GNN Transformer

RNN

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Transformer

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输入部分

1.Embedding

2.位置嵌入

### GNNTransformer架构的结合及其应用 近年来,图神经网络(Graph Neural Networks, GNNs)和Transformer 架构的结合成为一种新兴的研究方向。这种结合旨在充分利用两者的优点:GNN擅长处理具有复杂关系的数据结构,而Transformer则以其强大的全局注意力机制著称。 #### 结合方式 一种常见的结合方式是将Transformer引入GNN的消息传递阶段。具体而言,在传统的GNN消息传递过程中,节点通过聚合邻居的信息更新自身的表示。然而,这种方法通常仅限于局部邻域内的交互[^3]。为了增强模型捕捉远距离依赖的能力,研究人员引入了自注意力机制(self-attention mechanism),使得每个节点能够动态地关注整个图中其他节点的重要性。这种方式不仅保留了GNN对图结构的理解能力,还增强了其在全球范围内的上下文建模能力[^4]。 另一种结合形式是在预训练阶段联合使用两者。例如,某些工作先利用GNN提取节点级别的特征作为输入序列提供给Transformer层进一步加工;或者反过来,先把原始数据送入若干层纯Transformer编码器后再交给后续专门定制化的GNN模块完成最终任务目标达成过程中的细化调整操作[^1]。 以下是实现该类混合模型的一个简单伪代码示例: ```python import torch from torch_geometric.nn import GCNConv import transformers as trf class GraphTransformer(torch.nn.Module): def __init__(self, num_features, hidden_dim, num_classes): super(GraphTransformer, self).__init__() # Define GNN layers self.gnn_conv1 = GCNConv(num_features, hidden_dim) self.gnn_conv2 = GCNConv(hidden_dim, hidden_dim) # Define Transformer layer config = trf.BertConfig(hidden_size=hidden_dim, num_attention_heads=8, intermediate_size=hidden_dim*4) self.transformer_layer = trf.BertLayer(config) # Output Layer self.output_fc = torch.nn.Linear(hidden_dim, num_classes) def forward(self, data): x, edge_index = data.x, data.edge_index # Pass through GNN layers x = torch.relu(self.gnn_conv1(x, edge_index)) x = torch.relu(self.gnn_conv2(x, edge_index)) # Reshape for transformer input batch_size = int(max(data.batch)) + 1 if hasattr(data,'batch') else 1 seq_len = len(x)//batch_size x = x.view(batch_size,seq_len,-1).permute(1,0,2) # Pass through Transformer layer attention_mask = None # Assuming full visibility within each graph instance. extended_attention_mask = attention_mask[:,None,None,:] if attention_mask is not None else None outputs = self.transformer_layer(x,extended_attention_mask)[0] pooled_output = outputs.mean(dim=0) # Average pooling over sequence length dimension. out = self.output_fc(pooled_output) return out ``` 此代码片段定义了一个基本框架,其中包含了两个GCN卷积层用于初步特征提取,随后是一个Bert风格的单层变压器用来加强这些特征间的相互作用,并最后经过全连接层输出结果[^2]。 #### 应用场景 这类融合模型广泛应用于自然语言处理(NLP),计算机视觉(CV), 生物信息学等领域。特别是在涉及异质性和高维性的大规模社交网络分析、分子性质预测以及推荐系统等方面表现出显著优势[^3]。
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