This work establishes rigorous, novel and widely applicable stability guarantees and transferability bounds for graph convolutional networks -- without reference to any underlying limit object or statistical distribution. Crucially, utilized graph-shift operators (GSOs) are not necessarily assumed to be normal, allowing for the treatment of networks on both directed- and for the first time also undirected graphs. Stability to node-level perturbations is related to an 'adequate (spectral) covering' property of the filters in each layer. Stability to edge-level perturbations is related to Lipschitz constants and newly introduced semi-norms of filters. Results on stability to topological perturbations are obtained through recently developed mathematical-physics based tools. As an important and novel example, it is showcased that graph convolutional networks are stable under graph-coarse-graining procedures (replacing strongly-connected sub-graphs by single nodes) precisely if the GSO is the graph Laplacian and filters are regular at infinity. These new theoretical results are supported by corresponding numerical investigations.


翻译:这项工作为图变网络建立了严格、新颖和广泛适用的稳定性保障和可转移性界限 -- -- 没有提及任何基本的限制对象或统计分布。 关键是,使用过的图变操作器(GSOs)不一定被认为是正常的, 从而可以同时处理定向和首次没有定向的图解上的网络。 节点扰动的稳定与每个层过滤器的“ 充足( 光谱) ” 特性有关。 边缘扰动的稳定与利普西茨常数和新引入的过滤器半规范有关。 有关地形扰动稳定性的结果是通过最近开发的数学物理工具取得的。 重要和新颖的例子表明,图变动网络在图形- 粗皮层测量程序下是稳定的( 以单节点设置连接紧密的子图 ), 如果GSO 是图 Laplacecian 和过滤器是固定的。 这些新的理论结果得到相应的数字调查的支持。

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