting with Graph Neural Networks

作者：Zonghan Wu, Shirui Pan, Guodong Long, Jing Jiang, Xiaojun Chang, Chengqi Zhang

摘要：多變量時間序列的建模長期以來一直吸引著來自經濟、金融和交通等不同領域的研究人員的關注。多變量時間序列預測背后的一個基本假設是其變量之間相互依賴，但現有方法未能充分利用變量對之間的潛在空間相關性。同時，近些年來，圖神經網絡(GNNs)在處理關系依賴方面表現出了很高的能力。GNN需要定義良好的圖結構來進行信息傳播，這意味著它們不能直接應用于事先不知道依賴關系的多變量時間序列。本文提出了一種專門針對多變量時間序列數據設計的通用圖神經網絡框架。該方法通過圖學習模塊自動提取變量間的單向關系，可以方便地集成變量屬性等外部知識。在此基礎上，提出了一種新的max-hop傳播層和一個dilated inception層來捕捉時間序列中的時間和空間依賴關系。圖學習、圖卷積和時間卷積模塊在端到端框架中聯合學習。實驗結果表明，我們提出的模型在4個基準數據集中的3個數據上優于最新的基線方法，并且在提供額外結構信息的兩個交通數據集上，與其他方法具有同等的性能。

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3. Understanding Negative Sampling in Graph Representation Learning

作者：Zhen Yang, Ming Ding, Chang Zhou, Hongxia Yang, Jingren Zhou, Jie Tang

摘要：在最近的幾年中，對圖表示學習進行了廣泛的研究。盡管它有可能為各種網絡生成連續的嵌入，但是在大型節點集中得到有效高質量的表示仍然具有挑戰性。采樣是實現該性能目標的關鍵點。現有技術通常側重于正向節點對的采樣，而對負向采樣的策略探索不夠。為了彌補這一差距，我們從目標和風險兩個角度系統地分析了負采樣的作用，從理論上論證了負采樣在確定優化目標和結果方差方面與正采樣同等重要。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成正相關但亞線性相關的方法。在該理論的指導下，我們提出了MCNS，用自對比度近似法近似正分布，并通過Metropolis-Hastings加速負采樣。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穩健性和優越性。

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4. M2GRL: A Multi-task Multi-view Graph Representation Learning Framework for Web-scale Recommender Systems

作者：Menghan Wang, Yujie Lin, Guli Lin, Keping Yang, Xiao-ming Wu

摘要：將圖表示學習與多視圖數據(邊信息)相結合進行推薦是工業上的一種趨勢。現有的大多數方法可以歸類為多視圖表示融合，它們首先構建一個圖，然后將多視圖數據集成到圖中每個節點的單個緊湊表示中。這些方法在工程和算法方面都引起了人們的關注：1)多視圖數據在工業中是豐富而且有用的，并且可能超過單個矢量的容量；2)由于多視圖數據往往來自不同的分布，可能會引入歸納偏置（inductive bias）。在本文中，我們使用一種多視圖表示對齊方法來解決這個問題。特別地，我們提出了一個多任務多視角圖表示學習框架(M2GRL)來學習web級推薦系統中的多視角圖節點表示。M2GRL為每個單視圖數據構造一個圖，從多個圖中學習多個單獨的表示，并執行對齊以建立模型的交叉視圖關系。M2GRL選擇了一種多任務學習范式來聯合學習視圖內表示和交叉視圖關系。此外，M2GRL在訓練過程中利用同方差不確定性自適應地調整任務的損失權重。我們在淘寶部署了M2GRL，并對570億個實例進行了訓練。根據離線指標和在線A/B測試，M2GRL的性能明顯優于其他最先進的算法。對淘寶多樣性推薦的進一步研究表明，利用M2GRL產生的多種表征是有效的，對于不同側重點的各種工業推薦任務來說，M2GRL是一個很有前途的方向。

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5. Controllable Multi-Interest Framework for Recommendation

作者：Yukuo Cen, Jianwei Zhang, Xu Zou, Chang Zhou, Hongxia Yang, Jie Tang

摘要：近年來，由于深度學習的快速發展，神經網絡在電子商務推薦系統中得到了廣泛的應用。我們將推薦系統形式化為一個序列推薦問題，目的是預測可能與用戶交互的下一個項目。最近的研究通常從用戶的行為序列中給出一個整體的嵌入。然而，統一的用戶嵌入不能反映用戶在一段時間內的多個興趣。本文提出了一種新穎的可控多興趣序列推薦框架，稱為ComiRec。我們的多興趣模塊從用戶行為序列中捕獲多個興趣，可用于從大規模項目集中檢索候選項目。然后將這些項目送入聚合模塊以獲得總體推薦。聚合模塊利用一個可控因素來平衡推薦的準確性和多樣性。我們在兩個真實的數據集Amazon和Taobao進行序列推薦實驗。實驗結果表明，我們的框架相對于最新模型取得了重大改進。我們的框架也已成功部署在離線阿里巴巴分布式云平臺上。

