图神经网络背后的原理和其强大的表征能力

图网络领域的大牛、斯坦福大学Jure Leskovec教授在ICLR 2019就图深度生成模型做了演讲，阐述了图生成模型的方法和应用，并详细介绍了他的最新成果

斯坦福大学教授Jure Leskovec是图网络领域的专家，图表示学习方法 node2vec 和 GraphSAGE 作者之一。

Jure Leskovec

在今年 ICLR，Jure Leskovec 教授及斯坦福、MIT 的多名研究者发表论文 How Powerful Are Graph Neural Networks?(https://cs.stanford.edu/people/jure/pubs/gin-iclr19.pdf)，详细阐述了图神经网络背后的原理和其强大的表征能力，认为图神经网络在因果推理方面有巨大的潜力，有望成为 AI 的下一个拐点。

此外，在 ICLR 受邀演讲上，Jure Leskovec 教授还就图深度生成模型做了演讲。在这次演讲中，Jure 阐述了图生成模型的方法和应用，并详细介绍了他的最新成果，GraphRNN 和 Graph Convolutional Policy Network。

本文带来该演讲的 PPT。

下载链接 (或点击阅读原文下载）：

http://i.stanford.edu/~jure/pub/talks2/graph_gen-iclr-may19-long.pdf

主要内容：

为什么图网络很重要？

图生成任务

GraphRNN：RNN 的两个层次

图卷积策略网络：将图表示和强化学习结合起来

为什么图网络很重要？

为什么图网络很重要？

深入了解图的形成过程

异常检测 - 异常行为，进化

预测 —— 根据过去预测未来

新的图结构的模拟

图补全 - 很多图都是部分可观察的

“如果” 场景

图生成任务

任务 1：生成逼真的图

生成与给定数据集相似的图

任务 2：目标导向的图生成

生成优化给定目标 / 约束的图

药物分子生成 / 优化

关键的见解

通过顺序添加节点 / 边来生成图

好处：

表示具有不同大小、不同序列长度的图

将不同的节点顺序对应于不同的生成轨迹

捕获节点之间的复杂依赖关系

GraphRNN：RNN 的两个层次

GraphRNN：RNN 的两个层次

目标：将模型图生成作为序列生成

需要对两个流程建模：

为新节点生成状态 (节 Node-level RNN)

根据新节点的状态生成新节点的边 (Edge-level RNN)

图卷积策略网络

图卷积策略网络：目标导向的图生成 (GCPN)

将图表示 + RL 结合起来

图表示 (Graph representation) 捕获复杂的结构信息，并在每个状态转换中启用有效性检查 (Valid)

强化学习 (RL) 优化中间 / 最终奖励 (High scores)

对抗性训练 (Adversarial training) 模仿给定数据集中的例子 (Realistic)

总结

通过序列生成，可以成功生成复杂的图

每一步决策都是基于隐藏状态做出的

显式：中间生成图，用 GCN 解码

隐式：向量表示，RNN 解码

任务：

模仿一组给定的图

按照既定目标优化图