融合链接预测相似度矩阵的属性网络嵌入算法

在属性网络中,与节点相关联的属性信息有助于提升网络嵌入各种任务的性能,但网络是一种图状结构,节点不仅包含属性信息还隐含着丰富的结构信息。为了充分融合结构信息,首先通过定义节点的影响力特性、空间关系特征;然后根据链接预测领域基于相似度的定义构建相似度矩阵,将节点二元组中的关联向量映射到相似度矩阵这一关系空间中,从而保留与节点相关的结构向量信息;再基于图的拉普拉斯矩阵融合属性信息和标签特征,将上述三类信息集成到一个最优化框架中;最后,通过二阶导数求局部最大值计算投影矩阵获取节点的特征表示进行网络嵌入。实验结果表明,提出的算法能够充分利用节点二元组的邻接结构信息,相比于其他基准网络嵌入算法,本模型在节点分类任务上取得了更好的结果。     

融合双层注意力机制的属性网络节点嵌入

属性网络嵌入旨在学习网络中节点的低维表示,具有拓扑和属性相似的节点在嵌入空间彼此接近.注意力机制能有效学习网络中节点与其邻居的相对重要性并基于邻居重要性聚合节点表示.据此,提出一种在属性网络中融合双层注意力机制的节点嵌入算法NETA,可以有效地实现属性网络嵌入.该算法首先从拓扑结构捕获直接邻居,基于属性关系捕获间接邻居...     

基于多通道图卷积自编码器的图表示学习

针对基于图卷积的自编码器模型对原始图属性和拓扑信息的保留能力有限、无法学习结构和属性之间深度关联信息等问题,提出基于多通道图卷积自编码器的图表示学习模型。设计拓扑和属性信息保留能力实验,验证了基于图卷积的自编码器模型具备保留节点属性和拓扑结构信息的能力。构建特定信息卷积编码器和一致信息卷积编码器,提取图的属性空间特征、拓扑空间特征以及两者关联特征,生成属性嵌入、拓扑嵌入和一致性嵌入,同时建立与编码器对称的卷积解码器,还原编码器过程。使用重构损失、局部约束和一致性约束,优化各编码器生成的低维嵌入表示。最终将蕴含不同图信息的多种嵌入进行融合,生成各节点的嵌入表示。实验结果表明,该模型在BlogCatalog和Flickr数据集上节点分类的Micro-F1和Macro-F1明显高于基线模型,在Citeseer数据集上节点聚类的精度和归一化互信息相比于表现最优的基线模型提升了11.84%和34.03%。上述实验结果证明了该模型采用的多通道方式能够在低维嵌入中保留更丰富的图信息,提升图机器学习任务的性能表现。     

属性网络中基于变分图自编码器的异常节点检测方法

图神经网络为属性网络数据挖掘提供融合利用结构信息和属性信息的方法,但是在现阶段基于图自动编码器进行无监督属性网络异常节点检测时,常将正常节点子属性插值形成的节点误识别为异常节点,导致方法的假负率较高.针对上述问题,文中提出基于变分图自编码器的异常节点检测方法.模型包含两个编码器和一个解码器,利用一个编码器和一个解码器构...     

基于图嵌入与支持向量机的社交网络节点分类方法

针对无属性社交网络的节点分类问题,提出了一种基于图嵌入与支持向量机,利用社交网络中节点之间关系特征,对节点进行分类的方法.首先,通过DeepWalk、LINE等多种图嵌入模型挖掘节点隐含关系特征的同时,将高维的社交网络数据转换为低维embedding向量.其次,提取节点度、聚集系数、PageRank值等特征信息,组合构成节点的特征向量.然后,利用支持向量机构建节点分类预测模型对节点进行分类预测.最后,在三个公开的社交网络数据集上实验,与对比方法相比,提出的方法在社交网络节点分类任务中能取得更好的分类效果.     