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主題： Graph Neural Networks with Composite Kernels

摘要： 近年來，對圖結構化數據的學習引起了越來越多人的興趣。諸如圖卷積網絡（GCN）之類的框架已經證明了它們在各種任務中捕獲結構信息并獲得良好性能的能力。在這些框架中，節點聚合方案通常用于捕獲結構信息：節點的特征向量是通過聚集其相鄰節點的特征來遞歸計算的。但是，大多數聚合方案都將圖中的所有連接均等化，而忽略了節點特征的相似性。本文從內核權重的角度重新解釋了節點聚合，并提出了一個框架來考慮特征相似性。我們表明歸一化的鄰接矩陣等效于Kerin空間中基于鄰居的內核矩陣。然后，我們提出功能聚集作為基于原始鄰居的內核和可學習的內核的組成，以在特征空間中編碼特征相似性。我們進一步展示了如何將所提出的方法擴展到圖注意力網絡（GAT）。實驗結果表明，在一些實際應用中，我們提出的框架具有更好的性能。

1、 Adversarial Graph Embedding for Ensemble Clustering

作者：Zhiqiang Tao , Hongfu Liu , Jun Li , ZhaowenWang and Yun Fu;

摘要：Ensemble Clustering通常通過圖分區方法將基本分區集成到共識分區（consensus partition）中，但這種方法存在兩個局限性: 1) 它忽略了重用原始特征; 2）獲得具有可學習圖表示的共識分區（consensus partition）仍未得到充分研究。在本文中，我們提出了一種新穎的對抗圖自動編碼器（AGAE）模型，將集成聚類結合到深度圖嵌入過程中。具體地，采用圖卷積網絡作為概率編碼器，將特征內容信息與共識圖信息進行聯合集成，并使用簡單的內積層作為解碼器，利用編碼的潛變量（即嵌入表示）重建圖。此外，我們還開發了一個對抗正則化器來指導具有自適應分區依賴先驗的網絡訓練。通過對8個實際數據集的實驗，證明了AGAE在幾種先進的深度嵌入和集成聚類方法上的有效性。

網址：//www.ijcai.org/proceedings/2019/0494.pdf

2、Attributed Graph Clustering via Adaptive Graph Convolution

作者：Xiaotong Zhang, Han Liu, Qimai Li and Xiao-Ming Wu;

摘要：Attributed Graph聚類是一項具有挑戰性的工作，它要求對圖結構和節點屬性進行聯合建模。圖卷積網絡的研究進展表明，圖卷積能夠有效地將結構信息和內容信息結合起來，近年來基于圖卷積的方法在一些實際屬性網絡上取得了良好的聚類性能。然而，對于圖卷積如何影響聚類性能以及如何正確地使用它來優化不同圖的性能，人們的了解有限。現有的方法本質上是利用固定低階的圖卷積，只考慮每個節點幾跳內的鄰居，沒有充分利用節點關系，忽略了圖的多樣性。本文提出了一種自適應圖卷積方法，利用高階圖卷積捕獲全局聚類結構，并自適應地為不同的圖選擇合適的順序。通過對基準數據集的理論分析和大量實驗，驗證了該方法的有效性。實驗結果表明，該方法與現有的方法相比具有較好的優越性。

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3、Dynamic Hypergraph Neural Networks

作者：Jianwen Jiang , Yuxuan Wei , Yifan Feng , Jingxuan Cao and Yue Gao;

摘要：近年來，基于圖/超圖（graph/hypergraph）的深度學習方法引起了研究者的廣泛關注。這些深度學習方法以圖/超圖結構作為模型的先驗知識。然而，隱藏的重要關系并沒有直接表現在內在結構中。為了解決這個問題，我們提出了一個動態超圖神經網絡框架（DHGNN），它由兩個模塊的堆疊層組成：動態超圖構造（DHG）和超圖卷積（HGC）。考慮到最初構造的超圖可能不適合表示數據，DHG模塊在每一層上動態更新超圖結構。然后引入超圖卷積對超圖結構中的高階數據關系進行編碼。HGC模塊包括兩個階段:頂點卷積和超邊界卷積，它們分別用于聚合頂點和超邊界之間的特征。我們已經在標準數據集、Cora引文網絡和微博數據集上評估了我們的方法。我們的方法優于最先進的方法。通過更多的實驗驗證了該方法對不同數據分布的有效性和魯棒性。

