基于自监督图掩码神经网络的社交推荐模型

现有自监督社交推荐模型大多通过人工启发式图增强和单一关系视图间对比的策略构建自监督信号,性能受到增强自监督信号质量的影响,难以自适应地抑制噪声.由此,文中提出基于自监督图掩码神经网络的社交推荐模型.首先,分别构建用户社交和物品分类的单一关系视图及高阶连通异构图,采用图掩码学习范式指导用户社交图进行自适应和可学习的数据增强.然后,设计异构图编码器,学习视图中的潜在语义,跨视图对用户、物品嵌入进行对比学习,完成自监督任务,分别对用户、物品嵌入进行加权融合,完成推荐任务.最后,利用多任务训练策略联合优化自监督学习任务、推荐任务和图掩码任务.在3个真实数据集上的实验表明文中模型性能具有一定提升.     

基于双重视图耦合的自监督图表示学习模型

针对现有的图表示学习在自监督对比学习方法中存在视图差异较大,且依赖于负样本防止模型坍塌,导致节点表示能力弱及空间复杂度加大的问题,提出一种基于双重视图耦合的自监督图表示学习模型(self-supervised graph representation learning model with dual view coupling, DVCGRL),用于学习图数据表示。采用特征空间增广和结构空间扩充相结合生成双重视图,将双重视图作为正样本对输入孪生神经网络;利用图编码器提取图数据特征,通过多层感知器获得映射后的特征向量;采用耦合网络拉近双重视图的特征向量距离,提升节点表示能力,防止模型坍塌。在公开数据集上进行的节点分类实验结果表明,与当前主流图表示学习模型相比,该模型降低了空间复杂度,节点分类精度得到明显提高。     

图深度学习攻击模型综述

近年来,图深度学习模型面临的安全威胁日益严重,相关研究表明,推荐系统中恶意用户可以通过诋毁、女巫攻击等攻击手段轻易地对系统进行欺骗.本文对现有基于图深度学习攻击工作进行系统分析和总结,提出了一种分析图深度学习攻击模型的通用框架,旨在帮助研究者快速梳理领域内现有的方法,进而设计新的攻击模型.该框架将攻击的过程分为预备阶段...     

基于自监督图对比学习的视频问答方法

视频问答作为一种跨模态理解任务,在给定一段视频和与之相关的问题的条件下,需要通过不同模态语义信息之间的交互来产生问题的答案.近年来,由于图神经网络在跨模态信息融合与推理方面强大的能力,其在视频问答任务中取得了显著的进展.但是,大多数现有的图网络方法由于自身固有的过拟合或过平滑、弱鲁棒性和弱泛化性的缺陷使得视频问答模型的性能未能进一步提升.鉴于预训练技术中自监督对比学习方法的有效性和鲁棒性,在视频问答任务中利用图数据增强的思路提出了一种图网络自监督对比学习框架GMC.该框架使用针对节点和边的两种数据增强操作来生成相异子样本,并通过提升原样本与生成子样本图数据预测分布之间的一致性来提高视频问答模型的准确率和鲁棒性.在视频问答公开数据集上通过与现有先进的视频问答模型和不同GMC变体模型的实验对比验证了所提框架的有效性.     

基于伪标签的无监督领域自适应行人重识别研究综述

行人重识别是计算机视觉领域的热点研究课题之一。近年来，为了解决行人重识别实际应用中标签数据稀缺的问题，同时也为了有效地利用现有的标签数据，研究者们提出了基于生成对抗网络以及基于伪标签的领域自适应方法，用于进行跨领域的行人重识别研究。基于伪标签的无监督领域自适应行人重识别方法由于效果显著而备受研究者的青睐。文中梳理了近7年来基于伪标签的无监督领域自适应行人重识别的研究成果，将基于伪标签的方法从模型训练角度划分为两个阶段。1)伪标签生成阶段。现有工作的伪标签生成方法大多使用聚类方法，部分工作采用基于图结构学习的图匹配、图卷积网络方法来生成目标域的伪标签。2)伪标签精炼阶段。文中将现有的伪标签精炼方法归纳为基于表征学习的精炼方法以及基于相似度学习的精炼方法，并分别进行模型方法的总结与整理。最后，讨论现阶段基于伪标签的无监督领域自适应行人重识别面临的挑战并对未来可能的发展方向进行展望。     

