对自我监督学习（SSL）的最新分析发现，以下以数据为中心的属性对于学习良好表示至关重要：对任务 - 无关紧要的语义的不变性，在某些潜在空间中的类别可分离性以及从增强样品中可恢复标签的类别。但是，鉴于它们的离散，非欧成功的性质，图形数据集和图SSL方法不太可能满足这些属性。这提出了一个问题：如何绘制SSL方法（例如对比度学习（CL））如何工作？为了系统地探究这个问题，我们在使用通用图扩展（GGAS）时对CL进行概括分析，重点是以数据为中心的属性。我们的分析对GGA的局限性以及与任务相关的增强的必要性产生了正式见解。正如我们经验表明的那样，GGA不会在共同基准数据集上引起与任务相关的不变性，这只会导致对天真的，未经训练的基线的边际收益。我们的理论激发了合成数据生成过程，该过程能够控制与任务相关的信息并拥有预定义的最佳增强。这种灵活的基准测试有助于我们确定高级增强技术（例如自动化方法）中未认可的限制。总体而言，我们的工作在经验和理论上都严格地对以数据为中心的属性对图形SSL的增强策略和学习范式的影响进行了严格的背景。

图表分类具有生物信息学，社会科学，自动假新闻检测，Web文档分类等中的应用程序。在许多实践方案中，包括网络级应用程序，其中标签稀缺或难以获得，无人监督的学习是一种自然范式，但它交易表现。最近，对比学习（CL）使得无监督的计算机视觉模型能够竞争对抗监督。分析Visual CL框架的理论和实证工作发现，利用大型数据集和域名感知增强对于框架成功至关重要。有趣的是，图表CL框架通常会在使用较小数据的顺序的同时报告高性能，并且使用可能损坏图形的底层属性的域名增强（例如，节点或边缘丢弃，功能捕获）。通过这些差异的激励，我们寻求确定：（i）为什么现有的图形Cl框架尽管增加了增强和有限的数据; （ii）是否遵守Visual CL原理可以提高图形分类任务的性能。通过广泛的分析，我们识别图形数据增强和评估协议的缺陷实践，这些协议通常用于图形CL文献中，并提出了未来的研究和应用的改进的实践和理智检查。我们表明，在小型基准数据集上，图形神经网络的归纳偏差可以显着补偿现有框架的局限性。在采用相对较大的图形分类任务的研究中，我们发现常用的域名忽视增强的表现不佳，同时遵守Visual Cl中的原则可以显着提高性能。例如，在基于图形的文档分类中，可以用于更好的Web搜索，我们显示任务相关的增强提高了20％的准确性。

关于图表的深度学习最近吸引了重要的兴趣。然而，大多数作品都侧重于（半）监督学习，导致缺点包括重标签依赖，普遍性差和弱势稳健性。为了解决这些问题，通过良好设计的借口任务在不依赖于手动标签的情况下提取信息知识的自我监督学习（SSL）已成为图形数据的有希望和趋势的学习范例。与计算机视觉和自然语言处理等其他域的SSL不同，图表上的SSL具有独家背景，设计理念和分类。在图表的伞下自我监督学习，我们对采用图表数据采用SSL技术的现有方法及时及全面的审查。我们构建一个统一的框架，数学上正式地规范图表SSL的范例。根据借口任务的目标，我们将这些方法分为四类：基于生成的，基于辅助性的，基于对比的和混合方法。我们进一步描述了曲线图SSL在各种研究领域的应用，并总结了绘图SSL的常用数据集，评估基准，性能比较和开源代码。最后，我们讨论了该研究领域的剩余挑战和潜在的未来方向。

尽管自我监督学习（SSL）方法取得了经验成功，但尚不清楚其表示的哪些特征导致了高下游精度。在这项工作中，我们表征了SSL表示应该满足的属性。具体而言，我们证明了必要和充分的条件，因此，对于给出的数据增强的任何任务，在该表示形式上训练的所需探针（例如，线性或MLP）具有完美的准确性。这些要求导致一个统一的概念框架，用于改善现有的SSL方法并得出新方法。对于对比度学习，我们的框架规定了对以前的方法（例如使用不对称投影头）的简单但重大改进。对于非对比度学习，我们使用框架来得出一个简单新颖的目标。我们所得的SSL算法在标准基准测试上的表现优于基线，包括Imagenet线性探测的SHAV+多螺旋桨。

