基于邻域交互和图神经网络的推荐模型

异质图中包含丰富的关系，图神经网络(Graph Neural Networks, GNNs)能够自然地整合节点关系，因此图神经网络在推荐领域显示出巨大的潜力.然而，现有基于图神经网络的推荐大多聚焦于学习用户和项目的表示，忽略了用户和项目间的交互信息.其次，这些模型很少学习元路径的明确表示.为了解决上述问题，本文提出一种基于邻域交互和图神经网络的推荐模型NGRec.该模型学习用户和项目的表示，并通过元路径引导的邻域来获取用户和项目间的交互，最后将节点表示和交互信息进行融合用于推荐.该模型在得到节点有效表示的基础上，融合节点间的交互，增强了推荐效果.在3种不同类型的异质图上进行大量的实验，证明了所提模型在性能上的提升.     

非独立同分布文本情感表示学习方法

非独立同分布文本的情感分析往往极具挑战,因其是一类包含词句间耦合关系和同词（句）多义性特点的复杂文本。现有方法中,几乎没有可以全面捕获非独立同分布文本特性的方法用于情感分析。面向情感分析的非独立同分布文本表示学习方法对文本中层次化存在的耦合关系和多义性问题进行建模,将这些决定着情感极性的非独立同分布特点嵌入到文本的向量表示中。非独立同分布文本表示学习方法通过一种带注意力机制的多尺度层次化深度神经网络实现。该神经网络利用多尺度卷积循环结构捕获文本中的耦合关系,利用注意力机制消除文本中的多义性。同时,该神经网络层次化地融合了由深度学习生成的隐式特征表示和由文本情感先验知识构造的显示特征表示,以防止数据过拟合问题并强化情感表示能力。充分的实验表明,非独立同分布文本表示学习方法可以显著增强文本情感分析的性能。     

图网络层级信息挖掘分类算法综述

深度学习作为人工智能的一个研究分支发展迅速,而研究数据主要是语音、图像和视频等,这些具有规则结构的数据通常在欧氏空间中表示。然而许多学习任务需要处理的数据是从非欧氏空间中生成,这些数据特征和其关系结构可以用图来定义。图卷积神经网络通过将卷积定理应用于图,完成节点之间的信息传播与聚合,成为建模图数据一种有效的方法。尽管图卷积神经网络取得了巨大成功,但针对图任务中的节点分类问题,由于深层图结构优化的特有难点——过平滑现象,现有的多数模型都只有两三层的浅层模型架构。在理论上,图卷积神经网络的深层结构可以获得更多节点表征信息,因此针对其层级信息进行研究,将层级结构算法迁移到图数据分析的核心在于图层级卷积算子构建和图层级间信息融合。本文对图网络层级信息挖掘算法进行综述,介绍图神经网络的发展背景、存在问题以及图卷积神经网络层级结构算法的发展,根据不同图卷积层级信息处理将现有算法分为正则化方法和架构调整方法。正则化方法通过重新构建图卷积算子更好地聚合邻域信息,而架构调整方法则融合层级信息丰富节点表征。图卷积神经网络层级特性实验表明,图结构中存在层级特性节点,现有图层级信息挖掘算法仍未对层级特性节点的...     

图神经网络在复杂图挖掘上的研究进展

图神经网络对非欧式空间数据建立了深度学习框架,相比传统网络表示学习模型,它对图结构能够实施更加深层的信息聚合操作.近年来,图神经网络完成了向复杂图结构的迁移,诞生了一系列基于复杂图的图神经网络模型.然而,现有综述文章缺乏对复杂图神经网络全面、系统的归纳和总结工作.将复杂图分为异质图、动态图和超图3种类型.将异质图神经网络按照信息聚合方式划分为关系类型感知和元路径感知两大类,在此基础上,分别介绍普通异质图和知识图谱.将动态图神经网络按照处理时序信息的方式划分成基于循环神经网络、基于自编码器以及时空图神经网络三大类.将超图神经网络按照是否将超图展开成成对图划分为展开型和非展开型两大类,进一步按照展开方式将展开型划分成星形展开、团式展开和线形展开3种类型.详细阐述了每种算法的核心思想,比较了不同算法间的优缺点,系统列举了各类复杂图神经网络的关键算法、(交叉)应用领域和常用数据集,并对未来可能的研究方向进行了展望.     

