基于社交网络的图数据挖掘应用研究

社交网络数据的高度复杂性给数据挖掘研究带来了巨大的挑战,而社交网络数据挖掘更注重实体之间相互关联的特点,使得图数据挖掘技术的研究与应用逐渐成为该领域的热点。传统数据挖掘,如聚类、分类、频繁模式挖掘等技术逐渐拓展到图数据挖掘领域。文中首先介绍了现阶段图数据挖掘算法（其中包括图查询、图聚类、图分类和图的频繁子图挖掘）的研究内容和存在的问题;其次介绍了图形数据库研究现状,以及对比了主流图形数据库管理系统的优劣;最后介绍了图挖掘技术在社交网络中的应用。     

一种新的基于嵌入集的图分类方法

随着图数据收集技术在许多科学领域的发展,对图数据分类已成为机器学习和数据挖掘领域的重要课题.目前已经提出许多图分类方法.其中,一些图分类方法采用3步来构筑分类模型;一些图分类方法采用2步来构筑分类模型.这些方法在挖掘频繁子图或特征子图时,只考虑到子图的结构信息,而没有考虑到子图的嵌入信息.为此,在L-CCAM子图编码的基础上,提出了一种基于嵌入集的图分类方法.该方法采用基于类别信息的特征子图选择策略,不但考虑了子图的结构信息,而且在频繁子图挖掘过程中充分利用嵌入信息——嵌入集,通过一步即直接选择特征子图以及生成分类规则.实验结果表明:在对化合物数据分类时,在分类精度上该方法优于采用3步的图分类方法;在运行效率上该方法优于采用2步和3步的图数据分类方法.     

大规模图数据匹配技术综述

在大数据时代海量的多源异构数据间存在着紧密的关联性,图作为表示数据之间关系的基本结构在社交网络分析、社会安全分析、生物数据分析等领域有着广泛应用.在大规模图数据上进行高效地查询、匹配是大数据分析处理的基础问题.从应用角度对用于图查询的图数据匹配技术的研究进展进行综述,根据图数据的不同特征以及应用的不同需求对图匹配问题分类进行介绍.同时,将重点介绍精确图匹配,包括无索引的匹配和基于索引的匹配,以及相关的关键技术、主要算法、性能评价等进行了介绍、测试和分析.最后对图匹配技术的应用现状和面临的问题进行了总结,并对该技术的未来发展趋势进行了展望.     

图计算加速架构综述

在大数据时代,图被用于各种领域表示具有复杂联系的数据.图计算应用被广泛用于各种领域,以挖掘图数据中潜在的价值.图计算应用特有的不规则执行行为,引发了不规则负载、密集读改写更新操作、不规则访存和不规则通信等挑战.现有通用架构无法有效地应对上述挑战.为了克服加速图计算应用面临的挑战,大量的图计算硬件加速架构设计被提出.它们为图计算应用定制了专用的计算流水线、访存子系统、存储子系统和通信子系统.得益于这些定制的硬件设计,图计算加速架构相比于传统的通用处理器架构,在性能和能效上均取得了显著的提升.为了让相关的研究学者深入了解图计算硬件加速架构,首先基于计算机的金字塔组织结构,从上到下对现有工作进行分类和总结,并以多个完整架构实例分析应用于不同层次的优化技术之间的关系.接着以图神经网络加速架构的具体案例讨论新兴图计算应用的加速架构设计.最后对该领域的前沿研究方向进行了总结,并放眼于未来探讨图计算加速架构的发展趋势.     

基于异构动态图模型的社交网络节点分类方法

在机器学习领域,与传统的神经网络相比,图神经网络在社交推荐等任务中发挥着越来越重要的作用,但是目前工作中大多数都使用静态图.针对现有静态图神经网络方法难以考虑社交用户动态特性的问题,通过引入动态图模型提出了一种基于异构动态图模型的社交网络节点分类方法.该方法在动态图建模的基础上,通过基于点边交互的节点特征更新机制和基于循环神经网络的时序聚合方法,实现了高效的动态社交网络节点分类.在多个真实数据集上的实验结果表明,提出方法在动态社交网络数据的节点分类方面有较好的效果,对比静态图和动态图的基准方法有显著的提升.     