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4、Exploiting Interaction Links for Node Classification with Deep Graph Neural Networks

作者：Hogun Park and Jennifer Neville;

摘要：節點分類是關系機器學習中的一個重要問題。然而，在圖邊表示實體間交互的場景中(例如，隨著時間的推移)，大多數當前方法要么將交互信息匯總為鏈接權重，要么聚合鏈接以生成靜態圖。在本文中，我們提出了一種神經網絡結構，它可以同時捕獲時間和靜態交互模式，我們稱之為Temporal-Static-Graph-Net（TSGNet）。我們的主要觀點是，利用靜態鄰居編碼器(可以學習聚合鄰居模式)和基于圖神經網絡的遞歸單元(可以捕獲復雜的交互模式)，可以提高節點分類的性能。在我們對節點分類任務的實驗中，與最先進的方法相比，TSGNet取得了顯著的進步——與四個真實網絡和一個合成數據集中的最佳競爭模型相比，TSGNet的分類錯誤減少了24%，平均減少了10%。

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5、Fine-grained Event Categorization with Heterogeneous Graph Convolutional Networks

作者：Hao Peng, Jianxin Li, Qiran Gong, Yangqiu Song, Yuanxing Ning, Kunfeng Lai and Philip S. Yu;

摘要：事件在現實世界中實時發生，可以是涉及多個人和物體的計劃和組織場合。社交媒體平臺發布了大量包含公共事件和綜合話題的文本消息。然而，由于文本中事件元素的異構性以及顯式和隱式的社交網絡結構，挖掘社會事件是一項具有挑戰性的工作。本文設計了一個事件元模式來表征社會事件的語義關聯，并構建了一個基于事件的異構信息網絡(HIN)，該網絡融合了外部知識庫中的信息，提出了一種基于對偶流行度圖卷積網絡(PP-GCN)的細粒度社會事件分類模型。我們提出了一種基于事件間社會事件相似度(KIES)的知識元路徑實例，并建立了一個加權鄰域矩陣作為PP-GCN模型的輸入。通過對真實數據收集的綜合實驗，比較各種社會事件檢測和聚類任務。實驗結果表明，我們提出的框架優于其他可選的社會事件分類技術。

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6、Graph Contextualized Self-Attention Network for Session-based Recommendation

作者：Chengfeng Xu, Pengpeng Zhao, Yanchi Liu, Victor S. Sheng, Jiajie Xu, Fuzhen Zhuang, Junhua Fang and Xiaofang Zhou;

摘要：基于會話的推薦旨在預測用戶基于匿名會話的下一步行動，是許多在線服務（比如電子商務，媒體流）中的關鍵任務。近年來，在不使用遞歸網絡和卷積網絡的情況下，自注意力網絡(SAN)在各種序列建模任務中取得了顯著的成功。然而，SAN缺乏存在于相鄰商品上的本地依賴關系，并且限制了其學習序列中商品的上下文表示的能力。本文提出了一種利用圖神經網絡和自注意力機制的圖上下文自注意力模型(GC-SAN)，用于基于會話的推薦。在GC-SAN中，我們動態地為會話序列構造一個圖結構，并通過圖神經網絡(GNN)捕獲豐富的局部依賴關系。然后，每個會話通過應用自注意力機制學習長期依賴關系。最后，每個會話都表示為全局首選項和當前會話興趣的線性組合。對兩個真實數據集的大量實驗表明，GC-SAN始終優于最先進的方法。

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7、Graph Convolutional Network Hashing for Cross-Modal Retrieval

作者：Ruiqing Xu , Chao Li , Junchi Yan , Cheng Deng and Xianglong Liu;

摘要：基于深度網絡的跨模態檢索近年來取得了顯著的進展。然而，彌補模態差異，進一步提高檢索精度仍然是一個關鍵的瓶頸。本文提出了一種圖卷積哈希(GCH)方法，該方法通過關聯圖學習模態統一的二進制碼。一個端到端深度體系結構由三個主要組件構成：語義編碼模塊、兩個特征編碼網絡和一個圖卷積網絡(GCN)。我們設計了一個語義編碼器作為教師模塊來指導特征編碼過程，即學生模塊，用于語義信息的挖掘。此外，利用GCN研究數據點之間的內在相似性結構，有助于產生有區別的哈希碼。在三個基準數據集上的大量實驗表明，所提出的GCH方法優于最先進的方法。