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...     

基于动态图神经网络的会话式机器阅读理解研究

近年来,基于深度学习的机器阅读理解模型研究取得显著进展,但这些模型在全局语义关系构建以及较长距离推理上仍有显著缺陷,在对段落文本进行推理时,大多只把文本信息看作词的序列,而没有探索词与词之间丰富的语义关系。为了解决上述问题,该文提出一种新的基于动态图神经网络的会话式机器阅读理解模型。首先,提取文本中的实体,使用句法结构与句子之间的语义关系进行建模;然后通过语义融合模块,将基于序列化结构得到的上下文嵌入表示与基于图结构得到的实体节点嵌入表示进行融合;最终使用图神经网络实现对答案的预测。同时,该模型可在每轮对话过程中动态地构建问题和会话历史的推理图,能有效地捕捉对话中的语义结构信息和会话历史流程。实验结果表明,在两个最近提出的会话挑战(CoQA和QuAC)上表现了出色的性能。     

基于自学习近邻图策略的短文本匹配方法

针对自然语言处理中的文本匹配问题,提出一种基于自学习文本近邻图框架的深度学习模型,以处理短文本匹配问题。文本近邻图可使用词嵌入将文本转换为向量形式,再通过构建文本相似度关系矩阵获得,可表达文本样本的近邻关系。现有方法通常构造静态的近邻图,这些方法一方面依赖先验知识,另一方面难以获得句子对的最优表示。因此,提出了利用孪生卷积神经网络学习更优的动态更新的近邻图。该模型在Quora数据集上的准确率和◢F◣▼1▽值分别是84.15%和79.88%,在MSRP数据集上的准确率和◢F◣▼1▽值分别是74.55%和81.63%。实验表明,提出的模型能有效地提高文本识别和匹配的准确率。     

自注意力机制的属性异构信息网络嵌入的商品推荐

基于异构信息网络嵌入的推荐技术能够有效地捕捉网络中的结构信息,从而提升推荐性能.然而现有的基于异构信息网络嵌入的推荐技术不仅忽略了节点的属性信息与节点间多种类型的边关系,还忽略了节点不同的属性信息对推荐结果不同的影响.为了解决上述问题,提出一个自注意力机制的属性异构信息网络嵌入的商品推荐(attributed heterogeneous information network embedding with self-attention mechanism for product recommendation, AHNER)框架.该框架利用属性异构信息网络嵌入学习用户与商品统一、低维的嵌入表示,并在学习节点嵌入表示时,考虑到不同属性信息对推荐结果的影响不同和不同边关系反映用户对商品不同程度的偏好,引入自注意力机制挖掘节点属性信息与不同边类型所蕴含的潜在信息并学习属性嵌入表示.与此同时,为了克服传统点积方法作为匹配函数的局限性,该框架还利用深度神经网络学习更有效的匹配函数解决推荐问题.AHNER在3个公开数据集上进行大量的实验评估性能,实验结果表明AHNER的可行性与有效性.     

