保持聚类结构的属性网络表示学习

在线社交平台产生大量可建模为属性网络的数据,SNE（social network embedding）表示学习模型可学到属性网络的潜在低维表示,为进一步的实际应用提供有效特征。但是SNE未考虑保持网络的潜在聚类结构,导致学到的特征对聚类效果不佳。针对上述问题进行研究,提出了一种保持聚类结构的属性网络表示学习模型（attributed network embedding with self cluster,ANESC）,其使用前馈神经网络建模,以属性网络节点的one-hot表示和属性信息作为输入,经过多隐层学习节点的低维表示,使其在输出层保持节点的邻居拓扑结构和潜在聚类结构。在五个真实属性网络上的实验结果表明,相比SNE,ANESC学到的表示在聚类任务上NMI值提高5%~11%,在分类任务上准确率提高0.3%~7%。     

网络表示学习的研究与发展

网络表示学习旨在将网络中的节点表示成低维稠密且具有一定推理能力的向量,以运用于节点分类、社区发现和链路预测等社交网络应用任务中,是连接网络原始数据和网络应用任务的桥梁。传统的网络表示学习方法都是针对网络中节点和连边只有一种类型的同质信息网络的表示学习方法,而现实世界中的网络往往是具有多种节点和连边类型的异质信息网络。而且,从时间维度上来看,网络是不断变化的。因此,网络表示学习的研究方法随着网络数据的复杂化而不断变化。对近年来针对不同网络的网络表示学习方法进行了分类介绍,并阐述了网络表示学习的应用场景。     

基于自编码器的多视图属性网络表示学习模型

现有的大多数网络表示学习方法很难兼顾网络中丰富的结构信息和属性信息,导致其后续任务,如分类、聚类等的效果不佳.针对此问题,提出一种基于自编码器的多视图属性网络表示学习模型(AE-MVANR).首先,将网络的拓扑结构信息转化为拓扑结构视图(TSV),通过计算节点间相同属性共现频率来构造属性结构视图(ASV);然后,在两个...     

基于节点相似性的图注意力网络表示学习模型

图注意力网络(GAT)通过注意力机制聚合节点的邻居信息以提取节点的结构特征,然而并没有考虑网络中潜在的节点相似性特征。针对以上问题,提出了一种考虑网络中相似节点的网络表示学习方法NSGAN。首先,在节点层面上,通过图注意力机制分别学习相似网络和原始网络的结构特征;其次,在图层面上,将两个网络对应的节点嵌入通过基于图层面的注意力机制聚合在一起,生成节点最终的嵌入表示。在三个数据集上进行节点分类实验,NSGAN比传统的图注意力网络方法的准确率提高了约2%。     

医学文本表示学习方法与质量评测研究综述

为了及时掌握医学文本表示学习的研究现状,对其现有研究进行系统全面综述.首先,基于技术范式对现有技术进行分类,分别从基于统计学习的方法、基于知识图谱表示的方法和基于图表示的方法,对医学文本表示学习主流方法和相应的代表性成果进行总结.然后,提出了运用定量和定性的质量评测体系,系统地梳理和总结了医学文本表示学习的质量评测方法.最后,对医学文本表示学习的研究趋势进行了展望.     

基于网络表征学习的混合缺陷预测模型

针对软件系统模块间具有依赖关系的问题,通过对软件系统网络结构进行分析,构建了基于网络表征学习的混合缺陷预测模型。首先,将软件系统以模块为单位转换成软件网络;然后,使用网络表征技术来无监督学习软件网络中每个模块的系统结构特征;最后,结合系统结构特征和卷积神经网络学习的语义特征构建一个混合缺陷预测模型。实验结果表明：在Apache三个开源软件poi、lucene和synapse上所提混合缺陷预测模型具有更好的缺陷预测效果,其F1指标比最优模型——基于卷积神经网络（CNN）的缺陷预测模型分别提高了3.8%、1.0%、4.1%。软件网络结构特征分析为缺陷预测模型的构建提供了有效的研究思路。     

