Heterogeneous Graph Neural Networks (HGNNs) are a class of powerful deep learning methods widely used to learn representations of heterogeneous graphs. Despite the fast development of HGNNs, they still face some challenges such as over-smoothing, and non-robustness. Previous studies have shown that these problems can be reduced by using gradient regularization methods. However, the existing gradient regularization methods focus on either graph topology or node features. There is no universal approach to integrate these features, which severely affects the efficiency of regularization. In addition, the inclusion of gradient regularization into HGNNs sometimes leads to some problems, such as an unstable training process, increased complexity and insufficient coverage regularized information. Furthermore, there is still short of a complete theoretical analysis of the effects of gradient regularization on HGNNs. In this paper, we propose a novel gradient regularization method called Grug, which iteratively applies regularization to the gradients generated by both propagated messages and the node features during the message-passing process. Grug provides a unified framework integrating graph topology and node features, based on which we conduct a detailed theoretical analysis of their effectiveness. Specifically, the theoretical analyses elaborate the advantages of Grug: 1) Decreasing sample variance during the training process (Stability); 2) Enhancing the generalization of the model (Universality); 3) Reducing the complexity of the model (Simplicity); 4) Improving the integrity and diversity of graph information utilization (Diversity). As a result, Grug has the potential to surpass the theoretical upper bounds set by DropMessage (AAAI-23 Distinguished Papers). In addition, we evaluate Grug on five public real-world datasets with two downstream tasks.


翻译:异构图神经网络(HGNNs)是一类强大的深度学习方法,广泛应用于异构图的表示学习。尽管HGNNs发展迅速,但仍面临过平滑、非鲁棒性等挑战。已有研究表明,梯度正则化方法可缓解这些问题。然而,现有梯度正则化方法要么聚焦于图拓扑结构,要么聚焦于节点特征,缺乏统一整合这些特征的通用方法,严重制约了正则化效率。此外,将梯度正则化引入HGNNs有时会导致训练过程不稳定、复杂度增加及正则化信息覆盖不全等问题。更重要的是,目前尚缺乏关于梯度正则化对HGNNs影响的完整理论分析。本文提出一种名为Grug的新型梯度正则化方法,该方法在消息传递过程中,对由传播消息和节点特征共同生成的梯度迭代施加正则化。Grug构建了整合图拓扑结构与节点特征的统一框架,并基于该框架对其有效性进行了详细的理论分析。具体而言,理论分析阐述了Grug的四大优势:1)降低训练过程中的样本方差(稳定性);2)增强模型泛化能力(通用性);3)降低模型复杂度(简洁性);4)提升图信息利用的完整性与多样性(多样性)。因此,Grug具备超越DropMessage(AAAI-23杰出论文)所设理论上限的潜力。此外,我们在五个公开真实数据集上对Grug进行了评估,涉及两项下游任务。

0
下载
关闭预览

相关内容

100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Heterogeneous Graph Transformer
Arxiv
27+阅读 · 2020年3月3日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
0+阅读 · 30分钟前
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
1+阅读 · 38分钟前
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:27
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
14+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
11+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
7+阅读 · 6月4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
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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关论文
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Heterogeneous Graph Transformer
Arxiv
27+阅读 · 2020年3月3日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员