通俗易懂 | 图神经网络入门笔记

作者 | Rosey

拜读了Jure Leskovec的《Representation Learning on Networks》才明白图神经网络到底在学什么，是如何学的，不同GNN模型之间的关系是什么。总的来说，不同类型的模型都是在探讨「如何利用图的节点信息去生成节点（图）的embedding表示」。

图表示学习的两大主流思想

• 线性化思想

• • Deepwalk，Node2vec，LINE

• 图神经网络

• • GCN，GraphSAGE，Gated GNN，subgraph embedding

Node embedding

「目标」：编码节点使其在embedding空间的相似性「近似」为在原网络的相似性

• 定义编码器encoder

• 定义节点相似性函数

• 优化参数使

可以看出，前两步是node embedding的核心。

第一个问题：如何映射节点到低维空间？

参考word2vec，借助embedding-lookup就可以

第二个问题：如何定义节点相似性？

「1. Adjacency-based similarity」

• Similarity function 定义为原网络中两节点之间的边的权重

• 用点积近似边是否存在

• 找到使损失最小化的 embedding matrix

「2. Multi-hop similarity」

考虑 k-hop 节点

上述方法的大致思想都是：

• 定义节点对的相似性

• 优化embedding去近似它们的相似性

「3.Random walk approaches」

DeepWalk，Node2vec等，具体可参见之前的文章

• DeepWalk：图网络与NLP的巧妙融合
  

• Node2Vec：万物皆可Embedding

• LINE：不得不看的大规模信息网络嵌入
  

Graph neural networks

图G定义为：

• V 顶点集

• A 邻接矩阵

• 为节点特征矩阵

• • 文本、图像，例如社交网络中人口学信息

  • 节点的度，聚类系数等

「如何表示节点」

• 核心思想：根据邻居节点生成节点的embedding

  

  每个节点拥有独立的计算图

• how to aggregate information across the layers

• • 最简单的方法就是 求均值

    

  • 其他方法......

• 定义loss训练模型

• • 无监督

  • 有监督

下面不同的GNN算法都是在「探索如何利用邻域节点生成当前节点的embedding表示」

• 「GNN基础思想」

• 「GCN」

• 「GraphSAGE」

  AGG函数可以定义为：

• • Mean

  • Pool

  • LSTM

• 「Gated Graph Neural Networks」

「上述方法都是nodel-level embeddings」，如何embedding图？

• Subgraph Embeddings

  

• • 可以对子图的节点求和

  • 引入“虚拟节点”表示子图

以上内容仅是对图神经网络初步了解的学习，《Representation Learning on Networks》^[1]非常适合入门GNN，推荐大家阅读，有问题欢迎交流。

一起交流

想和你一起学习进步！『NewBeeNLP』目前已经建立了多个不同方向交流群（机器学习 / 深度学习 / 自然语言处理 / 搜索推荐 / 图网络 / 面试交流 / 等），名额有限，赶紧添加下方微信加入一起讨论交流吧！（注意一定要备注信息才能通过）

本文参考资料

[1]

《Representation Learning on Networks》: http://snap.stanford.edu/proj/embeddings-www/

Graph Representation Learning: https://jian-tang.com/files/AAAI19/aaai-grltutorial-part0-intro.pdf

- END -

业务，工程和算法的互殴现场

2021-03-03

如何将用户行为和属性用于推荐系统？

2021-03-02

SDNE：深度模型图网络

2021-03-01

FLAT——中文NER该怎么做

2021-02-19