Effectively capturing long-range interactions remains a fundamental yet unresolved challenge in graph neural network (GNN) research, critical for applications across diverse fields of science. To systematically address this, we introduce ECHO (Evaluating Communication over long HOps), a novel benchmark specifically designed to rigorously assess the capabilities of GNNs in handling very long-range graph propagation. ECHO includes three synthetic graph tasks, namely single-source shortest paths, node eccentricity, and graph diameter, each constructed over diverse and structurally challenging topologies intentionally designed to introduce significant information bottlenecks. ECHO also includes two real-world datasets, ECHO-Charge and ECHO-Energy, which define chemically grounded benchmarks for predicting atomic partial charges and molecular total energies, respectively, with reference computations obtained at the density functional theory (DFT) level. Both tasks inherently depend on capturing complex long-range molecular interactions. Our extensive benchmarking of popular GNN architectures reveals clear performance gaps, emphasizing the difficulty of true long-range propagation and highlighting design choices capable of overcoming inherent limitations. ECHO thereby sets a new standard for evaluating long-range information propagation, also providing a compelling example for its need in AI for science.


翻译:有效捕捉长程相互作用仍然是图神经网络(GNN)研究中一个基本但尚未解决的挑战,这对跨科学各领域的应用至关重要。为系统性地解决这一问题,我们提出了ECHO(长跳通信评估),这是一个专门设计用于严格评估GNN处理超长程图传播能力的新型基准。ECHO包含三项合成图任务,即单源最短路径、节点偏心距和图直径,每项任务均构建于多样且结构复杂的拓扑之上,这些拓扑被特意设计以引入显著的信息瓶颈。ECHO还包含两个真实世界数据集:ECHO-Charge与ECHO-Energy,它们分别定义了基于化学原理的原子部分电荷预测和分子总能量预测基准,其参考计算均在密度泛函理论(DFT)层面获得。这两项任务本质上都依赖于捕捉复杂的长程分子相互作用。我们对主流GNN架构的广泛基准测试揭示了明显的性能差距,强调了实现真正长程传播的难度,同时指出了能够克服固有局限性的设计选择。因此,ECHO为评估长程信息传播设立了新标准,也为科学人工智能领域对此类基准的需求提供了有力例证。

0
下载
关闭预览

相关内容

【WWW2024】GraphPro:推荐系统中的图预训练与提示学习
专知会员服务
23+阅读 · 2024年1月26日
图神经网络可解释性,附45页ppt,Simone Scardapane讲授
专知会员服务
84+阅读 · 2022年7月16日
【GNN】深度学习之上,图神经网络(GNN )崛起
产业智能官
16+阅读 · 2019年8月15日
图神经网络火了?谈下它的普适性与局限性
机器之心
22+阅读 · 2019年7月29日
Graph Neural Network(GNN)最全资源整理分享
深度学习与NLP
339+阅读 · 2019年7月9日
掌握图神经网络GNN基本,看这篇文章就够了
新智元
164+阅读 · 2019年2月14日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2017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
0+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月4日
VIP会员
最新内容
澳大利亚发布《国防战略(2026年)》
专知会员服务
0+阅读 · 25分钟前
【CMU博士论文】迈向基于基础先验的 4D 感知研究
专知会员服务
0+阅读 · 21分钟前
全球高超音速武器最新发展趋势
专知会员服务
0+阅读 · 50分钟前
人工智能在战场行动中的演进及伊朗案例
专知会员服务
7+阅读 · 4月18日
美AI公司Anthropic推出网络安全模型“Mythos”
专知会员服务
4+阅读 · 4月18日
【博士论文】面向城市环境的可解释计算机视觉
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
4+阅读 · 2017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
0+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员