CNN已老,GNN来了

### 卷积神经网络 (CNN)、图神经网络 (GNN) 和图卷积网络 (GCN) 的架构比较 #### 卷积神经网络 (CNN) CNN 是一种专门设计用于处理具有网格状拓扑结构的数据集的深层神经网络模型,最常应用于图像数据。其核心操作是通过滑动窗口应用滤波器来提取局部特征[^1]。 ```python import torch.nn as nn class CNN(nn.Module): def __init__(self): super(CNN, self).__init__() self.conv_layer = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=64, kernel_size=3) def forward(self, x): return self.conv_layer(x) ``` #### 图神经网络 (GNN) GNN 设计用来捕捉节点之间的关系以及整个图形中的模式识别。这类算法能够有效地表示和学习复杂的关系型数据,在社交网络分析等领域表现出色[^3]。 ```python from torch_geometric.nn import MessagePassing class GNN(MessagePassing): def __init__(self): super(GNN, self).__init__(aggr='add') def message(self, edge_index_i, x_j): pass def update(self, aggr_out): pass ``` #### 图卷积网络 (GCN) 作为 GNN 的子类之一,GCN 特别强调利用拉普拉斯平滑来进行邻域聚合操作,从而实现更高效的图上信息传播机制。这使得 GCN 成为了处理无向图的理想选择,并广泛应用于推荐系统等场景中。 ```python from torch_geometric.nn import GCNConv class GCN(nn.Module): def __init__(self): super(GCN, self).__init__() self.gcn_conv = GCNConv(16, 32) def forward(self, data): x, edge_index = data.x, data.edge_index return self.gcn_conv(x, edge_index) ``` ### 应用场景对比 - **CNN** 主要适用于计算机视觉领域内的任务,比如物体检测、人脸识别等; - **GNN** 更适合于涉及复杂关联结构的任务,例如分子性质预测或者知识图谱构建; - **GCN** 则擅长解决基于图结构的问题,如社区发现和社会影响力最大化等问题。
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