高效的關係感知鄰域聚合在圖神經網絡中通過張量分解

Kernekoncepter

本文提出了一種新的知識圖譜編碼器,它在關係圖卷積網絡(R-GCN)的聚合函數中採用張量分解,以增強實體和關係信息的整合。我們的模型通過使用低秩張量定義的投影矩陣來增強鄰近實體的表示,這有助於多任務學習,從而產生關係感知的表示。此外,我們引入了一種通過CP分解對核心張量進行低秩估計的技術,這有效地壓縮和正則化了我們的模型。我們採用啟發自對比學習的訓練策略,這緩解了處理巨大圖譜時1-N方法固有的訓練限制。我們在兩個常見的基準數據集FB15k-237和WN18RR上超越了所有競爭對手,同時使用了低維度的實體和關係嵌入。

Resumé

本文提出了一種新的知識圖譜編碼器TGCN,它結合了張量分解和關係圖卷積網絡(R-GCN)的優點。

1. 聚合函數:

• TGCN在R-GCN的聚合函數中採用了張量分解,以增強實體和關係信息的整合。
• 具體來說,TGCN使用低秩張量定義的投影矩陣來轉換鄰近實體的表示,這有助於多任務學習,產生關係感知的表示。

2. 模型壓縮:

• 為了解決高維嵌入帶來的可擴展性問題,TGCN使用CP分解對核心張量進行低秩近似,有效地壓縮和正則化了模型。

3. 訓練策略:

• TGCN採用啟發自對比學習的訓練策略,緩解了1-N方法在處理巨大圖譜時的訓練限制。

4. 實驗結果:

• TGCN在FB15k-237和WN18RR基準數據集上均優於所有競爭對手,同時使用了低維度的實體和關係嵌入。
• TGCN還顯著提升了簡單解碼器DistMult在FB15k-237上的性能。

總的來說,TGCN通過有效整合實體和關係信息,以及採用創新的模型壓縮和訓練策略,成為一種高效的知識圖譜編碼器。

Statistik

知識圖譜通常包含大量實體和關係類型,因此知識圖譜嵌入模型必須具有可擴展性。
高維嵌入會導致可擴展性問題,TGCN使用低維嵌入仍能取得優秀的性能。

Citater

"我們提出了一種新的一般知識圖譜編碼器,它利用張量分解來鼓勵知識傳播。這是通過關係依賴的轉換來實現參數共享,從而實現鄰域信息的高效聚合。"
"我們採用CP分解來對我們模型的核心張量進行低秩近似,以降低其可訓練參數數量並對其進行正則化。此外,受對比學習方法的啟發,我們使用一種圖大小不變的目標函數來訓練我們的模型,以緩解處理巨大圖譜時的訓練限制。"

Vigtigste indsigter udtrukket fra

Efficient Relation-aware Neighborhood Aggregation in Graph Neural Networks via Tensor Decomposition

by Peyman Baghe... kl. arxiv.org 09-24-2024

https://arxiv.org/pdf/2212.05581.pdf

Dybere Forespørgsler

如何進一步提高TGCN在大規模知識圖譜上的可擴展性?

要進一步提高TGCN在大規模知識圖譜上的可擴展性，可以考慮以下幾個策略：

增強模型壓縮技術：雖然TGCN已經使用了CP分解來減少可訓練參數的數量，但可以進一步探索其他模型壓縮技術，如量化和剪枝，這些技術可以進一步減少模型的內存需求和計算負擔。

分佈式訓練：利用分佈式計算架構來訓練TGCN，將大規模知識圖譜的數據分散到多個計算節點上進行並行處理，這樣可以顯著提高訓練速度和效率。

增強隨機子圖的選擇策略：在訓練過程中，隨機選擇子圖的大小和結構可以影響模型的性能。通過動態調整子圖的大小和選擇策略，可以在保持模型性能的同時，減少每次訓練所需的計算資源。

改進訓練算法：採用更高效的訓練算法，如自適應學習率或增量學習，這些方法可以幫助模型在面對大規模數據時更快地收斂，並減少計算開銷。

多任務學習：通過設計多任務學習框架，讓TGCN同時處理多個相關任務，這樣可以促進知識的共享和重用，進一步提高模型的效率和可擴展性。

TGCN是否可以應用於其他圖結構的任務,如社交網絡分析或推薦系統?

是的，TGCN可以應用於其他圖結構的任務，如社交網絡分析和推薦系統。以下是幾個應用的可能性：

社交網絡分析：TGCN的關係感知特性使其能夠有效捕捉社交網絡中用戶之間的複雜關係。通過將用戶和他們的互動視為知識圖譜，TGCN可以用於社交網絡中的社群檢測、影響力分析和用戶行為預測等任務。

推薦系統：在推薦系統中，TGCN可以利用用戶和物品之間的關係來生成個性化的推薦。通過將用戶的歷史行為和物品的特徵嵌入到同一圖結構中，TGCN能夠捕捉到用戶偏好和物品特性之間的複雜交互，從而提高推薦的準確性。

異構圖分析：TGCN的設計使其能夠處理異構圖，即包含不同類型節點和邊的圖結構。這使得TGCN在多種應用場景中具有靈活性，例如在生物信息學中分析基因和蛋白質之間的關係。

TGCN的關係感知表示是否可以應用於其他知識圖譜相關的任務,如關係推理或知識問答?

是的，TGCN的關係感知表示可以應用於其他知識圖譜相關的任務，如關係推理和知識問答。具體應用如下：

關係推理：TGCN能夠有效捕捉實體之間的關係，這使得它在關係推理任務中表現出色。通過利用圖結構中的關係信息，TGCN可以推斷出未觀察到的關係，從而增強知識圖譜的完整性。

知識問答：在知識問答系統中，TGCN可以用於生成對問題的答案。通過將問題轉換為圖結構，並利用TGCN的關係感知能力，系統可以更準確地檢索和生成相關的答案，特別是在處理複雜查詢時。

多任務學習：TGCN的設計使其能夠同時處理多個知識圖譜相關的任務，例如關係推理和知識問答，這樣可以促進模型的泛化能力和性能提升。

總之，TGCN的關係感知表示不僅限於知識圖譜補全，還可以擴展到多種知識圖譜相關的應用，顯示出其在多樣化任務中的潛力。