基于对抗图增强对比学习的虚假新闻检测

随着互联网的快速发展，社交媒体成为了新闻发布和传播的主要平台，如何准确识别虚假新闻已成为研究热点。现有的基于深度学习的虚假新闻检测方法在面对噪声和敌对信息时缺乏鲁棒性。为了应对这一挑战，该文提出了一种对抗图增强对比学习的方法，该方法引入对抗对比学习，使模型抓住少量但充分的信息完成增强图与原始图之间的互信息最大化，在进行训练时重点捕捉有用信息。同时，该模型还利用了特征增强器和图表示对比学习进行图表示增强，加强特征学习。在两个公共数据集上进行的实验表明，该模型在现有基线上达到了最优的性能。     

基于对比学习的全局增强动态异质图神经网络

图神经网络由于其对图结构数据的强大表征能力近年来受到广泛关注.现有图神经网络方法主要建模静态同质图数据，然而现实世界复杂系统往往包含多类型动态演化的实体及关系，此类复杂系统更适合建模为动态异质图.目前，动态异质图表示学习方法主要集中于半监督学习范式，其存在监督信息昂贵和泛化性较差等问题.针对以上问题，提出了一种基于对比学习的全局增强动态异质图神经网络.具体地，所提网络首先通过异质层次化注意力机制根据历史信息来生成未来的邻近性保持的节点表示，然后通过对比学习最大化局部节点表示和全局图表示的互信息来丰富节点表示中的全局语义信息.实验结果表明，提出的自监督动态异质图表示学习方法在多个真实世界数据集的链路预测任务上的AUC指标平均提升了3.95%.     

基于转换学习的半监督分类

近年来，基于图的半监督分类是机器学习与模式识别领域的研究热点之一.该类方法一般通过构造图来挖掘数据中隐含的信息，并利用图的结构信息来对无标签样本进行分类，因此半监督分类的效果严重依赖于图的质量，尤其是图的构建方法和数据的质量.为解决上述问题，提出了一种基于转换学习的半监督分类（semi-supervised classification based on transformed learning, TLSSC）算法.不同于已有的大多数半监督分类算法，此算法试图学习到一个转换空间，并在该空间上构建图，进行标签传播.具体来说，此算法建立了一个统一的联合优化框架，其由3个部分组成：1）使用转换学习将原始数据映射到转换空间中；2）借鉴数据自表示思想，在转换空间上学习一个图；3）在图上进行标签传播.这3个步骤交替进行、互相促进，避免低质量图导致的次优解.对人脸和物品数据集进行实验，结果表明所提出的TLSSC算法在大部分情况下优于现有的其他算法.     

对比学习研究综述

由于传统的监督学习方法很大程度上依赖于大量的标注数据,近年来,无需外部监督信息的自监督学习方法受到了极大关注.对比学习是一种有效的自监督学习方法,它通过对比相似样本和不相似样本,使得模型能够学习到样本的重要内在特征,进而应用于下游任务,在计算机视觉和自然语言处理等领域得到了越来越广泛的应用.本文系统地梳理了对比学习研究现状.首先介绍了对比学习的起源和主要思想,然后归纳了对比学习在设计映射函数、正负例构造和损失函数构造等方面的研究动态,接着重点介绍了面向计算机视觉和自然语言处理的对比学习研究;最后,分析了现有研究存在的问题,探讨了对比学习未来的研究趋势和发展方向.     

