Structural and Positional Encodings can significantly improve the performance of Graph Neural Networks in downstream tasks. Recent literature has begun to systematically investigate differences in the structural properties that these approaches encode, as well as performance trade-offs between them. However, the question of which structural properties yield the most effective encoding remains open. In this paper, we investigate this question from a geometric perspective. We propose a novel structural encoding based on discrete Ricci curvature (Local Curvature Profiles, short LCP) and show that it significantly outperforms existing encoding approaches. We further show that combining local structural encodings, such as LCP, with global positional encodings improves downstream performance, suggesting that they capture complementary geometric information. Finally, we compare different encoding types with (curvature-based) rewiring techniques. Rewiring has recently received a surge of interest due to its ability to improve the performance of Graph Neural Networks by mitigating over-smoothing and over-squashing effects. Our results suggest that utilizing curvature information for structural encodings delivers significantly larger performance increases than rewiring.


翻译:结构编码和位置编码可以显著提升图神经网络在下游任务中的性能。近期文献开始系统性地研究这些方法所编码的结构属性差异及性能权衡,但何种结构属性能够产生最有效的编码仍是一个开放问题。本文从几何视角探究该问题,提出一种基于离散里奇曲率的新型结构编码(局部曲率曲线,简称LCP),并证明其性能显著优于现有编码方法。我们进一步表明,将LCP等局部结构编码与全局位置编码相结合可提升下游性能,说明二者捕捉了互补的几何信息。最后,我们将不同编码类型与(基于曲率的)重连技术进行对比。重连技术能缓解过平滑和过挤压效应以提升图神经网络性能,近期备受关注。研究表明,利用曲率信息进行结构编码带来的性能提升显著大于重连方法。

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
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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
3+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
0+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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月17日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月17日
Arxiv
25+阅读 · 2023年6月23日
Hierarchical Graph Capsule Network
Arxiv
20+阅读 · 2020年12月16日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Arxiv
11+阅读 · 2018年3月23日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
10+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月17日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月17日
Arxiv
25+阅读 · 2023年6月23日
Hierarchical Graph Capsule Network
Arxiv
20+阅读 · 2020年12月16日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Arxiv
11+阅读 · 2018年3月23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
3+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
0+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
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
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