Graph neural networks (GNNs) are commonly described as being permutation equivariant with respect to node relabeling in the graph. This symmetry of GNNs is often compared to the translation equivariance symmetry of Euclidean convolution neural networks (CNNs). However, these two symmetries are fundamentally different: The translation equivariance of CNNs corresponds to symmetries of the fixed domain acting on the image signal (sometimes known as active symmetries), whereas in GNNs any permutation acts on both the graph signals and the graph domain (sometimes described as passive symmetries). In this work, we focus on the active symmetries of GNNs, by considering a learning setting where signals are supported on a fixed graph. In this case, the natural symmetries of GNNs are the automorphisms of the graph. Since real-world graphs tend to be asymmetric, we relax the notion of symmetries by formalizing approximate symmetries via graph coarsening. We present a bias-variance formula that quantifies the tradeoff between the loss in expressivity and the gain in the regularity of the learned estimator, depending on the chosen symmetry group. To illustrate our approach, we conduct extensive experiments on image inpainting, traffic flow prediction, and human pose estimation with different choices of symmetries. We show theoretically and empirically that the best generalization performance can be achieved by choosing a suitably larger group than the graph automorphism group, but smaller than the full permutation group.


翻译:图神经网络(GNNs)通常被描述为对图节点重标号具有排列等变性。这种GNN的对称性常被类比于标准卷积神经网络(CNNs)的平移等变性对称性。然而,这两种对称性存在本质差异:CNNs的平移等变性对应固定域作用于图像信号的对称性(有时称为主动对称性),而GNNs中任何排列同时作用于图信号和图域(有时描述为被动对称性)。本研究聚焦于GNNs的主动对称性,考虑信号支撑于固定图上的学习场景。在此情形下,GNNs的自然对称性是图的自同构。由于现实图数据往往具有非对称性,我们通过图粗化形式化近似对称性,从而放宽对称性概念。我们提出偏差-方差公式,量化了表达能力损失与学习器正则性增益之间的权衡,该权衡取决于所选对称群。为验证方法有效性,我们在图像修复、交通流预测和人体姿态估计任务上,采用不同对称性选择进行了大量实验。理论与实证结果共同表明:选择比图自同构群更大但小于全排列群的对称群,可实现最优泛化性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
【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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
Arxiv
19+阅读 · 2020年7月13日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月5日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
Adversarial Transfer Learning
Arxiv
12+阅读 · 2018年12月6日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
Arxiv
19+阅读 · 2020年7月13日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月5日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
Adversarial Transfer Learning
Arxiv
12+阅读 · 2018年12月6日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员