論文の概要: Rethinking Spectral Graph Neural Networks with Spatially Adaptive Filtering

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.09071v5
• Date: Mon, 16 Sep 2024 09:09:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-18 03:05:43.348029
• Title: Rethinking Spectral Graph Neural Networks with Spatially Adaptive Filtering
• Title（参考訳）: 空間適応フィルタを用いたスペクトルグラフニューラルネットワークの再検討
• Authors: Jingwei Guo, Kaizhu Huang, Xinping Yi, Zixian Su, Rui Zhang,
• Abstract要約: スペクトルグラフニューラルネットワーク(GNN)はスペクトル領域において十分に確立されているが、近似への実際の依存は空間領域への深いリンクを意味する。 スペクトルと空間アグリゲーションの間に理論的な関係を確立し、スペクトルが元のグラフを適応した新しいグラフに暗黙的に導く本質的な相互作用を明らかにする。 本稿では,非局所的な補助的なアグリゲーションのためのスペクトルフィルタリングにより適応された新しいグラフを利用する空間適応フィルタリング(SAF)フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.595664867365322
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Whilst spectral Graph Neural Networks (GNNs) are theoretically well-founded in the spectral domain, their practical reliance on polynomial approximation implies a profound linkage to the spatial domain. As previous studies rarely examine spectral GNNs from the spatial perspective, their spatial-domain interpretability remains elusive, e.g., what information is essentially encoded by spectral GNNs in the spatial domain? In this paper, to answer this question, we establish a theoretical connection between spectral filtering and spatial aggregation, unveiling an intrinsic interaction that spectral filtering implicitly leads the original graph to an adapted new graph, explicitly computed for spatial aggregation. Both theoretical and empirical investigations reveal that the adapted new graph not only exhibits non-locality but also accommodates signed edge weights to reflect label consistency among nodes. These findings thus highlight the interpretable role of spectral GNNs in the spatial domain and inspire us to rethink graph spectral filters beyond the fixed-order polynomials, which neglect global information. Built upon the theoretical findings, we revisit the state-of-the-art spectral GNNs and propose a novel Spatially Adaptive Filtering (SAF) framework, which leverages the adapted new graph by spectral filtering for an auxiliary non-local aggregation. Notably, our proposed SAF comprehensively models both node similarity and dissimilarity from a global perspective, therefore alleviating persistent deficiencies of GNNs related to long-range dependencies and graph heterophily. Extensive experiments over 13 node classification benchmarks demonstrate the superiority of our proposed framework to the state-of-the-art models.
• Abstract（参考訳）: スペクトルグラフニューラルネットワーク(GNN)は理論的にはスペクトル領域において十分に基礎を置いているが、それらの多項式近似への実践的依存は空間領域への深いリンクを意味する。 前回の研究では、空間的視点からスペクトルGNNを調べることはめったにないが、それらの空間領域の解釈性は、例えば空間領域におけるスペクトルGNNによって本質的にエンコードされている情報とは何か? 本稿では,スペクトルフィルタリングと空間アグリゲーションの理論的関係を確立し,スペクトルフィルタリングが空間アグリゲーションのために明示的に計算された元のグラフを適応した新しいグラフに暗黙的に導く本質的な相互作用を明らかにする。 理論的および実証的研究の両方で、適応された新しいグラフは非局所性を示すだけでなく、ノード間のラベルの一貫性を反映する符号付きエッジウェイトも備えていることが明らかになった。 これらの結果は、空間領域におけるスペクトルGNNの解釈可能な役割を強調し、グローバル情報を無視した固定順序多項式以外のグラフスペクトルフィルタを再考するきっかけとなった。 この理論的な知見に基づいて、我々は最先端のスペクトルGNNを再検討し、新しい空間適応フィルタリング(SAF)フレームワークを提案する。 特に,提案したSAFは,ノードの類似性と相似性の両方を大域的観点から包括的にモデル化し,長距離依存やグラフヘテロフィリーに関連するGNNの持続的欠陥を緩和する。 13のノード分類ベンチマークに対する大規模な実験は、提案したフレームワークが最先端モデルよりも優れていることを示す。

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