Out-of-distribution (OOD) generalization is an important issue for Graph Neural Networks (GNNs). Recent works employ different graph editions to generate augmented environments and learn an invariant GNN for generalization. However, the label shift usually occurs in augmentation since graph structural edition inevitably alters the graph label. This brings inconsistent predictive relationships among augmented environments, which is harmful to generalization. To address this issue, we propose \textbf{LiSA}, which generates label-invariant augmentations to facilitate graph OOD generalization. Instead of resorting to graph editions, LiSA exploits \textbf{L}abel-\textbf{i}nvariant \textbf{S}ubgraphs of the training graphs to construct \textbf{A}ugmented environments. Specifically, LiSA first designs the variational subgraph generators to extract locally predictive patterns and construct multiple label-invariant subgraphs efficiently. Then, the subgraphs produced by different generators are collected to build different augmented environments. To promote diversity among augmented environments, LiSA further introduces a tractable energy-based regularization to enlarge pair-wise distances between the distributions of environments. In this manner, LiSA generates diverse augmented environments with a consistent predictive relationship and facilitates learning an invariant GNN. Extensive experiments on node-level and graph-level OOD benchmarks show that LiSA achieves impressive generalization performance with different GNN backbones. Code is available on \url{https://github.com/Samyu0304/LiSA}.


翻译:分布外泛化(Out-of-distribution, OOD)是图神经网络(Graph Neural Networks, GNNs)的一个重要问题。近期研究采用不同的图编辑手段生成增强环境,并学习不变性GNN以实现泛化。然而,由于图结构编辑不可避免地改变图标签,增强过程中常出现标签偏移。这导致增强环境间预测关系不一致,对泛化有害。为解决此问题,我们提出\textbf{LiSA},通过生成标签不变的增强数据来促进图分布外泛化。不同于依赖图编辑,LiSA利用训练图的\textbf{L}abel-\textbf{i}nvariant \textbf{S}ubgraphs(标签不变子图)构建\textbf{A}ugmented environments(增强环境)。具体而言,LiSA首先设计变分子图生成器,高效提取局部预测模式并构建多个标签不变子图。然后,收集不同生成器产生的子图以构建多样化的增强环境。为促进增强环境的多样性,LiSA进一步引入基于能量的可解正则化项,扩大环境间分布的成对距离。通过这种方式,LiSA生成具有一致预测关系的多样化增强环境,并促进不变性GNN的学习。在节点级和图级分布外泛化基准上的大量实验表明,LiSA在不同GNN骨干网络下均能实现出色的泛化性能。代码开源地址:\url{https://github.com/Samyu0304/LiSA}。

1
下载
关闭预览

相关内容

Graph Transformer近期进展
专知会员服务
65+阅读 · 2023年1月5日
【Google AI】鲁棒图神经网络,Robust Graph Neural Networks
专知会员服务
38+阅读 · 2022年3月9日
【KDD2020-UCLA-微软】GPT-GNN:图神经网络的预训练
专知会员服务
63+阅读 · 2020年8月19日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
254+阅读 · 2020年4月19日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Link prediction | 三篇SEAL相关工作小结
AINLP
48+阅读 · 2020年11月17日
【ACL2020放榜!】事件抽取、关系抽取、NER、Few-Shot 相关论文整理
深度学习自然语言处理
18+阅读 · 2020年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月15日
Arxiv
38+阅读 · 2021年8月31日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
AdarGCN: Adaptive Aggregation GCN for Few-Shot Learning
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Link prediction | 三篇SEAL相关工作小结
AINLP
48+阅读 · 2020年11月17日
【ACL2020放榜!】事件抽取、关系抽取、NER、Few-Shot 相关论文整理
深度学习自然语言处理
18+阅读 · 2020年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员