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。     

解纠缠表示学习在跨年龄人脸识别中的应用

跨年龄人脸识别因其在现实生活中的广泛应用而成为人脸识别领域的热门话题.针对跨年龄人脸识别精度较低的问题,引入解纠缠表示学习,提出了一个基于生成对抗网络的解纠缠表示学习(IPDRL)网络来实现人脸图像的识别.该网络由编码器、生成器和鉴别器构成.编码器在对特征中的年龄变化进行解纠缠的同时,对人脸图像的身份信息进行编码,提取只利于身份鉴别的特征,实现身份特征和年龄特征的解纠缠;生成器根据输入的年龄特征生成对应的身份保持的年龄图像;鉴别器通过对抗学习和多任务学习实现年龄和身份的类分布预测.通过将解纠缠表示学习、对抗学习和多任务学习相结合的方法,很好地保留了人脸图像的身份信息,并使跨年龄人脸图像识别的精度得到了提高.     

基于网络表示学习与随机游走的链路预测算法

现有的基于随机游走链路预测指标在无权网络上的转移过程存在较强随机性,没有考虑在网络结构上不同邻居节点间的相似性对转移概率的作用。针对此问题,提出一种基于网络表示学习与随机游走的链路预测算法。首先,通过基于深度学习的网络表示学习算法——DeepWalk学习网络节点的潜在结构特征,将网络中的各节点表征到低维向量空间;然后,在重启随机游走（RWR）和局部随机游走（LRW）算法的随机游走过程中融合各邻居节点在向量空间上的相似性,重新定义出邻居节点间的转移概率;最后,在5个真实数据集上进行大量实验验证。实验结果表明：相比8种具有代表性的基于网络结构的链路预测基准算法,所提算法链路预测结果的AUC值均有提升,最高达3.34%。     

融合节点描述属性信息的网络表示学习算法

为融合节点描述信息提升网络表示学习质量，针对社会网络中节点描述属性信息存在的语义信息分散和不完备性问题，提出一种融合节点描述属性的网络表示（NPA-NRL）学习算法。首先，对属性信息进行独热编码，并引入随机扰动的数据集增强策略解决属性信息不完备问题；然后，将属性编码和结构编码拼接作为深度神经网络输入，实现两方面信息的相互补充制约；最后，设计了基于网络同质性的属性相似性度量函数和基于SkipGram模型的结构相似性度量函数，通过联合训练实现融合语义信息挖掘。在GPLUS、OKLAHOMA和UNC三个真实网络数据集上的实验结果表明，和经典的DeepWalk、TADW（Text-Associated DeepWalk）、UPP-SNE（User Profile Preserving Social Network Embedding）和SNE（Social Network Embedding）算法相比，NPA-NRL算法的链路预测AUC（Area Under Curve of ROC）值平均提升2.75%，节点分类F1值平均提升7.10%。     

Continuous frame motion sensitive self-supervised collaborative network for video representation learning

Motion, as a feature of video that changes in temporal sequences, is crucial to visual understanding. The powerful video representation and extraction models are typically able to focus attention on motion features in challenging dynamic environments to complete more complex video understanding tasks. However, previous approaches discriminate mainly based on similar features in the spatial or temporal domain, ignoring the interdependence of consecutive video frames. In this paper, we propose the motion sensitive self-supervised collaborative network, a video representation learning framework that exploits a pretext task to assist feature comparison and strengthen the spatiotemporal discrimination power of the model. Specifically, we first propose the motion-aware module, which extracts consecutive motion features from the spatial regions by frame difference. The global–local contrastive module is then introduced, with context and enhanced video snippets being defined as appropriate positive samples for a broader feature similarity comparison. Finally, we introduce the snippet operation prediction module, which further assists contrastive learning to obtain more reliable global semantics by sensing changes in continuous frame features. Experimental results demonstrate that our work can effectively extract robust motion features and achieve competitive performance compared with other state-of-the-art self-supervised methods on downstream action recognition and video retrieval tasks.     

