Graph representation learning has many real-world applications, from super-resolution imaging, 3D computer vision to drug repurposing, protein classification, social networks analysis. An adequate representation of graph data is vital to the learning performance of a statistical or machine learning model for graph-structured data. In this paper, we propose a novel multiscale representation system for graph data, called decimated framelets, which form a localized tight frame on the graph. The decimated framelet system allows storage of the graph data representation on a coarse-grained chain and processes the graph data at multi scales where at each scale, the data is stored at a subgraph. Based on this, we then establish decimated G-framelet transforms for the decomposition and reconstruction of the graph data at multi resolutions via a constructive data-driven filter bank. The graph framelets are built on a chain-based orthonormal basis that supports fast graph Fourier transforms. From this, we give a fast algorithm for the decimated G-framelet transforms, or FGT, that has linear computational complexity O(N) for a graph of size N. The theory of decimated framelets and FGT is verified with numerical examples for random graphs. The effectiveness is demonstrated by real-world applications, including multiresolution analysis for traffic network, and graph neural networks for graph classification tasks.


翻译:从超分辨率成像、 3D 计算机视觉到药物再定位、 蛋白质分类、 社交网络分析等许多真实世界应用。 图表数据的适当表达方式对于图形结构化数据的统计或机器学习模型的学习性能至关重要。 在本文中, 我们为图形数据提议了一个新型的多比例代表系统, 称为缩略图, 形成一个局部的紧框架。 缩略图系统允许将图形数据表示方式存储在一个粗糙的断层链上, 并处理多尺度的图形数据, 在每个尺度上, 数据储存在一个子图表上。 在此基础上, 我们随后通过一个建设性的数据驱动过滤器银行, 来为多分辨率的图形数据解压缩G- 框架变换换模式。 图形框以基于链基或图的方式构建, 支持快速图形 Fourier 的变形。 由此, 我们给出一个快速的算法, 用于以直线性计算复杂的 O( N), 并用真实的图形图解算法来校验数字网络的理论,, 包括由分辨率图解的图形化的图像分析。

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