我们从第一批原则提供了一个理论分析，该原则在预训练和微调性能的关系归纳偏差之间建立了新的联系，同时提供了一般预训练模型的延长视图。我们进一步探讨了现有的预训练方法如何强加相关的归纳偏差，发现绝大多数现有方法几乎专注于以帧内方式建模的关系，而不是每种样本方式。我们建立了这些调查结果，这些发现与跨越3个数据模式和10个下游任务的标准基准测试。这些调查验证了我们的理论分析，并提供了一种方法，以产生新的预训练方法，该方法与现有的方法符合用户指定的关系图。

自我监督学习中的最新作品通过依靠对比度学习范式来推动最先进的工作，该范式通过推动正面对或从同一班级中的类似示例来学习表示形式，同时将负面对截然不同。尽管取得了经验的成功，但理论基础是有限的 - 先前的分析假设鉴于同一类标签的正对有条件独立性，但是最近的经验应用使用了密切相关的正对（即同一图像的数据增强）。我们的工作分析了对比度学习，而无需在数据上使用增强图的新概念假设正对的有条件独立性。此图中的边缘连接相同数据的增强，而地面实际类别自然形成了连接的子图。我们提出了在人口增强图上执行光谱分解的损失，并且可以简洁地作为对神经净表示的对比学习目标。最小化此目标会导致在线性探针评估下具有可证明准确性的功能。通过标准的概括范围，在最大程度地减少训练对比度损失时，这些准确性也可以保证。从经验上讲，我们目标所学的功能可以匹配或胜过基准视觉数据集上的几个强基线。总的来说，这项工作为对比度学习提供了首次可证明的分析，在该学习中，线性探针评估的保证可以适用于现实的经验环境。

Generalizable, transferrable, and robust representation learning on graph-structured data remains a challenge for current graph neural networks (GNNs). Unlike what has been developed for convolutional neural networks (CNNs) for image data, self-supervised learning and pre-training are less explored for GNNs. In this paper, we propose a graph contrastive learning (GraphCL) framework for learning unsupervised representations of graph data. We first design four types of graph augmentations to incorporate various priors. We then systematically study the impact of various combinations of graph augmentations on multiple datasets, in four different settings: semi-supervised, unsupervised, and transfer learning as well as adversarial attacks. The results show that, even without tuning augmentation extents nor using sophisticated GNN architectures, our GraphCL framework can produce graph representations of similar or better generalizability, transferrability, and robustness compared to state-of-the-art methods. We also investigate the impact of parameterized graph augmentation extents and patterns, and observe further performance gains in preliminary experiments. Our codes are available at: https://github.com/Shen-Lab/GraphCL.

Graph machine learning has been extensively studied in both academia and industry. Although booming with a vast number of emerging methods and techniques, most of the literature is built on the in-distribution hypothesis, i.e., testing and training graph data are identically distributed. However, this in-distribution hypothesis can hardly be satisfied in many real-world graph scenarios where the model performance substantially degrades when there exist distribution shifts between testing and training graph data. To solve this critical problem, out-of-distribution (OOD) generalization on graphs, which goes beyond the in-distribution hypothesis, has made great progress and attracted ever-increasing attention from the research community. In this paper, we comprehensively survey OOD generalization on graphs and present a detailed review of recent advances in this area. First, we provide a formal problem definition of OOD generalization on graphs. Second, we categorize existing methods into three classes from conceptually different perspectives, i.e., data, model, and learning strategy, based on their positions in the graph machine learning pipeline, followed by detailed discussions for each category. We also review the theories related to OOD generalization on graphs and introduce the commonly used graph datasets for thorough evaluations. Finally, we share our insights on future research directions. This paper is the first systematic and comprehensive review of OOD generalization on graphs, to the best of our knowledge.

