Graph neural networks (GNNs) are powerful tools for performing data science tasks in various domains. Although we use GNNs in wide application scenarios, it is a laborious task for researchers and practitioners to design/select optimal GNN architectures in diverse graphs. To save human efforts and computational costs, graph neural architecture search (Graph NAS) has been used to search for a sub-optimal GNN architecture that combines existing components. However, there are no existing Graph NAS methods that satisfy explainability, efficiency, and adaptability to various graphs. Therefore, we propose an efficient and explainable Graph NAS method, called ExGNAS, which consists of (i) a simple search space that can adapt to various graphs and (ii) a search algorithm that makes the decision process explainable. The search space includes only fundamental functions that can handle homophilic and heterophilic graphs. The search algorithm efficiently searches for the best GNN architecture via Monte-Carlo tree search without neural models. The combination of our search space and algorithm achieves finding accurate GNN models and the important functions within the search space. We comprehensively evaluate our method compared with twelve hand-crafted GNN architectures and three Graph NAS methods in four graphs. Our experimental results show that ExGNAS increases AUC up to 3.6 and reduces run time up to 78\% compared with the state-of-the-art Graph NAS methods. Furthermore, we show ExGNAS is effective in analyzing the difference between GNN architectures in homophilic and heterophilic graphs.


翻译:图神经网络(GNNs)是处理各领域数据科学任务的强大工具。尽管GNNs已广泛应用于多种场景,但研究者与从业者在不同图结构中设计/选择最优GNN架构仍是项艰巨任务。为节省人力与计算成本,图神经架构搜索(Graph NAS)已被用于搜索结合现有组件的次优GNN架构。然而,现有Graph NAS方法无法同时满足可解释性、高效性及对不同图结构的适应性。为此,我们提出一种高效可解释的Graph NAS方法ExGNAS,其包含:(i) 可适配多种图结构的简洁搜索空间,(ii) 使决策过程可解释的搜索算法。该搜索空间仅包含能处理同配性与异配性图的基础函数。搜索算法通过蒙特卡洛树搜索(无需神经模型)高效寻找最优GNN架构。搜索空间与算法的结合实现了精准GNN模型及关键功能函数的发现。我们在四种图结构上,将本方法与十二种手工设计GNN架构及三种Graph NAS方法进行综合评估。实验结果表明:与最先进的Graph NAS方法相比,ExGNAS在AUC指标上最高提升3.6,运行时间最高降低78%。此外,我们验证了ExGNAS在分析同配性与异配性图中GNN架构差异方面的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
7+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
3+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
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
2+阅读 · 2017年12月31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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员