Message Passing Neural Networks (MPNNs) are instances of Graph Neural Networks that leverage the graph to send messages over the edges. This inductive bias leads to a phenomenon known as over-squashing, where a node feature is insensitive to information contained at distant nodes. Despite recent methods introduced to mitigate this issue, an understanding of the causes for over-squashing and of possible solutions are lacking. In this theoretical work, we prove that: (i) Neural network width can mitigate over-squashing, but at the cost of making the whole network more sensitive; (ii) Conversely, depth cannot help mitigate over-squashing: increasing the number of layers leads to over-squashing being dominated by vanishing gradients; (iii) The graph topology plays the greatest role, since over-squashing occurs between nodes at high commute (access) time. Our analysis provides a unified framework to study different recent methods introduced to cope with over-squashing and serves as a justification for a class of methods that fall under graph rewiring.


翻译:消息传递神经网络(MPNNs)是图神经网络的一种实例,通过利用图结构在边上传递消息。这种归纳偏置会导致一种称为“过压缩”的现象,即节点特征对远端节点所含信息不敏感。尽管近期已提出缓解该问题的方法,但对其成因及可行解决方案的理解仍显不足。在这项理论工作中,我们证明了:(i) 神经网络宽度可以缓解过压缩,但代价是使整个网络更敏感;(ii) 反之,深度无法帮助缓解过压缩:增加层数会导致过压缩被梯度消失主导;(iii) 图拓扑结构起着最重要的作用,因为过压缩发生在高通勤(访问)时间的节点之间。我们的分析为研究近期提出的多种过压缩应对方法提供了统一框架,并论证了图重连类方法的合理性。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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