图神经网络前沿进展与应用

图结构数据是现实生活中广泛存在的一类数据形式.宏观上的互联网、知识图谱、社交网络数据,微观上的蛋白质、化合物分子等都可以用图结构来建模和表示.由于图结构数据的复杂性和异质性,对图结构数据的分析和处理一直是研究界的难点和重点.图神经网络(Graph Neural Network,GNN)是近年来出现的一种利用深度学习直接对图结构数据进行学习的框架,其优异的性能引起了学者高度的关注和深入的探索.通过在图中的节点和边上制定一定的策略,GNN将图结构数据转化为规范而标准的表示,并输入到多种不同的神经网络中进行训练,在节点分类、边信息传播和图聚类等任务上取得优良的效果.与其他图学习算法相比较,GNN能够学习到图结构数据中的节点以及边的内在规律和更加深层次的语义特征.由于具有对图结构数据强大的非线性拟合能力,因此在不同领域的图相关问题上,GNN都表现出更高的准确率和更好的鲁棒性.本文在现有GNN研究的基础上,首先概述了GNN的出现历程,并介绍了相关概念和定义.之后本文着重讨论和对比了GNN中的各种算法框架,包括核心思想、任务划分、学习方式、优缺点、适用范围、实现成本等.此外,本文对GNN算法在多个不同领域下的应用场景进行了详细的阐述,将GNN与其他图学习算法的优缺点作了联系和比较.针对存在的一些问题和挑战,本文勾画了GNN的未来方向和发展趋势,最后对全文进行了全面而细致的总结.     

一种面向图分类攻击的对抗检测算法

近年来，图分类是一个在不同领域具有实际应用价值的基本问题.同时，有关图分类任务的恶意攻击层出不穷.现有的方法主要集中在提高图分类模型的精度上，忽略了鲁棒性和可解释性.此外大部分工作是使用对抗图来减少恶意攻击的负面影响，通常忽视了干净图的潜力，主要是因为它们无法区分对抗图和正常图.因此，本文研究了通过特征转换来探索干净图和对抗图之间的内在差异，从而增强图神经网络对恶意攻击的鲁棒性问题.特别地，提出了一种新的对抗检测机制，可以通过干净图创建有监督的知识来训练检测能力.最后在3种真实数据集上，对3种图分类攻击展开对抗检测实验.实验结果表明联合动态对抗检测的性能最优，检测率高达90%,可有效检测对抗图.     

图对抗攻击研究综述

将深度学习用于图数据建模已经在包括节点分类、链路预测和图分类等在内的复杂任务中表现出优异的性能,但是图神经网络同样继承了深度神经网络模型容易在微小扰动下导致错误输出的脆弱性,引发了将图神经网络应用于金融、交通等安全关键领域的担忧。研究图对抗攻击的原理和实现,可以提高对图神经网络脆弱性和鲁棒性的理解,从而促进图神经网络更广泛的应用,图对抗攻击已经成为亟待深入研究的领域。介绍了图对抗攻击相关概念,将对抗攻击算法按照攻击策略分为拓扑攻击、特征攻击和混合攻击三类;进而,归纳每类算法的核心思想和策略,并比较典型攻击的具体实现方法及优缺点。通过分析现有研究成果,总结图对抗攻击存在的问题及其发展方向,为图对抗攻击领域进一步的研究和发展提供帮助。     

