2.GNN(Graphic Nuaral Network)

将一个数据(一个图)输入到网络(GNN)中,会得到一个输出数据(同样是图),输出的图和输入的图相比,顶点、边、以及全局信息会发生一些改变。GNN采用“图入图出”架构,也就是说模型将图作为输入,改变图的信息后进行输出。

简单来说:GNN模型就是 一张图输入,经过GNN层(实质上就是三个分别对应点、边和全局的MLP),输出一个属性已经变换的图,在经过全连接层,得到输出。

顶点、边和全局信息都是独立处理的,只在最后Pooling时使用了连通性信息。

加入信息传递:在每一层GNN层中加入Pooling,让相邻顶点、边、以及全局信息之间进行信息传递,而不是等到最后进行预测的时候才进行Pooling。

GNN输入信息包括(1)顶点信息(2)边信息(3)全局信息(4)顶点之间的连接信息。

以一张5*5*3的照片为例

(1)顶点信息 是一个25*3的矩阵

 (2)边信息是72*边的向量维度

(3)全局信息 比如是否含有环

(4)顶点之间的连接信息 邻接矩阵就是

GNN的最终目的是 对图进行预测(也就是全局信息)对顶点信息进行预测对边信息进行预测

总结,比GCN简单,只有MLP使用,没有卷积结构,同样是用在2D图像上。

参考以下作者文章:

https://blog.youkuaiyun.com/qq_44452377/article/details/127042725?spm=1001.2014.3001.5506

03-18
### 图神经网络 (Graph Neural Networks, GNN) 的介绍及其应用 #### 基本概念 图神经网络是一种专门用于处理图结构数据的深度学习方法。它通过消息传递机制,在节点之间传播和聚合信息,从而实现对复杂关系建模的能力[^1]。GNN的核心思想在于利用图中的拓扑结构来提取特征并生成节点、边甚至整个图的表示。 在具体实现方面,《Graph Neural Networks: A Review of Methods and Applications》一文中提到三种通用框架:MPNN(Message Passing Neural Network),NLNN(Non-local Neural Network)以及DeepMind提出的GN(Graph Network)。这些框架分别从不同的角度定义了如何在网络中进行信息交换与更新操作[^2]。 #### 应用领域 GNN的应用范围非常广泛,涵盖了多个学科和技术场景: - **社交网络分析** 社交媒体平台上的用户互动可以被抽象成一张巨大的图,其中每个账户是一个节点,而好友关系则构成连接两者的边。通过对这样的图施加GNN算法,可以帮助识别社区结构、预测链接形成可能性等问题。 - **推荐系统优化** 推荐引擎通常依赖于捕捉用户的偏好模式与其所消费商品间的关联性。当把用户视为一类实体,项目作为另一类时,则形成了二分图形式的数据集。在此基础上运用GNN技术能够显著提升个性化建议质量[^3]。 - **化学分子性质预测** 化合物内部原子间键结状况可以用有向带权图表达出来,借助于此种表述方式再配合相应类型的GNN模型即可完成诸如毒性评估之类的任务。 以下是Python代码片段展示了一个简单的基于PyTorch Geometric库构建GCN层的例子: ```python import torch from torch_geometric.nn import GCNConv class SimpleGCN(torch.nn.Module): def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): super(SimpleGCN, self).__init__() self.conv1 = GCNConv(input_dim, hidden_dim) self.conv2 = GCNConv(hidden_dim, output_dim) def forward(self, data): x, edge_index = data.x, data.edge_index x = self.conv1(x, edge_index) x = torch.relu(x) x = self.conv2(x, edge_index) return torch.log_softmax(x, dim=1) ```
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