論文の概要: Enhancing the Resilience of Graph Neural Networks to Topological Perturbations in Sparse Graphs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.03097v1
- Date: Wed, 5 Jun 2024 09:40:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-06 18:59:55.898615
- Title: Enhancing the Resilience of Graph Neural Networks to Topological Perturbations in Sparse Graphs
- Title（参考訳）: スパースグラフのトポロジ的摂動に対するグラフニューラルネットワークのレジリエンス向上
- Authors: Shuqi He, Jun Zhuang, Ding Wang, Luyao Peng, Jun Song,
- Abstract要約: 本稿では,トポロジ駆動ラベル伝搬,ベイズラベル遷移,ランダムウォークによるリンク解析を組み合わせた新しいラベル推論フレームワークTraTopoを提案する。
TraTopoは、ランダムウォークサンプリング(特にリンク予測のために孤立ノードをターゲットとする)を活用することで、スパースグラフの先駆者を大幅に上回っている。
経験的評価では、ノード分類におけるTraTopoの優位性が強調され、現在のGCNモデルよりも精度が高い。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.437128738619563
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Graph neural networks (GNNs) have been extensively employed in node classification. Nevertheless, recent studies indicate that GNNs are vulnerable to topological perturbations, such as adversarial attacks and edge disruptions. Considerable efforts have been devoted to mitigating these challenges. For example, pioneering Bayesian methodologies, including GraphSS and LlnDT, incorporate Bayesian label transitions and topology-based label sampling to strengthen the robustness of GNNs. However, GraphSS is hindered by slow convergence, while LlnDT faces challenges in sparse graphs. To overcome these limitations, we propose a novel label inference framework, TraTopo, which combines topology-driven label propagation, Bayesian label transitions, and link analysis via random walks. TraTopo significantly surpasses its predecessors on sparse graphs by utilizing random walk sampling, specifically targeting isolated nodes for link prediction, thus enhancing its effectiveness in topological sampling contexts. Additionally, TraTopo employs a shortest-path strategy to refine link prediction, thereby reducing predictive overhead and improving label inference accuracy. Empirical evaluations highlight TraTopo's superiority in node classification, significantly exceeding contemporary GCN models in accuracy.
- Abstract（参考訳）: グラフニューラルネットワーク(GNN)はノード分類に広く利用されている。
それにもかかわらず、最近の研究では、GNNは敵攻撃やエッジ破壊のようなトポロジカルな摂動に弱いことが示されている。
これらの課題を緩和するために、考慮すべき努力が注がれている。
例えば、GraphSSやLlnDTなどのベイズ的方法論は、GNNの堅牢性を強化するために、ベイズ的ラベル遷移とトポロジーに基づくラベルサンプリングを取り入れている。
しかし、GraphSSは緩やかな収束によって妨げられ、LlnDTはスパースグラフの課題に直面している。
これらの制約を克服するために,トポロジ駆動ラベル伝搬,ベイズラベル遷移,ランダムウォークによるリンク解析を組み合わせた新しいラベル推論フレームワークであるTraTopoを提案する。
TraTopoは、ランダムウォークサンプリングを利用して、特にリンク予測のために孤立ノードをターゲットとすることで、スパースグラフの先駆者を大幅に上回り、トポロジカルサンプリングコンテキストにおけるその効果を高める。
さらに、TraTopoはリンク予測を洗練するための最短パス戦略を採用し、予測オーバーヘッドを低減し、ラベル推測精度を向上させる。
経験的評価では、ノード分類におけるTraTopoの優位性が強調され、現在のGCNモデルよりも精度が高い。
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