Graph convolutional networks (GCN) are viewed as one of the most popular representations among the variants of graph neural networks over graph data and have shown powerful performance in empirical experiments. That $\ell_2$-based graph smoothing enforces the global smoothness of GCN, while (soft) $\ell_1$-based sparse graph learning tends to promote signal sparsity to trade for discontinuity. This paper aims to quantify the trade-off of GCN between smoothness and sparsity, with the help of a general $\ell_p$-regularized $(1<p\leq 2)$ stochastic learning proposed within. While stability-based generalization analyses have been given in prior work for a second derivative objectiveness function, our $\ell_p$-regularized learning scheme does not satisfy such a smooth condition. To tackle this issue, we propose a novel SGD proximal algorithm for GCNs with an inexact operator. For a single-layer GCN, we establish an explicit theoretical understanding of GCN with the $\ell_p$-regularized stochastic learning by analyzing the stability of our SGD proximal algorithm. We conduct multiple empirical experiments to validate our theoretical findings.


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图卷积网络(简称GCN),由Thomas Kpif于2017年在论文Semi-supervised classification with graph convolutional networks中提出。它为图(graph)结构数据的处理提供了一个崭新的思路,将深度学习中常用于图像的卷积神经网络应用到图数据上。

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