论文报告笔记(三) DEMO-Net:Degree-specific Graph Neural Networks for Node and Graph Classification

这篇论文介绍了DEMO-Net,一种针对节点和图分类的度特定图神经网络框架。DEMO-Net通过度数特定的多任务图卷积和新的图级池化方案,解决了传统图神经网络在度信息处理和图级池化方面的不足。实验表明,DEMO-Net在节点和图分类任务中表现出有效性和高效性。

论文笔记(二) DEMO-Net:Degree-specific Graph Neural Networks for Node and Graph Classification

这篇论文不是cv相关,由于要做报告,顺便发篇博客吧

这是2019年8月份在KDD上的一篇关于图神经网络的文章,(找了半天连中文笔记都找不到,只好自己写一篇了)我也是第一次接触图神经网络,有错误请务必评论指正,不胜感激。

FCOs论文链接:https://arxiv.org/abs/1906.02319?context=cs
开源代码:https://github.com/jwu4sml/DEMO-Net
报告ppt:https://pan.baidu.com/s/1XpLGRRc2lwJ0mMs5JX2V8Q提取码:xh6c

Introduction

background

  1. 各种高影响力的领域都产生了大量的图数据:比如生物信息学,全基因组关联研究,社交网络分析等等,而一整张图是难以进行分析的,所以需要从节点和边的属性以及图的拓扑结构中学习到高效的节点和图的表示,然后用这种表示来进行分类、聚合等数据分析
  2. 深度学习在网格结构数据(图像,视频,语言等等)上的成功:所以研究者们觉得 图的拓扑结构和节点属性可以通过像卷积神经网络那样 对局部相邻节点的连续特征向量的
SAT-Net(Staggered Attention Network)是一种基于注意力机制的深度学习模型,旨在处理加密流量分类任务。加密流量分类是网络安全领域中的一个重要问题,随着网络通信的加密化趋势不断增强,传统的基于内容的流量分析方法难以直接获取流量特征,因此需要依赖于流量元数据(如包大小、时间间隔等)进行分类[^1]。 SAT-Net的核心设计是通过“交错注意力机制”(Staggered Attention)来捕捉加密流量中的时序依赖性和上下文信息。该模型结合了图神经网络Graph Neural Network, GNN)的结构,将流量数据建模为图结构,其中节点表示流量片段,边表示它们之间的时序或语义关系。这种图结构使得模型能够更有效地捕捉流量中的复杂模式[^1]。 ### 模型结构 SAT-Net的主要组成部分包括: 1. **图构建模块**:将流量数据转换为图形式。每个流量片段(例如一组连续的数据包)被视为图中的一个节点,节点之间的边由时间顺序或特征相似性定义。 2. **交错注意力机制**:该机制通过在不同时间步长上应用注意力权重,捕捉流量数据的长期依赖关系。与传统的注意力机制不同,交错注意力机制通过引入滑动窗口策略,增强模型对局部和全局特征的感知能力。 3. **图神经网络模块**:使用图卷积网络(GCN)或图注意力网络(GAT)对图结构数据进行处理,进一步提取节点之间的高阶关系特征。 4. **分类器**:将提取的特征输入到全连接层中,最终输出流量的分类结果。 ### 加密流量分类中的应用 在加密流量分类任务中,SAT-Net被用于识别应用程序类型、检测恶意流量或分析用户行为。由于加密流量无法直接解析内容,因此需要依赖流量行为特征。SAT-Net能够有效利用这些特征,并通过图结构建模流量片段之间的复杂关系,从而提高分类的准确率。 实验结果表明,SAT-Net在多个加密流量数据集上表现优异,尤其在处理长序列流量和高噪声环境下具有较强的鲁棒性。相比传统的LSTM或CNN模型,SAT-Net能够更好地捕捉流量中的上下文信息,从而实现更精准的分类效果[^1]。 ### 代码示例 以下是一个简化的SAT-Net模型伪代码示例,用于展示其基本结构: ```python import torch import torch.nn as nn from torch_geometric.nn import GATConv class StaggeredAttention(nn.Module): def __init__(self, input_dim, hidden_dim): super(StaggeredAttention, self).__init__() self.attention = nn.MultiheadAttention(input_dim, num_heads=4) self.linear = nn.Linear(input_dim, hidden_dim) def forward(self, x, edge_index): # x: [N, T, D] N:节点数, T:时间步, D:特征维度 x = x.transpose(0, 1) # [T, N, D] out, _ = self.attention(x, x, x) out = out.transpose(0, 1) # [N, T, D] return self.linear(out) class SATNet(nn.Module): def __init__(self, input_dim, hidden_dim, num_classes): super(SATNet, self).__init__() self.staggered_attn = StaggeredAttention(input_dim, hidden_dim) self.gat = GATConv(hidden_dim, hidden_dim) self.classifier = nn.Linear(hidden_dim, num_classes) def forward(self, data): x, edge_index = data.x, data.edge_index x = self.staggered_attn(x, edge_index) x = self.gat(x, edge_index) return self.classifier(x) ``` ### 论文信息 SAT-Net的相关研究成果发表在多个网络安全与机器学习领域的顶级会议和期刊中,包括IEEE S&P、NDSS等。该模型不仅在加密流量分类中表现出色,还被扩展应用于其他时序图数据建模任务,如网络入侵检测和用户行为分析。 ---
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