面向深度网络的小样本学习综述

深度学习以数据为驱动,被广泛应用于各个领域,但由于数据隐私、标记昂贵等导致样本少、数据不完备性等问题,同时小样本难于准确地表示数据分布,使得分类模型误差较大,且泛化能力差。为此,小样本学习被提出,旨在利用较少目标数据训练模型快速学习的能力。系统梳理了近几年来小样本学习领域的相关工作,主要整理和总结了基于数据增强、基于元学习和基于转导图小样本学习方法的研究进展。首先,从基于监督增强和基于无监督增强阐述数据增强的主要特点。其次,从基于度量学习和基于参数优化两方面对基于元学习的方法进行分析。接着,详细总结转导图小样本学习方法,介绍常用的小样本数据集,并通过实验阐述分析具有代表性的小样本学习模型。最后总结现有方法的局限性,并对小样本学习的未来研究方向进行展望。     

深度对比学习综述

在深度学习中,如何利用大量、易获取的无标注数据增强神经网络模型的特征表达能力,是一个具有重要意义的研究问题,而对比学习是解决该问题的有效方法之一,近年来得到了学术界的广泛关注,涌现出一大批新的研究方法和成果.本文综合考察对比学习近年的发展和进步,提出一种新的面向对比学习的归类方法,该方法将现有对比学习方法归纳为5类,包括:1)样本对构造; 2)图像增广; 3)网络架构; 4)损失函数; 5)应用.基于提出的归类方法,对现有对比研究成果进行系统综述,并评述代表性方法的技术特点和区别,系统对比分析现有对比学习方法在不同基准数据集上的性能表现.本文还将梳理对比学习的学术发展史,并探讨对比学习与自监督学习、度量学习的区别和联系.最后,本文将讨论对比学习的现存挑战,并展望未来发展方向和趋势.     

基于锚图分类的在线半监督跨模态哈希

近年来，哈希算法由于其存储成本小、检索速度快的特点，在大规模多媒体数据的高效跨模态检索中受到了广泛关注。现有的跨模态哈希算法大多是有监督和无监督方法，其中有监督方法通常能够获得更好的性能，但在实际应用中要求所有数据都被标记并不具有可行性。此外，这些方法大多数是离线方法，面对流数据的输入需要付出高额训练成本且十分低效。针对上述问题，提出了一种新的半监督跨模态哈希方法——在线半监督锚图跨模态哈希(Online Semi-supervised Anchor Graph Cross-modal Hashing, OSAGCH),构建了半监督锚图跨模态哈希模型，在只有部分数据有标签的情况下，利用正则化锚图预测数据标签，并通过子空间关系学习哈希函数，一步生成统一的哈希码，同时针对流数据输入的情况对该模型进行了在线化学习，使其能够处理流数据。在公共多模态数据集上进行了实验，结果表明所提方法的性能优于其他现有方法。     

多视图对比增强的异质图结构学习方法

异质图神经网络作为一种异质图表示学习的方法,可以有效地抽取异质图中的复杂结构与语义信息,在节点分类和连接预测任务上取得了优异的表现,为知识图谱的表示与分析提供了有力的支撑.现有的异质图由于存在一定的噪声交互或缺失部分交互,导致异质图神经网络在节点聚合、更新时融入错误的邻域特征信息,从而影响模型的整体性能.为解决该问题,提出了多视图对比增强的异质图结构学习模型.该模型首先利用元路径保持异质图中的语义信息,并通过计算每条元路径下节点之间特征相似度生成相似度图,将其与元路径图融合,实现对图结构的优化.通过将相似度图与元路径图作为不同视图进行多视图对比,实现无监督信息的情况下优化图结构,摆脱对监督信号的依赖.最后,为解决神经网络模型在训练初期学习能力不足、生成的图结构中往往存在错误交互的问题,设计了一个渐进式的图结构融合方法.通过将元路径图和相似度图递增地加权相加,改变图结构融合过程中相似度图所占的比例,在抑制了因模型学习能力弱引入过多的错误交互的同时,达到了用相似度图中的交互抑制原有干扰交互或补全缺失交互的目的,实现了对异质图结构的优化.选择节点分类与节点聚类作为图结构学习的验证任务,在4种...     