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1、Approximation Ratios of Graph Neural Networks for Combinatorial Problems

作者：Ryoma Sato， Makoto Yamada， Hisashi Kashima;

摘要：本文從理論的角度研究了圖神經網絡(GNNs)在學習組合問題近似算法中的作用。為此，我們首先建立了一個新的GNN類，它可以嚴格地解決比現有GNN更廣泛的問題。然后，我們彌合了GNN理論和分布式局部算法理論之間的差距，從理論上證明了最強大的GNN可以學習最小支配集問題的近似算法和具有一些近似比的最小頂點覆蓋問題比率，并且沒有GNN可以執行比這些比率更好。本文首次闡明了組合問題中GNN的近似比。此外，我們還證明了在每個節點特征上添加著色或弱著色可以提高這些近似比。這表明預處理和特征工程在理論上增強了模型的能力。

網址：//www.zhuanzhi.ai/paper/9cad40c81920dfd71fa91e4ddf778616

2、D-VAE: A Variational Autoencoder for Directed Acyclic Graphs

作者：Muhan Zhang, Shali Jiang, Zhicheng Cui, Roman Garnett, Yixin Chen;

摘要：圖結構數據在現實世界中是豐富的。在不同的圖類型中，有向無環圖(DAG)是機器學習研究人員特別感興趣的，因為許多機器學習模型都是通過DAG上的計算來實現的，包括神經網絡和貝葉斯網絡。本文研究了DAG的深度生成模型，提出了一種新的DAG變分自編碼器(D-VAE)。為了將DAG編碼到潛在空間中，我們利用了圖神經網絡。我們提出了一個異步消息傳遞方案，它允許在DAG上編碼計算，而不是使用現有的同步消息傳遞方案來編碼局部圖結構。通過神經結構搜索和貝葉斯網絡結構學習兩項任務驗證了該方法的有效性。實驗表明，該模型不僅生成了新穎有效的DAG，還可以生成平滑的潛在空間，有助于通過貝葉斯優化搜索具有更好性能的DAG。

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3、End to end learning and optimization on graphs

作者：Bryan Wilder, Eric Ewing, Bistra Dilkina, Milind Tambe;

摘要：在實際應用中，圖的學習和優化問題常常結合在一起。例如，我們的目標可能是對圖進行集群，以便檢測有意義的社區(或者解決其他常見的圖優化問題，如facility location、maxcut等)。然而，圖或相關屬性往往只是部分觀察到，引入了一些學習問題，如鏈接預測，必須在優化之前解決。我們提出了一種方法，將用于常見圖優化問題的可微代理集成到用于鏈接預測等任務的機器學習模型的訓練中。這允許模型特別關注下游任務，它的預測將用于該任務。實驗結果表明，我們的端到端系統在實例優化任務上的性能優于將現有的鏈路預測方法與專家設計的圖優化算法相結合的方法。

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4、Graph Neural Tangent Kernel: Fusing Graph Neural Networks with Graph Kernels

作者：Simon S. Du, Kangcheng Hou, Barnabás Póczos, Ruslan Salakhutdinov, Ruosong Wang, Keyulu Xu;

摘要：雖然圖內核(graph kernel，GK)易于訓練并享有可證明的理論保證，但其實際性能受其表達能力的限制，因為內核函數往往依賴于圖的手工組合特性。與圖內核相比，圖神經網絡通常具有更好的實用性能，因為圖神經網絡使用多層結構和非線性激活函數來提取圖的高階信息作為特征。然而，由于訓練過程中存在大量的超參數，且訓練過程具有非凸性，使得GNN的訓練更加困難。GNN的理論保障也沒有得到很好的理解。此外，GNN的表達能力隨參數的數量而變化，在計算資源有限的情況下，很難充分利用GNN的表達能力。本文提出了一類新的圖內核，即圖神經切線核(GNTKs)，它對應于通過梯度下降訓練的無限寬的多層GNN。GNTK充分發揮了GNN的表現力，繼承了GK的優勢。從理論上講，我們展示了GNTK可以在圖上學習一類平滑函數。根據經驗，我們在圖分類數據集上測試GNTK并展示它們實現了強大的性能。

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5、HyperGCN: A New Method of Training Graph Convolutional Networks on Hypergraphs

作者：Naganand Yadati, Madhav Nimishakavi, Prateek Yadav, Vikram Nitin, Anand Louis, Partha Talukdar;

