Graph Neural Networks (GNNs) often struggle to capture the link-specific structural patterns crucial for accurate link prediction, as their node-centric message-passing schemes overlook the subgraph structures connecting a pair of nodes. Existing methods to inject such structural context either incur high computational cost or rely on simplistic heuristics (e.g., common neighbor counts) that fail to model multi-hop dependencies. We introduce SP4LP (Shortest Path for Link Prediction), a novel framework that combines GNN-based node encodings with sequence modeling over shortest paths. Specifically, SP4LP first applies a GNN to compute representations for all nodes, then extracts the shortest path between each candidate node pair and processes the resulting sequence of node embeddings using a sequence model. This design enables SP4LP to capture expressive multi-hop relational patterns with computational efficiency. Empirically, SP4LP achieves state-of-the-art performance across link prediction benchmarks. Theoretically, we prove that SP4LP is strictly more expressive than standard message-passing GNNs and several state-of-the-art structural features methods, establishing it as a general and principled approach for link prediction in graphs.


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网络中的链路预测(Link Prediction)是指如何通过已知的网络节点以及网络结构等信息预测网络中尚未产生连边的两个节点之间产生链接的可能性。这种预测既包含了对未知链接(exist yet unknown links)的预测也包含了对未来链接(future links)的预测。该问题的研究在理论和应用两个方面都具有重要的意义和价值 。
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