Graph convolutional networks (GCNs) allow us to learn topologically-aware node embeddings, which can be useful for classification or link prediction. However, they are unable to capture long-range dependencies between nodes without adding additional layers -- which in turn leads to over-smoothing and increased time and space complexity. Further, the complex dependencies between nodes make mini-batching challenging, limiting their applicability to large graphs. We propose a Scalable Multi-resolution Graph Representation Learning (SMGRL) framework that enables us to learn multi-resolution node embeddings efficiently. Our framework is model-agnostic and can be applied to any existing GCN model. We dramatically reduce training costs by training only on a reduced-dimension coarsening of the original graph, then exploit self-similarity to apply the resulting algorithm at multiple resolutions. The resulting multi-resolution embeddings can be aggregated to yield high-quality node embeddings that capture both long- and short-range dependencies. Our experiments show that this leads to improved classification accuracy, without incurring high computational costs.


翻译:图卷积网络(GCN)使我们能够学习具有拓扑感知能力的节点嵌入,这对分类或链接预测十分有用。然而,若不增加额外层数,GCN无法捕获节点间的长程依赖关系——而增加层数又会导致过平滑问题,并增加时间与空间复杂度。此外,节点间的复杂依赖关系使得小批量训练变得困难,从而限制了GCN在大型图上的应用。我们提出了一种可扩展的多分辨率图表示学习(SMGRL)框架,该框架能够高效地学习多分辨率节点嵌入。该框架具有模型无关性,可应用于任何现有GCN模型。通过仅在原始图的降维粗化版本上进行训练,我们大幅降低了训练成本,并利用自相似性将所得算法推广至多分辨率。由此产生的多分辨率嵌入可通过聚合得到高质量节点嵌入,同时捕获长程与短程依赖关系。实验表明,该方法在不产生高昂计算成本的前提下,提升了分类准确率。

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