基于迁移学习的图分类

数据挖掘是从大量数据中提取隐含知识的过程.随着数据挖掘的广泛应用,图作为一种一般数据结构在复杂结构和它们之间相互作用建模中变得越来越重要,这使得图挖掘成为数据挖掘的一个新的热点研究方向之一.由于图分类具有许多真实的应用背景,因而图分类已成为图挖掘中重要的研究领域.目前对图分类的研究都基于一个假设:训练集和测试集都是来源于同一个分布.然而,在很多真实的应用上,训练集和测试集不一定是来自同一个分布的.在本文中,我们将学习如何运用迁移学习的方法来对图数据进行分类,并提出一个基于集成学习的算法TrGBoost,该算法能在少量有标签的图数据和大量相关的图数据集里,有效地建立一个图分类器.真实数据上的实验验证了本文算法的有效性.     

一种新的基于频繁闭显露模式的图分类方法

由于图模型能够准确地表示科学与工程领域中数据的关键特征,图挖掘逐渐成为了数据挖掘领域的热点研究内容.图分类是图挖掘的一个重要研究分支.提出了一种新的基于频繁闭显露模式的图分类方法CEP,其基本思想是首先挖掘频繁闭图模式,然后从闭图模式中得到显露模式,最后根据显露模式构造一系列分类规则.实验结果显示:在对化合物数据分类时,CEP在分类性能上优于目前最好的图分类方法.而且,领域专家容易理解和利用CEP产生的分类规则.     

Node Embedding Research Over Temporal Graph

Compared with conventional graph data analysis methods, the graph embedding algorithm provides a new graph data analysis strategy. It aims to encode graph nodes into vectors to mine or analyze graph data more effectively using neural network related technologies. Some classic tasks have been improved significantly by graph embedding methods, such as node classification, link prediction, and traffic flow prediction. Although substantial breakthroughs have been made by former researchers in graph embedding, the nodes embedding problem over temporal graph has been seldom studied. In this study, we propose an adaptive temporal graph embedding (ATGED), attempting to encode temporal graph nodes into vectors by combining previous research and the information propagation characteristics. First, an adaptive cluster method is proposed by solving the situation that nodes active frequency varies types of graph. Then, a new node walk strategy is designed in order to store the time sequence between nodes, and also the walking list will be stored in a bidirectional multi-tree in the walking process to get complete walking lists fast. Last, based on the basic walking characteristics and graph topology, an important node sampling strategy is proposed to train the satisfied neural network as soon as possible. Sufficient experiments demonstrate that the proposed method surpasses existing embedding methods in terms of node clustering, reachability prediction, and node classification in temporal graphs.     

时序图节点嵌入策略的研究

相较于传统的图数据分析方法,图嵌入算法是一种面向图节点的新型图数据分析策略.其旨在通过将图节点向量化表达,进而在节点向量基础上利用神经网络相关技术更有效的进行图数据分析或挖掘工作,如在节点分类、链接预测及交通流预测等经典问题上取得效果显著.虽然研究者们在图嵌入方面已取得了诸多成果,但是面向时序图的节点嵌入问题却未被充分重视,本文便是在先前研究工作的基础上,结合信息在时序图中的传播特性,提出了一种对时序图节点进行自适应嵌入表达的方法ATGEB （Adaptive Temporal Graph Embedding）.首先,为了解决不同类型时序图节点活跃程度不同的问题,通过设计一种自适应方式对其活跃时刻进行聚类.而后,在此基础上设计一种游走模型用以保存节点对之间的时间关系,并将节点游走序列保存在一种双向多叉树上进而可以更快速的得到节点时间相关的游走序列.最后,在基于节点游走特性和图拓扑结构的基础上,对节点向量进行重要节点采样,以便在尽可能短的时间内训练出满足需求的网络模型.通过充分的实验证明,本文面向时序图的嵌入策略相较于现流行的嵌入方法,在时序图时序中节点间时序可达性检测以及节点分类等问题上得出了更好的实验效果.     

