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Graph Out-of-distribution Generalization.pdf

上传人: 2*** 编号:144921 2023-10-28 38页 2.28MB

1、DataFunSummit#2023Graph Out-of-Distribution Generalization From a Causal Perspective演讲人:隋勇铎(Yongduo Sui)中国科学技术大学博士生蚂蚁集团实习生01Background and Motivation03Causal Attention Learning02Related Studies04Adversarial Invariant AugmentationCONTENTDataFunSummit#202301Background and Motivation1.1 Background Grap

2、h data are everywhere Social network Chemical molecule Biological proteinSocial networkMoleculeProtein structure Node classification Link prediction/classification Graph classification Graph learning tasks1.2 Graph Out-of-distribution Issue OOD Issue in Image Classification1 OoD-Bench:Quantifying an

3、d Understanding Two Dimensions of Out-of-Distribution Generalization,CVPR 2022Covariate shiftCorrelation shiftCow&Camel1.2 Graph Out-of-distribution Issue OOD Issue in Graph Classification3 OOD-GNN:Out-of-Distribution Generalized Graph Neural Network,TKDE 20222 Discovering Invariant Rationales for G

4、raph Neural Networks,ICLR 20221.3 Assumption of Graph Generation Stable(Causal)&Environmental Feature Sufficiency&Invariance Assumption Molecule:CyclopropanolScaffold:3-carbon ringMolecule:1,4-cyclohexanediol Scaffold:6-carbon ringStable feature:functional group,e.g.OH,-COOHEnvironmental feature:sca

5、ffold,e.g.carbon ring,carbon chainMolecule:acetic acidScaffold:small sizeMolecule:citric acidScaffold:large size4 Learning Invariant Graph Representations for Out-of-Distribution Generalization,NeurIPS 20225 Learning Substructure Invariance for Out-of-Distribution Molecular Representations,NeurIPS 2

6、0221.4 Our Motivations Possible reasons for poor performance of GNNs on OOD test dataStable features are difficult to captureEnvironmental features are not discrepant enough Stable features are the key to improving the OOD generalization,while the spurious correlation in data makes the model to lear

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本文介绍了在图数据处理中,面向分布外泛化的因果视角方法。主要内容分为四部分:背景与动机、相关研究、因果注意力学习、对抗不变性增强。 1. 背景与动机:图数据广泛应用于社交网络、化学分子、生物蛋白等领域。图学习任务如节点分类、链接预测等,面临分布外泛化问题。稳定的特征对改进泛化性能关键,但模型可能学习到数据中的“捷径”,这些“捷径”在训练分布外可能不存在。 2. 相关研究:介绍了图核、图匹配、图神经网络(GNNs)等方法。GNNs通过消息传递机制进行特征提取和分类。还提到了图数据增强、图不变性学习、分布鲁棒优化等方法。 3. 因果注意力学习:从因果视角分析GNN建模,结构因果模型(SCM)用于图分类。通过后门路径分析,关注稳定特征和环境特征对表示和预测的影响。提出Causal Attention Learning (CAL)方法,通过干预措施估计注意力,实现特征解缠。 4. 对抗不变性增强:讨论了环境特征 discrepancy和稳定特征一致性的原则。提出对抗不变性增强(AIA),通过最大化环境特征的分布差异,最小化稳定特征的分布差异,改善模型在分布外数据上的表现。 综上,文章提出了从因果视角解决图数据分布外泛化问题的方法,通过CAL和AIA提高模型泛化能力。
"GNNs的OoD问题如何解决?" "如何通过因果视角优化GNN?" "AIA算法在缓解分布偏移方面的效果如何?"
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