Graph Neural Networks (GNNs) are a broad class of connectionist models for graph processing. Recent studies have shown that GNNs can approximate any function on graphs, modulo the equivalence relation on nodes defined by the Weisfeiler - Lehman test. However, these results suffer from some limitations, both because they were derived using the Stone-Weierstrass theorem - which is existential in nature -, and because they assume that the target function to be approximated must be continuous. In this paper, we propose an alternative way to demonstrate the approximation capability of GNNs that overcomes these limitations. In particular, some new results are proved, which allow to: (1) define GNN architectures capable of obtaining a given approximation; (2) show that the Weisfeiler-Lehman test converges in r+1 steps, where r is the diameter of the graph; (3) derive a formal relationship between the Weisfeiler-Lehman test and the unfolding trees, that is trees that can be built by visiting the graph starting from a given node. These results provide a more comprehensive understanding of the approximation power of GNNs, definitely showing that the 1-WL test and the unfolding tree concepts can be used interchangeably to study the their expressiveness.


翻译:神经网络图(GNNs)是用于图解处理的广泛的连接模型。最近的研究表明,GNNs可以近似图形上的任何功能,从而模拟Weisfeiler-Lehman测试中界定的节点的等值关系。然而,这些结果有一些局限性,因为它们是使用Ston-Weierstrases 理论(即存在性)得出的,并且因为它们认为目标功能必须相近。在本文中,我们建议了另一种方式来显示GNNs克服这些限制的近似能力。特别是,一些新的结果已经证明,这些结果允许:(1) 界定GNNS结构能够获得某种近似;(2) 显示Weisfeiler-Lehman测试在r为图直径的r+1步骤中相趋近;(3) 在Weisfeiler-Lehman测试和正在形成的树木之间形成一种正式的关系,这种关系可以通过从给定节点开始的图形来建立。这些结果更全面地了解GNNS的近似性结构,明确显示它们所使用的直观测试能够直观地显示GNNNS-L。

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