Graph neural networks (GNNs) have recently been demonstrated to perform well on a variety of network-based tasks such as decentralized control and resource allocation, and provide computationally efficient methods for these tasks which have traditionally been challenging in that regard. However, like many neural-network based systems, GNNs are susceptible to shifts and perturbations on their inputs, which can include both node attributes and graph structure. In order to make them more useful for real-world applications, it is important to ensure their robustness post-deployment. Motivated by controlling the Lipschitz constant of GNN filters with respect to the node attributes, we propose to constrain the frequency response of the GNN's filter banks. We extend this formulation to the dynamic graph setting using a continuous frequency response constraint, and solve a relaxed variant of the problem via the scenario approach. This allows for the use of the same computationally efficient algorithm on sampled constraints, which provides PAC-style guarantees on the stability of the GNN using results in scenario optimization. We also highlight an important connection between this setup and GNN stability to graph perturbations, and provide experimental results which demonstrate the efficacy and broadness of our approach.


翻译:最近已经证明,全球神经网络(GNNs)在分散控制和资源分配等各种基于网络的任务方面表现良好,并且为这些传统上在这方面一直具有挑战性的任务提供了计算效率的方法。然而,像许多基于神经网络的系统一样,全球神经网络在其投入上容易发生转变和扰动,其中既包括节点属性,也包括图形结构。为了使其对现实世界应用更有用,必须确保它们在部署后具有稳健性。通过控制GNN过滤器在节点属性方面的利普施茨常数,我们提议限制GNN过滤库的频率反应。我们用连续频率响应限制将这种配方扩展至动态图表设置,并通过假想办法解决问题的一个松动变方。这允许在抽样制约上使用同样的计算效率算法,用假想优化的结果为GNN提供PAC式的稳定性保证。我们还强调了这一设置和GNN稳定性与图形的透图之间的重要联系,并提供实验性结果,以显示我们图的效能和广度。

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