面向半监督情感分类的特征选择方法研究

特征选择旨在降低高维度特征空间,进而简化问题和优化学习方法。已有的研究显示特征提取方法能够有效降低监督学习的情感分类中的特征维度空间。同以往研究不一样的是,该文首次探讨半监督情感分类中的特征提取方法,提出一种基于二部图的特征选择方法。该方法首先借助二部图模型来表述文档与单词间的关系;然后,结合小规模标注样本的标签信息和二部图模型,利用标签传播(LP)算法计算每个特征的情感概率;最后,按照特征的情感概率进行排序进而实现特征选择。多个领域的实验结果表明,在半监督情感分类任务中,基于二部图的特征选择方法明显优于随机特征选择,在保证分类效果不下降(甚至提高)的前提下有效降低了特征空间维度。     

基于深度学习的属性图异常检测综述

异常检测一直以来都是数据挖掘领域的研究热点之一,其任务是在海量数据中识别罕见的观测对象。随着图数据挖掘的发展,属性图异常检测在各个领域广受关注。然而,属性图因其复杂的拓扑结构和丰富的属性信息成为异常检测一大难点。深度学习方法在捕捉属性图复杂的信息中展现出优越性能,已被证实是解决属性图异常检测问题非常有效的方法。对普通图异常检测和属性图异常检测以及表示学习相关方法进行简要概述;其次从静态属性图和动态属性图两方面对最新深度学习异常检测方法进行介绍与分类;对常见数据集上的实验结果进行了对比、分析;对属性图异常检测的应用场景、存在的问题以及面临的挑战进行讨论,展望了未来的研究方向。     

图像分割方法综述研究

图像分割是计算机视觉领域重要和基础性的问题,也是颇具挑战性的任务。为了解该问题的研究现状、存在问题及发展前景,在广泛调研现有文献和最新成果的基础上,针对2000年之后主流的图像分割方法进行了研究,将之分为四类：基于图论的方法、基于聚类的方法、基于分类的方法以及结合聚类和分类的方法,对每类方法所包含的典型算法,尤其是该领域最近几年发表的最新文章的基本思想、优缺点进行介绍和分析。最后介绍了图像分割常用的基准数据集和算法评价指标,对比各种算法并总结全文,对未来可能的发展趋势进行了展望。     

面向图的异常检测研究综述

近年来，随着web2.0的普及，使用图挖掘技术进行异常检测受到人们越来越多的关注.图异常检测在欺诈检测、入侵检测、虚假投票、僵尸粉丝分析等领域发挥着重要作用.本文在广泛调研国内外大量文献以及最新科研成果的基础上，按照数据表示形式将面向图的异常检测划分成静态图上的异常检测与动态图上的异常检测两大类，进一步按照异常类型将静态图上的异常分为孤立个体异常和群组异常检测两种类别，动态图上的异常分为孤立个体异常、群体异常以及事件异常三种类型.对每一类异常检测方法当前的研究进展加以介绍，对每种异常检测算法的基本思想、优缺点进行分析、对比，总结面向图的异常检测的关键技术、常用框架、应用领域、常用数据集以及性能评估方法，并对未来可能的发展趋势进行展望.     

基于小样本学习的图像分类技术综述

图像分类的应用场景非常广泛, 很多场景下难以收集到足够多的数据来训练模型, 利用小样本学习进行图像分类可解决训练数据量小的问题. 本文对近年来的小样本图像分类算法进行了详细综述, 根据不同的建模方式, 将现有算法分为卷积神经网络模型和图神经网络模型两大类, 其中基于卷积神经网络模型的算法包括四种学习范式: 迁移学习、元学习、对偶学习和贝叶斯学习; 基于图神经网络模型的算法原本适用于非欧几里得结构数据, 但有部分学者将其应用于解决小样本下欧几里得数据的图像分类任务, 有关的研究成果目前相对较少. 此外, 本文汇总了现有文献中出现的数据集并通过实验结果对现有算法的性能进行了比较. 最后, 讨论了小样本图像分类技术的难点及未来研究趋势.