Graph Neural Networks (GNNs) have become pivotal tools for a range of graph-based learning tasks. Notably, most current GNN architectures operate under the assumption of homophily, whether explicitly or implicitly. While this underlying assumption is frequently adopted, it is not universally applicable, which can result in potential shortcomings in learning effectiveness. In this paper, \textbf{for the first time}, we transfer the prevailing concept of ``one node one receptive field" to the heterophilic graph. By constructing a proxy label predictor, we enable each node to possess a latent prediction distribution, which assists connected nodes in determining whether they should aggregate their associated neighbors. Ultimately, every node can have its own unique aggregation hop and pattern, much like each snowflake is unique and possesses its own characteristics. Based on observations, we innovatively introduce the Heterophily Snowflake Hypothesis and provide an effective solution to guide and facilitate research on heterophilic graphs and beyond. We conduct comprehensive experiments including (1) main results on 10 graphs with varying heterophily ratios across 10 backbones; (2) scalability on various deep GNN backbones (SGC, JKNet, etc.) across various large number of layers (2,4,6,8,16,32 layers); (3) comparison with conventional snowflake hypothesis; (4) efficiency comparison with existing graph pruning algorithms. Our observations show that our framework acts as a versatile operator for diverse tasks. It can be integrated into various GNN frameworks, boosting performance in-depth and offering an explainable approach to choosing the optimal network depth. The source code is available at \url{https://github.com/bingreeky/HeteroSnoH}.


翻译:图神经网络已成为各类基于图的学习任务的关键工具。值得注意的是,当前大多数图神经网络架构(无论是显式还是隐式地)均基于同质性假设进行设计。尽管这一基础假设被广泛采用,但其并非普遍适用,可能导致学习效果存在潜在缺陷。本文**首次**将“单节点单感受野”的主流概念迁移至异质图场景。通过构建一个代理标签预测器,我们使每个节点能够获得一个潜在的预测分布,该分布可辅助相连节点判断是否应聚合其关联邻居。最终,每个节点均可拥有其独特的聚合跳数与模式,正如每片雪花都具有独特性并拥有自身特征。基于观测结果,我们创新性地提出异质图雪假说,并为指导与促进异质图及其他相关领域的研究提供了有效解决方案。我们进行了全面的实验,包括:(1)在10种不同异质比率的图上对10种骨干网络的主要结果;(2)在不同深度图神经网络骨干(SGC、JKNet等)上对多种深层架构(2、4、6、8、16、32层)的可扩展性测试;(3)与传统雪假说的对比;(4)与现有图剪枝算法的效率比较。实验结果表明,我们的框架可作为适用于多样化任务的通用算子。该框架能够集成至多种图神经网络架构中,在提升深层网络性能的同时,为选择最优网络深度提供了可解释的方法。源代码公开于\url{https://github.com/bingreeky/HeteroSnoH}。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
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
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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
VIP会员
最新内容
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
3+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
8+阅读 · 6月1日
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
3+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
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
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
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
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