Structural data well exists in Web applications, such as social networks in social media, citation networks in academic websites, and threads data in online forums. Due to the complex topology, it is difficult to process and make use of the rich information within such data. Graph Neural Networks (GNNs) have shown great advantages on learning representations for structural data. However, the non-transparency of the deep learning models makes it non-trivial to explain and interpret the predictions made by GNNs. Meanwhile, it is also a big challenge to evaluate the GNN explanations, since in many cases, the ground-truth explanations are unavailable. In this paper, we take insights of Counterfactual and Factual (CF^2) reasoning from causal inference theory, to solve both the learning and evaluation problems in explainable GNNs. For generating explanations, we propose a model-agnostic framework by formulating an optimization problem based on both of the two casual perspectives. This distinguishes CF^2 from previous explainable GNNs that only consider one of them. Another contribution of the work is the evaluation of GNN explanations. For quantitatively evaluating the generated explanations without the requirement of ground-truth, we design metrics based on Counterfactual and Factual reasoning to evaluate the necessity and sufficiency of the explanations. Experiments show that no matter ground-truth explanations are available or not, CF^2 generates better explanations than previous state-of-the-art methods on real-world datasets. Moreover, the statistic analysis justifies the correlation between the performance on ground-truth evaluation and our proposed metrics.


翻译:在网络应用中,如社交媒体的社交网络、学术网站的引用网络和在线论坛的线索数据等,都存在良好的结构数据。由于复杂的地形学,很难处理和利用这些数据中的丰富信息。图表神经网络(GNN)在学习结构数据的表述方面显示出巨大的优势。然而,深层次学习模型的不透明性使得解释和解释GNNs所作的预测变得不易。同时,评价GNN的解释也是一种巨大的挑战,因为在许多情况下,地面真相解释是不存在的。在本文中,我们从因果关系推断理论(CFN2)中获取对反事实和事实(CFD2)的深刻见解,以解决可解释结构数据中的学习和评价问题。为了产生解释,我们提出了一个模型-认知框架,根据两种偶然的视角来提出优化问题。这与先前可解释的GNNNF2的相关性相比,这与以前可解释的GNNS解释的相关性不同。另外一项工作的贡献是评估GNNN的反事实和事实(CF)解释(CR)的解释,而不用对实际解释作出更精确的解释。

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