Auto Byte

专注未来出行及智能汽车科技

微信扫一扫获取更多资讯

Science AI

关注人工智能与其他前沿技术、基础学科的交叉研究与融合发展

微信扫一扫获取更多资讯

魔王机器之心报道

70分钟了解图神经网络,图注意力网络一作带来最「自然」的GNN讲解

最近,图注意力网络一作 Petar Veličković 在母校剑桥大学做了一场讲座,介绍图神经网络的理论基础。

神经网络(GNN)是机器学习中最热门的研究方向之一,在提出后的十几年里被不断扩展,先后发展出了图卷积网络、 图注意力网络、图自编码器、图生成网络和图时空网络等多个子领域。

最近,图注意力网络的第一作者 Petar Veličković 回到母校剑桥大学计算机实验室做了一场主题为《神经网络理论基础》的讲座。在演讲中,Petar 尝试从基本原理推导 GNN,介绍其在多个学科中的应用,并解释 GNN 如何在多个研究路线中并行出现。

讲座幻灯片地址:https://petar-v.com/talks/GNN-Wednesday.pdf

Petar 表示,这个演讲「浓缩」了他 4 年 GNN 研究的精华,「这些年我用多种方式讲授 GNN,现在我终于找到了最『自然』的讲解方式。」他表示,这个 70 分钟的讲座既可以帮助初学者,也可以为 GNN 实践者提供新的角度。

接下来,我们就来看 Petar 讲了什么。

Petar Veličković:我找到了最「自然」的 GNN 讲解方式

分子是图,交通地图是图,社交网络也是图。

Petar 首先介绍了现实世界中的图、神经网络的实际应用,以及 GNN 的相关库和数据集等。

紧接着他展示了该讲座的主要内容:

  • 基于基本原理推导 GNN;

  • 介绍 GNN 的多个独立研究变体;

  • 回顾:类 GNN 模型在 ML 研究历史中的出现;

  • 当下:目前的一些研究方向;

  • 展望:GNN 如何泛化至图结构输入以外。

Petar 表示,该讲座的内容基于其关于几何深度学习的研究、麦吉尔大学助理教授 William Hamilton 的著作《图表示学习》,以及 Yoshua Bengio、Marco Gori、Jürgen Schmidhuber 等多位研究者的工作。

基于基本原理推导 GNN

Petar 首先从基本原理定义 GNN,然后介绍了对 GNN 处理图数据有用的特性,并列举了一些示例。

GNN 的过去、现在与未来

Petar 介绍了 GNN 的发展过程与研究蓝图,及其在多个研究领域中的并行出现。例如,自然语言处理与 GNN。

「Transformer 是神经网络。」

完整视频参见:

Petar Veličković简介

Petar Veličković现为 DeepMind 高级研究科学家。他于 2019 年从剑桥大学获得计算机科学博士学位,导师为 Pietro Liò。他的研究方向包括:设计在复杂结构数据上运行的神经网络架构(如图网络),及其在算法推理和计算生物学方面的应用。

Petar Veličković是图注意力网络的一作,他和 Guillem Cucurull、Yoshua Bengio 等人一起完成了图注意力网络的开山之作——《Graph Attention Networks》,这篇论文被 ICLR 2018 接收,目前被引量超过 3000。

除了图注意力网络,他还是《Deep Graph Infomax》的一作。在这篇论文中,他和 William Fedus、Yoshua Bengio 等人提出了以无监督方式学习图结构数据中节点表示的通用方法,该论文被 ICLR 2019 接收。

去年,机器之心曾报道过他的博士论文,Petar 用 147 页篇幅详述了「结构在神经网络中的复兴」,涵盖他之前的研究工作和其他关于 GNN 的内容。而今天介绍的这个讲座更是融合了他「近 4 年 GNN 研究的精华」,对神经网络领域感兴趣的读者可以一看。

个人主页地址:https://petar-v.com/
理论Petar Veličković图神经网络
4
相关数据
深度学习技术

深度学习(deep learning)是机器学习的分支,是一种试图使用包含复杂结构或由多重非线性变换构成的多个处理层对数据进行高层抽象的算法。 深度学习是机器学习中一种基于对数据进行表征学习的算法,至今已有数种深度学习框架,如卷积神经网络和深度置信网络和递归神经网络等已被应用在计算机视觉、语音识别、自然语言处理、音频识别与生物信息学等领域并获取了极好的效果。

机器学习技术

机器学习是人工智能的一个分支,是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、计算复杂性理论等多门学科。机器学习理论主要是设计和分析一些让计算机可以自动“学习”的算法。因为学习算法中涉及了大量的统计学理论,机器学习与推断统计学联系尤为密切,也被称为统计学习理论。算法设计方面,机器学习理论关注可以实现的,行之有效的学习算法。

神经网络技术

(人工)神经网络是一种起源于 20 世纪 50 年代的监督式机器学习模型,那时候研究者构想了「感知器(perceptron)」的想法。这一领域的研究者通常被称为「联结主义者(Connectionist)」,因为这种模型模拟了人脑的功能。神经网络模型通常是通过反向传播算法应用梯度下降训练的。目前神经网络有两大主要类型,它们都是前馈神经网络:卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN),其中 RNN 又包含长短期记忆(LSTM)、门控循环单元(GRU)等等。深度学习是一种主要应用于神经网络帮助其取得更好结果的技术。尽管神经网络主要用于监督学习,但也有一些为无监督学习设计的变体,比如自动编码器和生成对抗网络(GAN)。

图神经网络技术

图网络即可以在社交网络或其它基于图形数据上运行的一般深度学习架构,它是一种基于图结构的广义神经网络。图网络一般是将底层图形作为计算图,并通过在整张图上传递、转换和聚合节点特征信息,从而学习神经网络基元以生成单节点嵌入向量。生成的节点嵌入向量可作为任何可微预测层的输入,并用于节点分类或预测节点之间的连接,完整的模型可以通过端到端的方式训练。

自然语言处理技术

自然语言处理(英语:natural language processing,缩写作 NLP)是人工智能和语言学领域的分支学科。此领域探讨如何处理及运用自然语言;自然语言认知则是指让电脑“懂”人类的语言。自然语言生成系统把计算机数据转化为自然语言。自然语言理解系统把自然语言转化为计算机程序更易于处理的形式。

图网技术

ImageNet 是一个计算机视觉系统识别项目, 是目前世界上图像识别最大的数据库。

图网络技术

2018年6月,由 DeepMind、谷歌大脑、MIT 和爱丁堡大学等公司和机构的 27 位科学家共同提交了论文《Relational inductive biases, deep learning, and graph networks》,该研究提出了一个基于关系归纳偏置的 AI 概念:图网络(Graph Networks)。研究人员称,该方法推广并扩展了各种神经网络方法,并为操作结构化知识和生成结构化行为提供了新的思路。

图卷积网络技术

假设有一张图,要做分类,传统方法需要手动提取一些特征,比如纹理啊,颜色啊,或者一些更高级的特征。然后再把这些特征放到像随机森林等分类器,给到一个输出标签,告诉它是哪个类别。而深度学习是输入一张图,经过神经网络,直接输出一个标签。特征提取和分类一步到位,避免了手工提取特征或者人工规则,从原始数据中自动化地去提取特征,是一种端到端(end-to-end)的学习。相较于传统的方法,深度学习能够学习到更高效的特征与模式。

图生成技术

根据给定信息信息生成图表。

推荐文章
暂无评论
暂无评论~