结合图自编码器与聚类的半监督表示学习方法

节点标签是复杂网络中广泛存在的监督信息,对网络表示学习具有重要作用。基于此,提出了一种结合图自编码器与聚类的半监督表示学习方法（GAECSRL）。首先,以图卷积网络（GCN）和内积函数分别作为编码器和解码器,并构建图自编码器以形成信息传播框架;然后,在编码器生成的低维表示基础上增加k-means聚类模块,从而使图自编码器的训练过程和节点的类别分布划分形成自监督机制;最后,利用节点标签的判别信息对网络低维表示的类别划分进行指导,将网络表示生成、类别划分以及图自编码器的训练构建在一个统一的优化模型中,并获得融合节点标签信息的有效网络表示结果。在仿真实验中,将GAECSRL用于节点分类和链接预测任务。实验结果表明,相比DeepWalk、node2vec、全局结构信息图表示学习（GraRep）、结构化深度网络嵌入（SDNE）和用数据的转导式或归纳式嵌入预测标签和邻居（Planetoid）,在节点分类任务中GAECSRL的Micro?F1指标提高了0.9~24.46个百分点,Macro?F1指标提高了0.76~24.20个百分点;在链接预测任务中,GAECSRL的AUC指标提高了0.33~9.06个百分点,说明GAECSRL获得的网络表示结果能有效提高节点分类和链接预测任务的性能。     

用于知识表示学习的对抗式负样本生成

知识表示学习目的是将知识图谱中符号化表示的关系与实体嵌入到低维连续向量空间。知识表示模型在训练过程中需要大量负样本,但多数知识图谱只以三元组的形式存储正样本。传统知识表示学习方法中通常使用负采样方法,这种方法生成的负样本很容易被模型判别,随着训练的进行对性能提升的贡献也会越来越小。为了解决这个问题,提出了对抗式负样本生成器（ANG）模型。生成器采用编码-解码架构,编码器读入头或尾实体被替换的正样本作为上下文信息,然后解码器利用编码器提供的编码信息为三元组填充被替换的实体,从而构建负样本。训练过程采用已有的知识表示学习模型与生成器进行对抗训练以优化知识表示向量。在链接预测和三元组分类任务上评估了该方法,实验结果表明该方法对已有知识表示学习模型在FB15K237、WN18和WN18RR数据集上的链接预测平均排名与三元组分类准确度都有提升。     

基于图划分抽样算法的图表示学习

在基于神经网络的图表示算法中,当节点属性维度过高、图的规模过大时,从内存到显存的数据传输会成为训练性能的瓶颈。针对这类问题,该方法将图划分算法应用于图表示学习中,降低了内存访问的I/O开销。该方法根据图节点的度数,将图划分成若干个块,使用显存缓存池存储若干个特征矩阵块。每一轮训练,使用缓存池中的特征矩阵块,以此来减少内存到显存的数据拷贝。针对这一思想,该方法使用基于图划分的抽样算法,设计显存的缓存池来降低内存的访问,运用多级负采样算法,降低训练中负样本采样的时间复杂度。在多个数据集上,与现有方法对比发现,该方法的下游机器学习准确率与原算法基本一致,训练效率可以提高2~ 7倍。实验结果表明,基于图划分的图表示学习能高效训练模型,同时保证节点表示向量的测试效果。今后的课题可以使用严谨的理论证明,阐明图划分模型与原模型的理论误差。     

基于节点-属性二部图的网络表示学习模型

在图结构数据上开展推理计算是一项重大的任务,该任务的主要挑战是如何表示图结构知识使机器可以快速理解并利用图数据。对比现有表示学习模型发现,基于随机游走方法的表示学习模型容易忽略属性对节点关联关系的特殊作用,因此提出一种基于节点邻接关系与属性关联关系的混合随机游走方法。首先通过邻接节点间的共同属性分布计算属性权重,并获取节点到每个属性的采样概率;然后分别从邻接节点与含有共有属性的非邻接节点中提取网络信息;最后构建基于节点-属性二部图的网络表示学习模型,并通过上述采样序列学习得到节点向量表达。在Flickr、BlogCatalog、Cora公开数据集上,用所提模型得到的节点向量表达进行节点分类的Micro-F1平均准确率为89.38%,比GraphRNA（Graph Recurrent Networks with Attributed random walks）高出了2.02个百分点,比经典工作DeepWalk高出了21.12个百分点;同时,对比不同随机游走方法发现,提高对节点关联有促进作用的属性的采样概率可以增加采样序列所含信息。     