基于KNN与矩阵变换的图节点嵌入归纳式学习算法

图节点的低维嵌入在各种预测任务中是非常有用的,如蛋白质功能预测、内容推荐等。然而,多数方法不能自然推广到不可见节点。图采样聚合算法(Graph Sample and Aggregate,Graphsage)虽然可以提高不可见节点生成嵌入的速度,但容易引入噪声数据,且生成的节点嵌入的表示能力不高。为此,文中提出了一种基于KNN与矩阵变换的图节点嵌入归纳式学习算法。首先,通过KNN选取K个邻节点;然后,根据聚合函数生成聚合信息;最后,利用矩阵变换与全连接层对聚合信息和节点信息进行计算,得到新的节点嵌入。为了有效权衡计算时间与性能,文中提出一种新的聚合函数,对邻节点特征运用最大池化作为聚合信息输出,以更多地保留邻节点信息,降低计算代价。在reddit和PPI两个数据集上的实验表明,所提算法在micro-f1和macro-f1两个评价指标上分别获得了4.995%与10.515%的提升。因此,该算法可以大幅减少噪声数据,提高节点嵌入的表示能力,快速有效地为不可见节点及不可见图生成节点嵌入。     

节点属性嵌入的改进图布局算法

正文传统的图布局算法主要从网络的拓扑结构考虑生成符合美学标准的布局结果,但是由于没有考虑节点的属性,得到的布局结果不能准确反映节点属性的影响.为此,在传统力导引布局算法的基础上,提出基于属性数据嵌入的改进图布局算法.首先基于节点间的属性(包括数据属性和结构属性)定义节点属性距离;然后分别定义3个线性单调函数,将节点属性距离映射为力导引布局算法中万有引力、弹簧弹性系数和弹簧原长这3个参数,实现图布局算法中节点属性的嵌入;最后根据具体的节点属性设计并计算相应的属性距离函数和线性单调映射函数,得到与具体节点属性相关的图布局结果.实验结果表明,该算法生成的布局结果可充分体现相关节点属性对布局的影响,展现与节点属性相关的重要节点关系和子图结构.     

时序图节点嵌入策略的研究

相较于传统的图数据分析方法,图嵌入算法是一种面向图节点的新型图数据分析策略.其旨在通过将图节点向量化表达,进而在节点向量基础上利用神经网络相关技术更有效的进行图数据分析或挖掘工作,如在节点分类、链接预测及交通流预测等经典问题上取得效果显著.虽然研究者们在图嵌入方面已取得了诸多成果,但是面向时序图的节点嵌入问题却未被充分重视,本文便是在先前研究工作的基础上,结合信息在时序图中的传播特性,提出了一种对时序图节点进行自适应嵌入表达的方法ATGEB （Adaptive Temporal Graph Embedding）.首先,为了解决不同类型时序图节点活跃程度不同的问题,通过设计一种自适应方式对其活跃时刻进行聚类.而后,在此基础上设计一种游走模型用以保存节点对之间的时间关系,并将节点游走序列保存在一种双向多叉树上进而可以更快速的得到节点时间相关的游走序列.最后,在基于节点游走特性和图拓扑结构的基础上,对节点向量进行重要节点采样,以便在尽可能短的时间内训练出满足需求的网络模型.通过充分的实验证明,本文面向时序图的嵌入策略相较于现流行的嵌入方法,在时序图时序中节点间时序可达性检测以及节点分类等问题上得出了更好的实验效果.     

融合节点标签与强弱关系的链路预测算法

如何通过已知路径结合相关属性信息和不同关系强度进行链路预测是一个难题。为了解决这个问题,提出融合节点标签与强弱关系的链路预测算法。选取两个中心节点,采用基于双半径节点标签算法计算以其为中心的所有网络节点标签;生成中心节点带有节点标签的[h]深度局部子图;提取局部子图并将其作为目标网络获得特征矩阵,在对特征矩阵进行矩阵分解的同时融入节点属性信息与强弱关系,赋予动态权值,构建相似度矩阵。实验结果表明,与常见的基于共同邻居算法、基于网络嵌入等链路预测算法相比,该算法的精确度最高提升1.83％,且其预测结果的精确度和效率明显提升,同时能够有效且准确地挖掘各节点的内部相关性。     

基于图注意力网络表示学习的协同过滤推荐算法

针对传统的基于模型的协同过滤推荐算法未能有效利用用户与项目的属性信息以及用户之间与项目之间的关系结构信息, 本文提出一种基于图注意力网络表示学习的协同过滤推荐算法. 该算法使用知识图谱表示节点的属性特征信息和节点间的关系结构信息, 并在用户和项目的同质网络上进行节点的图注意力网络表示学习, 得到用户和项目的网络嵌入特征表示, 最后构建融合网络嵌入信息的神经矩阵分解模型获得推荐结果. 本文在Movielens数据集上与相关算法进行对比实验, 实验证明该算法能优化模型的推荐性能, 提高推荐的召回率HR@K和归一化折损累计增益NDCG@K.     