摘要：在許多真實世界的網絡數據集中，如co-authorship、co-citation、email communication等，關系是復雜的，并且超越了成對關聯。超圖（Hypergraph）提供了一個靈活而自然的建模工具來建模這種復雜的關系。在許多現實世界網絡中，這種復雜關系的明顯存在，自然會激發使用Hypergraph學習的問題。一種流行的學習范式是基于超圖的半監督學習(SSL)，其目標是將標簽分配給超圖中最初未標記的頂點。由于圖卷積網絡(GCN)對基于圖的SSL是有效的，我們提出了HyperGCN，這是一種在超圖上訓練用于SSL的GCN的新方法。我們通過對真實世界超圖的詳細實驗證明HyperGCN的有效性，并分析它何時比最先進的baseline更有效。

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6、Social-BiGAT: Multimodal Trajectory Forecasting using Bicycle-GAN and Graph Attention Networks

作者：Vineet Kosaraju, Amir Sadeghian, Roberto Martín-Martín, Ian Reid, S. Hamid Rezatofighi, Silvio Savarese;

摘要：從自動駕駛汽車和社交機器人的控制到安全監控，預測場景中多個交互主體的未來軌跡已成為許多不同應用領域中一個日益重要的問題。這個問題由于人類之間的社會互動以及他們與場景的身體互動而變得更加復雜。雖然現有的文獻探索了其中的一些線索，但它們主要忽略了每個人未來軌跡的多模態性質。在本文中，我們提出了一個基于圖的生成式對抗網絡Social-BiGAT，它通過更好地建模場景中行人的社交互來生成真實的多模態軌跡預測。我們的方法是基于一個圖注意力網絡(GAT)學習可靠的特征表示(編碼場景中人類之間的社會交互)，以及一個反方向訓練的循環編解碼器體系結構(根據特征預測人類的路徑)。我們明確地解釋了預測問題的多模態性質，通過在每個場景與其潛在噪聲向量之間形成一個可逆的變換，就像在Bicycle-GAN中一樣。我們表明了，與現有軌跡預測基準的幾個baseline的比較中，我們的框架達到了最先進的性能。

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7、Scalable Gromov-Wasserstein Learning for Graph Partitioning and Matching

作者：Hongteng Xu, Dixin Luo, Lawrence Carin;

摘要：我們提出了一種可擴展的Gromov-Wasserstein learning (S-GWL) 方法，并建立了一種新的、理論支持的大規模圖分析范式。該方法基于Gromov-Wasserstein discrepancy，是圖上的偽度量。給定兩個圖，與它們的Gromov-Wasserstein discrepancy相關聯的最優傳輸提供了節點之間的對應關系，從而實現了圖的匹配。當其中一個圖具有獨立但自連接的節點時（即，一個斷開連接的圖），最優傳輸表明了其他圖的聚類結構，實現了圖的劃分。利用這一概念，通過學習多觀測圖的Gromov-Wasserstein barycenter圖，將該方法推廣到多圖的劃分與匹配; barycenter圖起到斷開圖的作用，因為它是學習的，所以聚類也是如此。該方法將遞歸K分割機制與正則化近似梯度算法相結合，對于具有V個節點和E條邊的圖，其時間復雜度為O(K(E+V) logk V)。據我們所知，我們的方法是第一次嘗試使Gromov-Wasserstein discrepancy適用于大規模的圖分析，并將圖的劃分和匹配統一到同一個框架中。它優于最先進的圖劃分和匹配方法，實現了精度和效率之間的平衡。

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8、Universal Invariant and Equivariant Graph Neural Networks

作者：Nicolas Keriven, Gabriel Peyré;

摘要：圖神經網絡(GNN)有多種形式，但應該始終是不變的(輸入圖節點的排列不會影響輸出)或等變的(輸入的排列置換輸出)。本文考慮一類特殊的不變和等變網絡，證明了它的一些新的普適性定理。更確切地說，我們考慮具有單個隱藏層的網絡，它是通過應用等變線性算子、點態非線性算子和不變或等變線性算子形成的信道求和而得到的。最近，Maron et al. (2019b)指出，通過允許網絡內部的高階張量化，可以獲得通用不變的GNN。作為第一個貢獻，我們提出了這個結果的另一種證明，它依賴于實值函數代數的Stone-Weierstrass定理。我們的主要貢獻是將這一結果推廣到等變情況，這種情況出現在許多實際應用中，但從理論角度進行的研究較少。證明依賴于一個新的具有獨立意義的廣義等變函數代數Stone-Weierstrass定理。最后，與以往許多考慮固定節點數的設置不同，我們的結果表明，由一組參數定義的GNN可以很好地近似于在不同大小的圖上定義的函數。

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