We bridge two research directions on graph neural networks (GNNs), by formalizing the relation between heterophily of node labels (i.e., connected nodes tend to have dissimilar labels) and the robustness of GNNs to adversarial attacks. Our theoretical and empirical analyses show that for homophilous graph data, impactful structural attacks always lead to reduced homophily, while for heterophilous graph data the change in the homophily level depends on the node degrees. These insights have practical implications for defending against attacks on real-world graphs: we deduce that separate aggregators for ego- and neighbor-embeddings, a design principle which has been identified to significantly improve prediction for heterophilous graph data, can also offer increased robustness to GNNs. Our comprehensive experiments show that GNNs merely adopting this design achieve improved empirical and certifiable robustness compared to the best-performing unvaccinated model. Additionally, combining this design with explicit defense mechanisms against adversarial attacks leads to an improved robustness with up to 18.33% performance increase under attacks compared to the best-performing vaccinated model.


翻译:在图形神经网络(GNNs)上,我们通过正式确定节点标签(即连接节点往往有不同标签)和GNNs对对抗性攻击的稳健性之间的关系,将图形神经网络(GNNs)的两个研究方向连接起来。我们的理论和经验分析表明,对于同质图形数据而言,冲击性的结构攻击总是导致同质图形数据减少,而对于异性图数据而言,同质水平的变化取决于节点度。这些洞察对防御真实世界图表攻击具有实际影响:我们推论,自我和邻居组合的单独聚合体是显著改进对异性图数据的预测的设计原则。我们的全面实验表明,GNNs仅仅采用这一设计,就实现了更好的经验性和可证实的稳健性,与最佳的无漏模式相比。此外,将这一设计与明确的防御机制结合起来,防止对立性攻击的明显防御机制导致更稳健性,与最佳的防疫模型相比,攻击下性性性能提高至18.33%。

0
下载
关闭预览

相关内容

因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
238+阅读 · 2020年4月19日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
0+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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
Arxiv
23+阅读 · 2018年10月1日
VIP会员
相关资讯
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
0+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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员