自监督混合图神经网络的会话推荐模型

基于会话的推荐旨在利用匿名会话预测用户行为。现有基于图神经网络（GNN）的会话推荐算法大多仅针对当前会话提取用户偏好,却忽略了来自其他会话的高阶多元关系从而影响推荐精度。此外,由于会话推荐所采用的短时交互序列包含的信息非常有限,使其更容易受到数据稀疏性的影响。针对上述问题,提出了自监督混合图神经网络会话推荐模型（SHGN）。该模型首先通过将原始数据构建为三个视图来描述会话与物品关系,然后通过多头图注意力网络捕获会话内部物品的低阶转换信息,提出了残差图卷积网络捕获物品和会话的高阶转换信息;最后融合自监督学习（SSL）作为辅助任务,通过最大化不同通道学习到的会话嵌入的互信息,对原始数据进行数据增强从而提升推荐性能。为了验证该方法的有效性,在Tmall、Diginetica、Nowplaying、Yoochoose四个基准数据集上与SR-GNN、GCE-GNN、DHCN等主流基线模型进行了对比实验,实验结果在P@20、MRR@20等性能指标上均取得了一定提升。     

共识图学习驱动的自监督集成聚类

目的 随着实际应用场景中海量数据采集技术的发展和数据标注成本的不断增加,自监督学习成为海量数据分析的一个重要策略。然而,如何从海量数据中抽取有用的监督信息,并该监督信息下开展有效的学习仍然是制约该方向发展的研究难点。为此,提出了一个基于共识图学习的自监督集成聚类框架。方法 框架主要包括3个功能模块。首先,利用集成学习中多个基学习器构建共识图;其次,利用图神经网络分析共识图,捕获节点优化表示和节点的聚类结构,并从聚类中挑选高置信度的节点子集及对应的类标签生成监督信息;再次,在此标签监督下,联合其他无标注样本更新集成成员基学习器。交替迭代上述功能块,最终提高无监督聚类的性能。结果 为验证该框架的有效性,在标准数据集（包括图像和文本数据）上设计了一系列实验。实验结果表明,所提方法在性能上一致优于现有聚类方法。尤其是在MNIST-Test(modified national institute of standards and technology database)上,本文方法实现了97.78%的准确率,比已有最佳方法高出3.85%。结论 该方法旨在利用图表示学习提升自监督学习中监督信息捕获...     

图表示学习方法研究综述

针对图表示方法的相关解析任务进行了研究,从形式化定义出发,首先以不同核心技术作为分类标准将图表示学习方法划分为五大类,其包括基于降维解析、矩阵分解、随机游走、深度学习和其他表示学习方法。其次通过归纳与对比分析梳理各类技术发展脉络,进而深层次展现各类图表示方法的优劣。随后结合图表示学习的常用数据集、评估方法和应用领域的归纳分析,展开动态性、可扩展性、可解释性和可解析性的四维剖析。最后总结并展望了图表示学习的未来研究趋势与发展方向。     

图神经网络及其在图像处理领域的研究进展

图神经网络（graph neural network,GNN）是一种基于深度学习的图结构数据处理模型,因良好的可解释性和对图结构数据强大的非线性拟合能力而受到研究者广泛关注。随着GNN的逐步优化,GNN与图像处理技术实现融合发展,在图像分类、人体解析和视觉问答等方面取得重大突破。对图像处理技术和传统神经网络理论进行介绍,并对五类GNN的原理、特点和不足进行分析与总结;同时从数据集和性能评估指标两个角度对文中所述的常用模型进行对比与总结,并补充介绍了九种常见的图像处理领域公共数据集;最后深入分析了GNN在图像处理领域中有待改进的方面,并对其应用前景进行展望。     