由于现实世界图形/网络数据中的广泛标签稀缺问题，因此，自我监督的图形神经网络（GNN）非常需要。曲线图对比度学习（GCL），通过训练GNN以其不同的增强形式最大化相同图表之间的表示之间的对应关系，即使在不使用标签的情况下也可以产生稳健和可转移的GNN。然而，GNN由传统的GCL培训经常冒险捕获冗余图形特征，因此可能是脆弱的，并在下游任务中提供子对比。在这里，我们提出了一种新的原理，称为普通的普通GCL（AD-GCL），其使GNN能够通过优化GCL中使用的对抗性图形增强策略来避免在训练期间捕获冗余信息。我们将AD-GCL与理论解释和设计基于可训练的边缘滴加图的实际实例化。我们通过与最先进的GCL方法进行了实验验证了AD-GCL，并在无监督，6 \％$ 14 \％$ 6 \％$ 14 \％$ 6 \％$ 6 \％$ 3 \％$ 3 \％$达到半监督总体学习设置，具有18个不同的基准数据集，用于分子属性回归和分类和社交网络分类。

图形对比学习（GCL）已成为学习图形无监督表示的有效工具。关键思想是通过数据扩展最大化每个图的两个增强视图之间的一致性。现有的GCL模型主要集中在给定情况下的所有图表上应用\ textit {相同的增强策略}。但是，实际图通常不是单态，而是各种本质的抽象。即使在相同的情况下（例如，大分子和在线社区），不同的图形可能需要各种增强来执行有效的GCL。因此，盲目地增强所有图表而不考虑其个人特征可能会破坏GCL艺术的表现。 {a} u Mentigation（GPA），通过允许每个图选择自己的合适的增强操作来推进常规GCL。本质上，GPA根据其拓扑属性和节点属性通过可学习的增强选择器为每个图定制了量身定制的增强策略，该策略是插件模块，可以通过端到端的下游GCL型号有效地训练。来自不同类型和域的11个基准图的广泛实验证明了GPA与最先进的竞争对手的优势。此外，通过可视化不同类型的数据集中学习的增强分布，我们表明GPA可以有效地识别最合适的数据集每个图的增强基于其特征。

尽管最近在欧几里得数据（例如图像）上使用不变性原理（OOD）概括（例如图像），但有关图数据的研究仍然受到限制。与图像不同，图形的复杂性质给采用不变性原理带来了独特的挑战。特别是，图表上的分布变化可以以多种形式出现，例如属性和结构，因此很难识别不变性。此外，在欧几里得数据上通常需要的域或环境分区通常需要的图形可能非常昂贵。为了弥合这一差距，我们提出了一个新的框架，以捕获图形的不变性，以在各种分配变化下进行保证的OOD概括。具体而言，我们表征了具有因果模型的图形上的潜在分布变化，得出结论，当模型仅关注包含有关标签原因最多信息的子图时，可以实现图形上的OOD概括。因此，我们提出了一个信息理论目标，以提取最大地保留不变的阶级信息的所需子图。用这些子图学习不受分配变化的影响。对合成和现实世界数据集进行的广泛实验，包括在AI ADED药物发现中充满挑战的环境，验证了我们方法的上等OOD概括能力。

Inspired by the impressive success of contrastive learning (CL), a variety of graph augmentation strategies have been employed to learn node representations in a self-supervised manner. Existing methods construct the contrastive samples by adding perturbations to the graph structure or node attributes. Although impressive results are achieved, it is rather blind to the wealth of prior information assumed: with the increase of the perturbation degree applied on the original graph, 1) the similarity between the original graph and the generated augmented graph gradually decreases; 2) the discrimination between all nodes within each augmented view gradually increases. In this paper, we argue that both such prior information can be incorporated (differently) into the contrastive learning paradigm following our general ranking framework. In particular, we first interpret CL as a special case of learning to rank (L2R), which inspires us to leverage the ranking order among positive augmented views. Meanwhile, we introduce a self-ranking paradigm to ensure that the discriminative information among different nodes can be maintained and also be less altered to the perturbations of different degrees. Experiment results on various benchmark datasets verify the effectiveness of our algorithm compared with the supervised and unsupervised models.

图对比度学习（GCL）改善了图表的学习，从而导致SOTA在各种下游任务上。图扩大步骤是GCL的重要但几乎没有研究的步骤。在本文中，我们表明，通过图表增强获得的节点嵌入是高度偏差的，在某种程度上限制了从学习下游任务的学习区分特征的对比模型。隐藏功能（功能增强）。受到所谓矩阵草图的启发，我们提出了Costa，这是GCL的一种新颖的协变功能空间增强框架，该框架通过维护原始功能的``好草图''来生成增强功能。为了强调Costa的特征增强功能的优势，我们研究了一个保存记忆和计算的单视图设置（除了多视图ONE）。我们表明，与基于图的模型相比，带有Costa的功能增强功能可比较/更好。

Pre-publication draft of a book to be published byMorgan & Claypool publishers. Unedited version released with permission. All relevant copyrights held by the author and publisher extend to this pre-publication draft.

