Graph Neural Networks (GNNs) have enjoyed wide spread applications in graph-structured data. However, existing graph based applications commonly lack annotated data. GNNs are required to learn latent patterns from a limited amount of training data to perform inferences on a vast amount of test data. The increased complexity of GNNs, as well as a single point of model parameter initialization, usually lead to overfitting and sub-optimal performance. In addition, it is known that GNNs are vulnerable to adversarial attacks. In this paper, we push one step forward on the ensemble learning of GNNs with improved accuracy, generalization, and adversarial robustness. Following the principles of stochastic modeling, we propose a new method called GNN-Ensemble to construct an ensemble of random decision graph neural networks whose capacity can be arbitrarily expanded for improvement in performance. The essence of the method is to build multiple GNNs in randomly selected substructures in the topological space and subfeatures in the feature space, and then combine them for final decision making. These GNNs in different substructure and subfeature spaces generalize their classification in complementary ways. Consequently, their combined classification performance can be improved and overfitting on the training data can be effectively reduced. In the meantime, we show that GNN-Ensemble can significantly improve the adversarial robustness against attacks on GNNs.


翻译:图神经网络(GNNs)在图结构数据的应用中发挥着重要作用。但是,现有的基于图的应用往往缺乏注释数据。为了从有限的训练数据中学习潜在的模式,以便对大量的测试数据进行推断,需要使用GNNs。GNNs的复杂度增加以及单点模型参数初始化通常导致过拟合和次优性能。此外,众所周知,GNNs容易受到对抗性攻击的影响。在本文中,我们推进了GNNs的集成学习,以提高准确性、泛化能力和对抗鲁棒性。遵循随机建模原则,我们提出了一种称为GNN-Ensemble的新方法,用于构建多个随机决策图神经网络的集成模型。这些模型的容量可以任意扩大以改善性能。方法的实质是在拓扑空间的随机选定子结构和特征空间的子特征上构建多个GNNs,然后将它们组合用于最终决策。这些不同子结构和子特征空间中的GNNs以互补的方式概括其分类。因此,它们的组合分类性能可以得到改善,并且可以有效减少对训练数据的过拟合。同时,我们展示了GNN-Ensemble可以显著提高对GNNs攻击的对抗性鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【图神经网络导论】Intro to Graph Neural Networks,176页ppt
专知会员服务
123+阅读 · 2021年6月4日
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月18日
专知会员服务
37+阅读 · 2020年11月24日
一份简单《图神经网络》教程,28页ppt
专知会员服务
120+阅读 · 2020年8月2日
【IJCAJ 2020】多通道神经网络 Multi-Channel Graph Neural Networks
专知会员服务
25+阅读 · 2020年7月19日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
量化金融强化学习论文集合
专知
13+阅读 · 2019年12月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
26+阅读 · 2019年1月4日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月12日
Arxiv
21+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
22+阅读 · 2021年12月2日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
14+阅读 · 2020年2月6日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
21+阅读 · 2019年1月3日
VIP会员
相关VIP内容
【图神经网络导论】Intro to Graph Neural Networks,176页ppt
专知会员服务
123+阅读 · 2021年6月4日
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月18日
专知会员服务
37+阅读 · 2020年11月24日
一份简单《图神经网络》教程,28页ppt
专知会员服务
120+阅读 · 2020年8月2日
【IJCAJ 2020】多通道神经网络 Multi-Channel Graph Neural Networks
专知会员服务
25+阅读 · 2020年7月19日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
相关资讯
量化金融强化学习论文集合
专知
13+阅读 · 2019年12月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
26+阅读 · 2019年1月4日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月12日
Arxiv
21+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
22+阅读 · 2021年12月2日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
14+阅读 · 2020年2月6日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
21+阅读 · 2019年1月3日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员