主题关注网络的表示学习

针对异质网络表示学习仅从结构方面考虑社交关系而忽略语义这一问题,结合用户间的社交关系和用户对主题的偏好两个方面,提出基于主题关注网络的表示学习算法。首先,针对主题关注网络的特点,结合集对分析理论的同异反（确定与不确定）思想,给出转移概率模型;然后,在转移概率模型的基础上提出了一种基于两类节点的随机游走算法,以得到相对高质量的随机游走序列;最后,基于序列中两类节点建模得到主题关注网络的嵌入向量空间表示。理论分析和在豆瓣数据集上的实验结果表明,结合转移概率模型的随机游走算法能更全面地分析网络中节点的连接关系,当划分社区的个数为13时,所提算法的模块度为0.699 8,相比metapath2vec算法提高了近5%,可以更详细地捕获网络中的信息。     

跨模态表征与生成技术

多媒体数据持续呈现爆发式增长并显现出异源异构的特性,因此跨模态学习领域研究逐渐引起学术和工业界的关注。跨模态表征与生成是跨模态学习的两大核心基础问题。跨模态表征旨在利用多种模态之间的互补性剔除模态之间的冗余,从而获得更为有效的特征表示;跨模态生成则是基于模态之间的语义一致性,实现不同模态数据形式上的相互转换,有助于提高不同模态间的迁移能力。本文系统地分析了国际与国内近年来跨模态表征与生成领域的重要研究进展,包括传统跨模态表征学习、多模态大模型表示学习、图像到文本的跨模态转换和跨模态图像生成。其中,传统跨模态表征学习探讨了跨模态统一表征和跨模态协同表征,多模态大模型表示学习探讨了基于Transformer的模型研究,图像到文本的跨模态转换探讨了图像视频的语义描述、视频字幕语义分析和视觉问答等领域的发展,跨模态图像生成从不同模态信息的跨模态联合表示方法、图像的跨模态生成技术和基于预训练的特定域图像生成阐述了跨模态生成方面的进展。本文详细综述了上述各个子领域研究的挑战性,对比了国内外研究方面的进展情况,梳理了发展脉络和学术研究的前沿动态。最后,根据上述分析展望了跨模态表征与生成的发展趋势和突破口。     

基于深度神经网络和门控循环单元的动态图表示学习方法

学习图中节点的潜在向量表示是一项重要且普遍存在的任务,旨在捕捉图中节点的各种属性。大量工作证明静态图表示已经能够学习到节点的部分信息,然而,真实世界的图是随着时间的推移而演变的。为了解决多数动态网络算法不能有效保留节点邻域结构和时态信息的问题,提出了基于深度神经网络（DNN）和门控循环单元（GRU）的动态网络表示学习方法DynAEGRU。该方法以自编码器作为框架,其中的编码器首先用DNN聚集邻域信息以得到低维特征向量,然后使用GRU网络提取节点时态信息,最后用解码器重构邻接矩阵并将其与真实图对比来构建损失。通过与几种静态图和动态图表示学习算法在3个数据集上进行实验分析,结果表明DynAEGRU具有较好的性能增益。     

融合连边符号语义信息的网络表示学习算法

为融合连边符号语义信息提升网络表示学习质量,针对现有算法处理复杂连边符号语义信息能力较弱问题,提出一种融合连边符号语义信息的网络表示学习算法,将包含正负关系的连边符号语义信息引入网络表示学习过程。首先,该算法设计基于三层感知机的关系预测模型刻画节点间不同类型的上下文链接关系;然后,引入随机游走策略实现上下文链接采样以适应大规模网络场景训练需求。在三个数据集中实验表明,该算法能够有效建模节点间不同类型的上下文链接关系,挖掘其中包含的复杂语义信息,相比目前最优的SIDE方法,所提算法的性能分别提高了0.31%、1.3%和1.85%。     

基于语义特征空间上下文的短文本表示学习

文本表示是自然语言处理中的基础任务,针对传统短文本表示高维稀疏问题,提出1种基于语义特征空间上下文的短文本表示学习方法。考虑到初始特征空间维度过高,通过计算词项间互信息与共现关系,得到初始相似度并对词项进行聚类,利用聚类中心表示降维后的语义特征空间。然后,在聚类后形成的簇上结合词项的上下文信息,设计3种相似度计算方法分别计算待表示文本中词项与特征空间中特征词的相似度,以形成文本映射矩阵对短文本进行表示学习。实验结果表明,所提出的方法能很好地反映短文本的语义信息,能对短文本进行合理而有效的表示学习。