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链接预测是网络结构化数据的重要课题。传统的启发式方法(如共同邻居、Katz指数等)使用预设的假设来预测节点间是否存在链接。然而,这些方法在假设失效时表现不佳。为此,本研究提出了一种基于伽马衰减理论的启发式学习框架,通过从局部子图中提取模式来自动学习适合网络的启发式。
首先,我们提出了一种γ-衰变启发式理论,将各种启发式学习统一到一个框架中,并证明局部子图能够很好地逼近高阶启发式的信息。基于这一理论,我们进一步开发了SEAL(Structured Embedding and Attention Learning)框架,用于链接预测。SEAL通过从局部子图中学习节点信息矩阵,并结合图神经网络(GNN),显著提升了性能。
在SEAL框架的核心步骤中,我们首先提取一组封闭子图,并构建节点信息矩阵。节点信息矩阵由结构节点标签、节点嵌入和节点属性组成。结构节点标签采用双半径节点标记(DRNL)方法,反映节点在封闭子图中的相对位置和拓扑结构。结合潜在和显式特征,通过负注入技巧提升了模型性能。
实验结果显示,SEAL在多种基准数据集上均优于现有的启发式方法、潜在特征模型和网络嵌入技术。相比WLNM(Weisfeiler-Lehman Neural Machine),其性能提升显著,如图1所示。同时,SEAL在潜在特征集成策略下的表现如图2所示。
本研究的创新点在于提出了基于伽马衰减理论的启发式学习框架,并通过构建结构化节点嵌入,显著提升了链接预测的性能。
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