融合协同过滤信息的知识图注意力网络

知识图谱（KG）能够缓解协同过滤算法存在的数据稀疏和冷启动问题,在推荐领域被广泛地研究和应用。现有的很多基于KG的推荐模型混淆了用户物品二部图中的协同过滤信息和KG中实体间的关联信息,导致学习到的用户向量和物品向量无法准确表达其特征,甚至引入与用户、物品无关的信息从而干扰推荐。针对上述问题提出一种融合协同信息的知识图注意力网络（KGANCF）。首先,为了避免KG实体信息的干扰,网络的协同过滤层从用户物品二部图中挖掘出用户和物品的协同过滤信息;然后,在知识图注意力嵌入层中应用图注意力机制,从KG中继续提取与用户和物品密切相关的属性信息;最后,在预测层将用户物品的协同过滤信息和KG中的属性信息融合,得到用户和物品最终向量表示,进而预测用户对物品的评分。在MovieLens-20M和Last.FM数据集上进行了实验,与协同知识感知注意力网络（CKAN）相比,KGANCF在MovieLens-20M数据集上的F1分数提升了1.1个百分点,曲线下面积（AUC）提升了0.6个百分点;而在KG相对稀疏的Last.FM数据集上,模型的F1分数提升了3.3个百分点,AUC提升了8.5个百分点。实验结果表明,KGANCF能够有效提高推荐结果的准确度,在KG稀疏的数据集上显著优于协同知识嵌入（CKE）、知识图谱卷积网络（KGCN）、知识图注意网络（KGAT）和CKAN模型。     

基于节点-属性二部图的网络表示学习模型

在图结构数据上开展推理计算是一项重大的任务,该任务的主要挑战是如何表示图结构知识使机器可以快速理解并利用图数据。对比现有表示学习模型发现,基于随机游走方法的表示学习模型容易忽略属性对节点关联关系的特殊作用,因此提出一种基于节点邻接关系与属性关联关系的混合随机游走方法。首先通过邻接节点间的共同属性分布计算属性权重,并获取节点到每个属性的采样概率;然后分别从邻接节点与含有共有属性的非邻接节点中提取网络信息;最后构建基于节点-属性二部图的网络表示学习模型,并通过上述采样序列学习得到节点向量表达。在Flickr、BlogCatalog、Cora公开数据集上,用所提模型得到的节点向量表达进行节点分类的Micro-F1平均准确率为89.38%,比GraphRNA（Graph Recurrent Networks with Attributed random walks）高出了2.02个百分点,比经典工作DeepWalk高出了21.12个百分点;同时,对比不同随机游走方法发现,提高对节点关联有促进作用的属性的采样概率可以增加采样序列所含信息。     

基于最小描述长度原则的属性图概要方法

图概要技术是管理、分析和可视化大规模图的关键技术之一。如何综合结构和属性信息进行图概要是一个挑战。大部分现有的图概要方法或者只考虑结构或属性某一方面的信息,或者要求属性的表现形式是一致的。结合信息论中最小描述长度原则,对属性图概要问题建模,将其转化为求解最小表示代价问题,以实现图压缩和图概要的双重目标。提出了一种计算节点属性相似性的方法,该属性度量方法对节点属性的限制较小,并且将节点间的相似性统一为存储代价,实现了节点结构相似和属性相似的协同考虑。提出了两种求解最小代价表示的图概要算法。在真实和合成的数据集上实验,验证了提出算法的有效性。     

融合实体描述信息和邻居节点特征的知识表示学习方法

知识图谱表示学习旨在将实体和关系映射到一个低维稠密的向量空间中。现有的大多数相关模型更注重于学习三元组的结构特征,忽略了三元组内的实体关系的语义信息特征和三元组外的实体描述信息特征,因此知识表达能力较差。针对以上问题,提出了一种融合多源信息的知识表示学习模型BAGAT。首先,结合知识图谱特征来构造三元组实体目标节点和邻居节点,并使用图注意力网络（GAT）聚合三元组结构的语义信息表示;然后,使用BERT词向量模型对实体描述信息进行嵌入表示;最后,将两种表示方法映射到同一个向量空间中进行联合知识表示学习。实验结果表明,BAGAT性能较其他模型有较大提升,在公共数据集FB15K-237链接预测任务的Hits@1与Hits@10指标上,与翻译模型TransE相比分别提升了25.9个百分点和22.0个百分点,与图神经网络模型KBGAT相比分别提升了1.8个百分点和3.5个百分点。可见,融合实体描述信息和三元组结构语义信息的多源信息表示方法可以获得更强的表示学习能力。     

利用初始残差和解耦操作的自适应深层图卷积

传统的图卷积网络(GCN)及其很多变体都是在浅层时达到最佳的效果,而没有充分利用图中节点的高阶邻居信息.随后产生的深层图卷积模型可以解决以上问题却又不可避免地产生了过平滑的问题,导致模型无法有效区分图中不同类别的节点.针对此问题,提出了一种利用初始残差和解耦操作的自适应深层图卷积模型ID-AGCN.首先,对节点的表示转...     

