Diffusion is the movement of molecules from a region of higher concentration to a region of lower concentration. It can be used to describe the interactions among data points. In many machine learning problems including transductive semi-supervised learning and few-shot learning, the relationship between labeled and unlabeled data points is a critical component for high classification accuracy. In this paper, inspired by the convection-diffusion ODE, we propose a novel diffusion residual network (Diff-ResNet) to introduce diffusion mechanism into neural networks internally. Under the structured data assumption, it is proved that the diffusion mechanism can increase the distance-diameter ratio that improves the separability of inter-class points and reduces the distance among local intra-class points. This property can be easily adopted by the residual networks for constructing the separable hyperplanes. Extensive experiments of synthetic binary classification, semi-supervised graph node classification and few-shot image classification in various datasets validate the effectiveness of the proposed diffusion mechanism.


翻译:传播是分子从高浓度区域向低浓度区域的移动,可以用来描述数据点之间的相互作用。在许多机器学习问题中,包括转导半监督的学习和微小的学习,标签和无标签的数据点之间的关系是高分类精确度的关键组成部分。在本文件中,在对流-扩散 ODE 的启发下,我们提议建立一个新的扩散剩余网络(Diff-ResNet),在内部将扩散机制引入神经网络。在结构化的数据假设下,可以证明扩散机制可以增加远程干涉率,从而改进不同等级点的分离性,并减少地方级内点之间的距离。这一属性很容易被残留网络用于构建可分离的超平面。在各种数据集中,对合成二元分类、半封闭的图形节点分类和少量图像分类进行广泛的实验,以证实拟议的传播机制的有效性。

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