Hypergraph offers a framework to depict the multilateral relationships in real-world complex data. Predicting higher-order relationships, i.e hyperedge, becomes a fundamental problem for the full understanding of complicated interactions. The development of graph neural network (GNN) has greatly advanced the analysis of ordinary graphs with pair-wise relations. However, these methods could not be easily extended to the case of hypergraph. In this paper, we generalize the challenges of GNN in representing higher-order data in principle, which are edge- and node-level ambiguities. To overcome the challenges, we present \textbf{SNALS} that utilizes bipartite graph neural network with structural features to collectively tackle the two ambiguity issues. SNALS captures the joint interactions of a hyperedge by its local environment, which is retrieved by collecting the spectrum information of their connections. As a result, SNALS achieves nearly 30% performance increase compared with most recent GNN-based models. In addition, we applied SNALS to predict genetic higher-order interactions on 3D genome organization data. SNALS showed consistently high prediction accuracy across different chromosomes, and generated novel findings on 4-way gene interaction, which is further validated by existing literature.


翻译:测深仪为描述现实世界复杂数据中的多边关系提供了一个框架。 预测高阶关系, 即高端关系, 成为充分了解复杂互动关系的一个根本问题。 图形神经网络( GNNN)的开发极大地推动了对普通图形与双向关系的分析。 但是,这些方法无法轻易推广到超光谱中。 在本文中, 我们概括了GNN在原则上代表更高阶数据方面的挑战, 这些数据是边缘和节点级的模糊性。 为了克服挑战, 我们展示了利用带有结构特征的双片图形神经网络来集体解决两个模糊问题。 SNALS通过收集其连接的频谱信息,捕捉到其本地环境超尖端共同的相互作用。 结果, SNALS与最近以GNN为基础的模型相比,性能增加了近30%。 此外, 我们应用SNALS来预测3D基因组组织的基因组数据上更高阶深层次的相互作用。 SNALS显示, 不同染色体之间不断提高预测准确性。 SNANSS在现有的基因互动中产生了新的结果。

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