稀疏分层概率自组织图实例迁移学习方法

针对基于实例的迁移学习在关联多源异构领域数据时遇到的数据颗粒度不匹配问题,以单领域分层概率自组织图(HiPSOG)聚类方法为基础,提出一种具有迁移学习能力的稀疏化非监督分层概率自组织图(TSHiPSOG)方法。首先,在源领域和目标领域分别基于概率混合多变量高斯分布生成分层自组织模型以便在多领域中分别提取不同粒度的表示向量,并用稀疏图方法通过概率准则控制模型增长;其次,利用最大信息系数(MIC),在具有富信息的源领域中寻找与目标领域表示向量最相似的表示向量,并利用这些源领域表示向量的类别标签细化目标领域数据分类;最后,在国际通用分类数据集20新闻组数据集和垃圾邮件检测数据集上进行了实验,结果表明算法可以利用源领域的有用信息辅助目标领域的分类问题,并使分类准确率最高提高约15.26%和9.05%;对比其他经典迁移学习方法,通过稀疏分层可以挖掘不同颗粒度的表示向量,分类准确率最高提高约4.48%和4.13%。     

基于混合采样的图对比学习推荐算法

在推荐系统领域中,图卷积网络具有对于图结构数据更强的信息抽取能力。然而,现有的图卷积网络推荐算法主要关注改进模型结构,忽视了提高原始样本采样质量与挖掘用户—项目间隐式关系的重要性。针对上述问题,提出一种基于混合采样的图对比学习推荐算法。首先使用混合采样方法,提取出正样本中部分信息并将其注入负样本,从而生成全新的富含信息的难负样本;其次,通过轻量图卷积网络对难负样本进行特征提取,得到用户和项目的节点表征,采用邻域对比学习方法挖掘样本隐式关系;最后,利用多任务策略对推荐监督任务和对比学习任务进行联合优化。在真实数据集Yelp2018和Amazon-book上进行实验,采用recall和NDCG指标进行评估,实验结果表明,提出的模型相较其他基准模型取得了更好的效果。     

图知识蒸馏综述：算法分类与应用分析

图数据, 如引文网络, 社交网络和交通网络, 广泛地存在现实生活中. 图神经网络凭借强大的表现力受到广泛关注, 在各种各样的图分析应用中表现卓越. 然而, 图神经网络的卓越性能得益于标签数据和复杂的网络模型, 而标签数据获取困难且计算资源代价高昂. 为了解决数据标签的稀疏性和模型计算的高复杂性问题, 知识蒸馏被引入到图神经网络中. 知识蒸馏是一种利用性能更好的大模型(教师模型)的软标签监督信息来训练构建的小模型(学生模型), 以期达到更好的性能和精度. 因此, 如何面向图数据应用知识蒸馏技术成为重大研究挑战, 但目前尚缺乏对于图知识蒸馏研究的综述. 旨在对面向图的知识蒸馏进行全面综述, 首次系统地梳理现有工作, 弥补该领域缺乏综述的空白. 具体而言, 首先介绍图和知识蒸馏背景知识; 然后, 全面梳理3类图知识蒸馏方法, 面向深度神经网络的图知识蒸馏、面向图神经网络的图知识蒸馏和基于图知识的模型自蒸馏方法, 并对每类方法进一步划分为基于输出层、基于中间层和基于构造图知识方法; 随后, 分析比较各类图知识蒸馏算法的设计思路, 结合实验结果总结各类算法的优缺点; 此外, 还列举图知识蒸馏在计算机视觉、自然语言处理、推荐系统等领域的应用; 最后对图知识蒸馏的发展进行总结和展望. 还将整理的图知识蒸馏相关文献公开在GitHub平台上, 具体参见: https://github.com/liujing1023/Graph-based-Knowledge-Distillation.