Community Discovery Algorithm Based on Multi-Relationship Embedding

Complex systems in the real world often can be modeled as network structures, and community discovery algorithms for complex networks enable researchers to understand the internal structure and implicit information of networks. Existing community discovery algorithms are usually designed for single-layer networks or single-interaction relationships and do not consider the attribute information of nodes. However, many real-world networks consist of multiple types of nodes and edges, and there may be rich semantic information on nodes and edges. The methods for single-layer networks cannot effectively tackle multi-layer information, multi-relationship information, and attribute information. This paper proposes a community discovery algorithm based on multi-relationship embedding. The proposed algorithm first models the nodes in the network to obtain the embedding matrix for each node relationship type and generates the node embedding matrix for each specific relationship type in the network by node encoder. The node embedding matrix is provided as input for aggregating the node embedding matrix of each specific relationship type using a Graph Convolutional Network (GCN) to obtain the final node embedding matrix. This strategy allows capturing of rich structural and attributes information in multi-relational networks. Experiments were conducted on different datasets with baselines, and the results show that the proposed algorithm obtains significant performance improvement in community discovery, node clustering, and similarity search tasks, and compared to the baseline with the best performance, the proposed algorithm achieves an average improvement of 3.1% on Macro-F1 and 4.7% on Micro-F1, which proves the effectiveness of the proposed algorithm.     

结合图自编码器与聚类的半监督表示学习方法

节点标签是复杂网络中广泛存在的监督信息,对网络表示学习具有重要作用。基于此,提出了一种结合图自编码器与聚类的半监督表示学习方法（GAECSRL）。首先,以图卷积网络（GCN）和内积函数分别作为编码器和解码器,并构建图自编码器以形成信息传播框架;然后,在编码器生成的低维表示基础上增加k-means聚类模块,从而使图自编码器的训练过程和节点的类别分布划分形成自监督机制;最后,利用节点标签的判别信息对网络低维表示的类别划分进行指导,将网络表示生成、类别划分以及图自编码器的训练构建在一个统一的优化模型中,并获得融合节点标签信息的有效网络表示结果。在仿真实验中,将GAECSRL用于节点分类和链接预测任务。实验结果表明,相比DeepWalk、node2vec、全局结构信息图表示学习（GraRep）、结构化深度网络嵌入（SDNE）和用数据的转导式或归纳式嵌入预测标签和邻居（Planetoid）,在节点分类任务中GAECSRL的Micro?F1指标提高了0.9~24.46个百分点,Macro?F1指标提高了0.76~24.20个百分点;在链接预测任务中,GAECSRL的AUC指标提高了0.33~9.06个百分点,说明GAECSRL获得的网络表示结果能有效提高节点分类和链接预测任务的性能。     

基于核非负矩阵分解的有向图聚类算法

现有的有向图聚类算法大多基于向量空间中节点间的近似线性关系假设,忽略了节点间存在的非线性相关性。针对该问题,提出一种基于核非负矩阵分解（KNMF）的有向图聚类算法。首先,引入核学习方法将有向图的邻接矩阵投影到核空间,并通过特定的正则项约束原空间及核空间中节点间的相似性。其次,提出了图正则化核非对称NMF算法的目标函数,并在非负约束条件下通过梯度下降方法推导出一个聚类算法。该算法在考虑节点连边的方向性的同时利用核学习方法建模节点间的非线性关系,从而准确地揭示有向图中潜在的结构信息。最后,在专利-引文网络（PCN）数据集上的实验结果表明,簇的数目为2时,和对比算法相比,所提算法将DB值和DQF值分别提高了约0.25和8%,取得了更好的聚类质量。     

融合全局结构信息的拓扑优化图卷积网络

基于拓扑优化的图卷积网络(TOGCN)是一类图卷积神经网络(GCNN)模型,它通过网络中的辅助信息优化网络拓扑结构,有利于反映节点间的联系程度;然而TOGCN模型仅注重局部节点之间的关联关系,对网络潜在的全局结构信息关注不足.融合全局特征信息,有助于提高模型的性能和处理信息缺失时的鲁棒性.提出了融合全局结构信息的拓扑优...