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符号并非良方:面向异质图学习的多集到多集消息传递

Langzhang Liang Sunwoo Kim Kijung Shin Zenglin Xu Shirui Pan Yuan Qi

摘要

图神经网络(Graph Neural Networks, GNNs)作为一种强大的建模与推理方法,近年来在同质性图结构数据中受到广泛关注。为了使GNN在异质性图(heterophilic graphs)中发挥效能——即相邻节点具有不相似的标签或特征——签名消息传递(Signed Message Passing, SMP)被广泛采用。然而,目前关于SMP局限性的理论与实证分析仍显不足。本文揭示了SMP存在的一些潜在缺陷及其应对策略。我们首先识别出SMP的两个关键局限:对多跳邻居(multi-hop neighbors)的表示更新不理想,以及对过平滑(oversmoothing)问题的敏感性。为克服上述挑战,我们提出一种新型的消息传递机制,称为“多重集到多重集图神经网络”(Multiset to Multiset GNN, M2M-GNN)。通过理论分析与大量实验验证,结果表明,M2M-GNN能够有效缓解SMP的上述缺陷,在性能上显著优于现有方法。


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