基于图神经网络和引导向量的图像字幕生成模型

近年来,深度学习已在图像字幕技术研究中展现其优势。在深度学习模型中,图像中对象之间的关系在图像表示中起着重要作用。为了更好地检测图像中的视觉关系,本文基于图神经网络和引导向量构建了图像字幕生成模型（YOLOv4-GCN-GRU, YGG）。该模型利用图像中被检测到的对象的空间和语义信息建立成图,利用图卷积神经网络（Graph convolutional network, GCN）作为编码器对图的每个区域进行表示。在字幕生成阶段,额外训练一个引导神经网络来产生引导向量,从而辅助生成模型自动生成语句。基于MSCOCO图像数据集的对比实验表明,YGG模型具有更好的性能,将CIDEr-D的性能从138.9%提高到了142.1%。     

跨失真表征的特征聚合无参考图像质量评价

针对现有的基于深度学习的无参考图像质量评价模型容易过拟合，并且对真实失真场景中的未知失真类型难辨识问题，提出一个跨失真表征的特征聚合无参考图像质量评价框架。采用与模型无关的元学习优化算法，学习跨不同失真类型的特征表达，缓解模型过拟合影响；将元学习算法与注意力机制、图神经网络相结合，设计特征聚合模块学习每种失真类型的显著性特征；设计图表示模块学习每种失真类型共有的失真信息，削弱图像内容变化对质量预测的影响。实验结果表明，所提算法在预测真实失真图像质量时能够充分挖掘失真图像的高级语义信息，有效解决真实失真场景下失真图像内容变化、未知失真类型复杂的问题，具有较强的推理和泛化能力。     

基于深度神经网络的字典学习

字典学习通常采用线性函数捕获数据潜在特征, 该方式无法充分提取数据的内在特征结构, 近年来深度学习方法因其强大的特征表示能力而备受关注, 由此本文提出一种结合深度学习与字典学习的非线性特征表示策略, 基于深度神经网络的字典学习(deep neural network-based dictionary learning, DNNDL). DNNDL将字典学习模块融入传统深度学习网络结构中, 在通过自编码器进行映射获取的低维嵌入空间中同时学习数据字典及在其上的稀疏表示系数, 从而实现端到端方式的数据潜在特征提取. DNNDL可为已有数据以及样本外点数据生成紧凑且具判别性的表示. DNNDL不仅是一种新的深度学习网络结构, 并且可将其看作为字典学习和深度学习相结合的统一框架. 通过在4个真实数据集上进行的大量实验, 验证表明所提方法较常用方法具有更好数据表示能力.     

基于图结构的级联注意力视觉问答模型

视觉问答是一个具有挑战性的问题,需要结合计算机视觉和自然语言处理的概念。大多数现有的方法使用双流方式,先分别计算图像和问题特征,然后再采取不同的技术和策略进行融合。目前,尚缺乏能够直接捕获问题语义和图像空间关系的更高层次的表示方法。提出一种基于图结构的级联注意力学习模型,该模型结合了图学习模块（学习输入图像问题的特定图表示）、图卷积层和级联注意力层,目的是捕捉不同候选框区域图像的空间信息,以及其与问题之间的更高层次的关系。在大规模数据集VQA v2.0上进行了实验,结果表明,跟主流算法相比较,是/否、计数和其他类型问题的回答准确率均有明显提升,总体准确率达到了68.34%,从而验证了提出模型的有效性。     

面向链接预测的知识图谱表示学习方法综述

作为人工智能的重要基石, 知识图谱能够从互联网海量数据中抽取并表达先验知识, 极大程度解决了智能系统认知决策可解释性差的瓶颈问题, 对智能系统的构建与应用起关键作用. 随着知识图谱技术应用的不断深化, 旨在解决图谱欠完整性问题的知识图谱补全工作迫在眉睫. 链接预测是针对知识图谱中缺失的实体与关系进行预测的任务, 是知识图谱构建与补全中不可或缺的一环. 要充分挖掘知识图谱中的隐藏关系, 利用海量的实体与关系进行计算, 就需要将符号化表示的信息转换为数值形式, 即进行知识图谱表示学习. 基于此, 面向链接预测的知识图谱表示学习成为知识图谱领域的研究热点. 从链接预测与表示学习的基本概念出发, 系统性地介绍面向链接预测的知识图谱表示学习方法最新研究进展. 具体从知识表示形式、算法建模方式两种维度对研究进展进行详细论述. 以知识表示形式的发展历程为线索, 分别介绍二元关系、多元关系和超关系知识表示形式下链接预测任务的数学建模. 基于表示学习建模方式, 将现有方法细化为4类模型: 平移距离模型、张量分解模型、传统神经网络模型和图神经网络模型, 并详细描述每类模型的实现方式与解决不同关系元数链接预测任务的代表模型. 在介绍链接预测的常用的数据集与评判标准基础上, 分别对比分析二元关系、多元关系和超关系3类知识表示形式下, 4类知识表示学习模型的链接预测效果, 并从模型优化、知识表示形式和问题作用域3个方面展望未来发展趋势.     

