How deep does a graph neural network need to be on a sparse graph? We study its purest statistical form: node classification on the sparse contextual stochastic block model (CSBM) with average degree $Δ=O(1)$, whose local weak limit is a broadcast-labelled Poisson Galton-Watson tree. Prior work derived a message-passing classifier $h_\ell$ that aggregates from each vertex at distance $k\le\ell$ the attenuated evidence $2\operatorname{artanh}(γ^k t(X_v))$, with $γ$ the edge signal and $t$ a bounded likelihood-ratio transform of the feature. We prove that the value of depth is governed by a single number, the Kesten-Stigum ratio $κ=γ^2Δ$. Below the threshold ($κ<1$), the error sequence is Cauchy at a geometric rate, $|\mathcal{E}(\ell)-\mathcal{E}(\ell')|\le Cκ^{(\ell+1)/3}$ for all $\ell'>\ell$, so all layers beyond depth $O(\log(1/ε))$ change the error by less than $ε$; conversely, under mild regularity each sufficiently deep layer still flips the decision with probability at least $cκ^{\ell/2}$, the empirically sharp exponent. Above the threshold ($κ>1$), depth is geometrically productive: $\mathcal{E}(\ell)$ is driven to a branching-process floor of order at most $1/(κ-1)$ at any geometric rate $κ^{-s\ell}$, $s<1$ (this bound has content only for $κ>17$). No local classifier of any depth beats the universal floor $e^{-Δ}Φ(-ζ)$ set by isolated roots ($ζ$ the feature signal-to-noise ratio), while the first layer provably helps by an explicit total-variation amount. Simulations with an exact belief-propagation baseline on the same trees show that the pairwise rule's error curve is mildly non-monotone in $\ell$, so an optimal finite depth exists (an exact instance is certified in the appendix), while BP saturates strictly faster, at an effective per-layer ratio below $κ$ that we identify.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
图嵌入(Graph embedding)综述
人工智能前沿讲习班
449+阅读 · 2019年4月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
1+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
Arxiv
0+阅读 · 7月4日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
VIP会员
最新内容
机器的崛起:美海军陆战队组建机器人营思考
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:44
无面之战:人工智能如何重绘权力版图
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:25
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
7+阅读 · 9月7日
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
6+阅读 · 9月7日
相关VIP内容
相关资讯
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
图嵌入(Graph embedding)综述
人工智能前沿讲习班
449+阅读 · 2019年4月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
1+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员