Optimizing spectral graph neural networks (GNNs) remains a critical challenge in the field, yet the underlying processes are not well understood. In this paper, we investigate the inherent differences between graph convolution parameters and feature transformation parameters in spectral GNNs and their impact on the optimization landscape. Our analysis reveals that these differences contribute to a poorly conditioned problem, resulting in suboptimal performance. To address this issue, we introduce the concept of the block condition number of the Hessian matrix, which characterizes the difficulty of poorly conditioned problems in spectral GNN optimization. We then propose an asymmetric learning approach, dynamically preconditioning gradients during training to alleviate poorly conditioned problems. Theoretically, we demonstrate that asymmetric learning can reduce block condition numbers, facilitating easier optimization. Extensive experiments on eighteen benchmark datasets show that asymmetric learning consistently improves the performance of spectral GNNs for both heterophilic and homophilic graphs. This improvement is especially notable for heterophilic graphs, where the optimization process is generally more complex than for homophilic graphs. Code is available at https://github.com/Mia-321/asym-opt.git.


翻译:优化谱图神经网络(GNNs)仍是该领域的一个关键挑战,但其内在过程尚未得到充分理解。本文研究了谱图神经网络中图卷积参数与特征变换参数之间的固有差异及其对优化地形的影响。我们的分析表明,这些差异导致了病态问题,从而造成次优性能。为解决此问题,我们引入了Hessian矩阵的块条件数概念,用以刻画谱图神经网络优化中病态问题的困难程度。随后,我们提出了一种非对称学习方法,通过在训练过程中动态预处理梯度来缓解病态问题。理论上,我们证明了非对称学习能够降低块条件数,从而简化优化过程。在十八个基准数据集上的大量实验表明,非对称学习方法能持续提升谱图神经网络在同配图和异配图上的性能。这一改进在异配图上尤为显著,因为异配图的优化过程通常比同配图更为复杂。代码可在 https://github.com/Mia-321/asym-opt.git 获取。

1
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2022年10月6日
Arxiv
14+阅读 · 2021年7月20日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员