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鲁棒优化作为大规模图数据的增强方法

Kezhi Kong Guohao Li Mucong Ding Zuxuan Wu Chen Zhu Bernard Ghanem Gavin Taylor Tom Goldstein

摘要

数据增强通过扩充训练集,有助于神经网络提升泛化能力,但如何有效增强图数据以提升图神经网络(GNN)的性能,仍是当前尚未解决的关键问题。现有大多数图正则化方法主要通过增删边来调整图的拓扑结构,而本文提出一种新方法:通过增强节点特征来提升模型性能。我们提出了FLAG(Free Large-scale Adversarial Augmentation on Graphs),该方法在训练过程中基于梯度生成对抗性扰动,迭代地对节点特征进行增强。通过使模型对输入数据的微小波动保持不变性,该方法显著提升了模型在分布外样本上的泛化能力,并在测试阶段有效增强了模型性能。FLAG是一种通用的图数据增强方法,适用于节点分类、链接预测和图分类等多种任务。该方法具有高度的灵活性与可扩展性,可与任意GNN主干网络结合,并适用于大规模数据集。通过大量实验与消融研究,我们验证了该方法的有效性与稳定性。此外,我们还提供了直观的观察结果,以帮助深入理解该方法的工作机制。


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