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.     

GSO:基于图神经网络的深度学习计算图子图替换优化框架

深度学习在各种实际应用中取得了巨大成功,如何有效提高各种复杂的深度学习模型在硬件设备上的执行效率是该领域重要的研究内容之一.深度学习框架通常将深度学习模型表达为由基础算子构成的计算图,为了提高计算图的执行效率,传统的深度学习系统通常基于一些专家设计的子图替换规则,采用启发式搜索算法来优化计算图.它们的不足主要有:1)搜...     

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、攻击算法设计以及攻击实施三大阶段,其中预备阶段包含目标模型评估和攻击者自身评估两个步骤;攻击算法设计包含攻击算法特征设计和攻击算法建立两个步骤;攻击实施包含执行攻击和效果评估两个步骤。同时,我们对每个阶段攻击者的知识水平和能力进行详细说明和分析,并对比不同的方法,描述了其在不同场景下的优缺点。基于提出的框架,对现有图深度学习攻击方法从通用指标和特殊指标角度进行了比较,并总结了该领域常用的数据集。最后,论文对图深度学习攻击研究中的挑战进行分析和展望,以期对未来研究和设计更为健壮的图深度学习模型提供有益参考。     

不完备数据的鲁棒多视角图学习及其聚类应用

现有多视角图学习方法主要建立在数据具有较好完备性的前提假设下,没有充分地考虑由于特征缺失引起的不完备数据的学习问题.针对此问题,提出一种不完备数据的多视角图学习方法.一方面,从局部视角内将数据重建和图学习放入同一框架,通过不完备数据补偿,实现从重建数据中学习视角专属的近邻关系,弥补特征缺失对数据分布的影响.另一方面,为了保持近邻图的二维结构,引入张量分析,从全局角度构造基于多视角的融合图学习约束,捕获缺失数据下视角间图结构的高阶潜在关联性.框架交替的优化数据重建、视角专属图学习和融合张量图结构学习,使其在迭代中相互促进,有效提高模型对不完备多视角数据的学习能力.将所提出的方法应用于两类不完备数据的多视角聚类实验,其结果表明所提出方法在多项性能指标和鲁棒性方面均优于当前主流的多视角聚类方法.     

基于特征和图结构信息增强的多教师学习图神经网络

近年来,图神经网络对图数据强大的表征能力和建模能力使其在诸多领域广泛应用并取得了重大突破。然而,现有模型往往倾向于对图卷积聚合策略和网络结构进行优化,缺乏了对图数据自身先验知识的探索。针对上述问题,通过知识蒸馏的方法,设计了一种基于特征信息和结构信息增强的多教师学习图神经网络,打破了现有模型对于数据先验知识提取的局限性。针对图数据背后所蕴涵的丰富特征与结构信息,分别设计了节点特征和边的数据增强方式。在此基础上,将原始数据和增强后的数据通过多教师学习模块进行知识嵌入,使得学生模型学习到更多关于数据的先验知识。在Cora、Citeseer和PubMed数据集上,节点分类准确率分别提升了1%、1.3%、1.1%。实验结果表明,提出的信息增强的多教师学习模型能够有效地捕获先验知识。