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GraphRARE:基于相对熵增强的强化学习图神经网络

Tianhao Peng Wenjun Wu Haitao Yuan Zhifeng Bao Zhao Pengrui Xin Yu Xuetao Lin Yu Liang Yanjun Pu

摘要

图神经网络(Graph Neural Networks, GNNs)在基于图的分析任务中展现出显著优势。然而,现有大多数方法均基于同质性假设,在异质性图(heterophilic graphs)上表现不佳。在异质性图中,相连节点的特征差异较大且类别标签不同,语义相关的节点可能相隔多跳。为解决这一局限性,本文提出GraphRARE——一种基于节点相对熵与深度强化学习的通用框架,旨在增强GNN的表达能力。该框架引入一种创新的节点相对熵度量方法,综合考虑节点特征与结构相似性,用于衡量节点对之间的互信息。此外,为避免远距离节点带来的有用信息与噪声混合所导致的次优解问题,本文设计了一种基于深度强化学习的图拓扑优化算法。该算法依据定义的节点相对熵,智能选择具有信息量的节点,同时剔除噪声节点。在七个真实世界数据集上开展的大量实验表明,GraphRARE在节点分类任务中具有显著优势,并具备优化原始图拓扑结构的能力。


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