在本文中，我们研究了在非全粒图上进行节点表示学习的自我监督学习的问题。现有的自我监督学习方法通​​常假定该图是同质的，其中链接的节点通常属于同一类或具有相似的特征。但是，这种同质性的假设在现实图表中并不总是正确的。我们通过为图神经网络开发脱钩的自我监督学习（DSSL）框架来解决这个问题。 DSSL模仿了节点的生成过程和语义结构的潜在变量建模的链接，该过程将不同邻域之间的不同基础语义解散到自我监督的节点学习过程中。我们的DSSL框架对编码器不可知，不需要预制的增强，因此对不同的图表灵活。为了通过潜在变量有效地优化框架，我们得出了自我监督目标的较低范围的证据，并开发了具有变异推理的可扩展培训算法。我们提供理论分析，以证明DSSL享有更好的下游性能。与竞争性的自我监督学习基线相比，对各种类图基准的广泛实验表明，我们提出的框架可以显着取得更好的性能。

联合学习通常用于容易获得标签的任务（例如，下一个单词预测）。放松这种约束需要设计无监督的学习技术，该技术可以支持联合培训的理想特性：稳健性对统计/系统异质性，可伸缩性与参与者数量以及沟通效率。关于该主题的先前工作集中在直接扩展集中式的自我监督学习技术上，这些学习技术并非旨在具有上面列出的属性。为了解决这种情况，我们提出了乐团，这是一种新颖的无监督联盟学习技术，利用联邦的层次结构来协调分布式的聚类任务，并将客户数据对客户数据的全球始终划分为可区分的群集。我们显示了管弦乐队中的算法管道可确保在线性探针下良好的概括性能，从而使其在广泛的条件下胜过替代技术，包括异质性，客户次数，参与率和本地时期的变化。

图形神经网络是一种强大的深度学习工具，用于建模图形结构化数据，在众多图形学习任务上表现出了出色的性能。为了解决深图学习中的数据噪声和数据稀缺性问题，最近有关图形数据的研究已加剧。但是，常规数据增强方法几乎无法处理具有多模式性的非欧几里得空间中定义的图形结构化数据。在这项调查中，我们正式提出了图数据扩展的问题，并进一步审查了代表性技术及其在不同深度学习问题中的应用。具体而言，我们首先提出了图形数据扩展技术的分类法，然后通过根据增强信息方式对相关工作进行分类，从而提供结构化的审查。此外，我们总结了以数据为中心的深图学习中两个代表性问题中图数据扩展的应用：（1）可靠的图形学习，重点是增强输入图的实用性以及通过图数据增强的模型容量； （2）低资源图学习，其针对通过图数据扩大标记的训练数据量表的目标。对于每个问题，我们还提供层次结构问题分类法，并审查与图数据增强相关的现有文献。最后，我们指出了有希望的研究方向和未来研究的挑战。

在深度学习研究中，自学学习（SSL）引起了极大的关注，引起了计算机视觉和遥感社区的兴趣。尽管计算机视觉取得了很大的成功，但SSL在地球观测领域的大部分潜力仍然锁定。在本文中，我们对在遥感的背景下为计算机视觉的SSL概念和最新发展提供了介绍，并回顾了SSL中的概念和最新发展。此外，我们在流行的遥感数据集上提供了现代SSL算法的初步基准，从而验证了SSL在遥感中的潜力，并提供了有关数据增强的扩展研究。最后，我们确定了SSL未来研究的有希望的方向的地球观察（SSL4EO），以铺平了两个领域的富有成效的相互作用。

近年来，基于Weisfeiler-Leman算法的算法和神经架构，是一个众所周知的Graph同构问题的启发式问题，它成为具有图形和关系数据的机器学习的强大工具。在这里，我们全面概述了机器学习设置中的算法的使用，专注于监督的制度。我们讨论了理论背景，展示了如何将其用于监督的图形和节点表示学习，讨论最近的扩展，并概述算法的连接（置换 - ）方面的神经结构。此外，我们概述了当前的应用和未来方向，以刺激进一步的研究。

已经为图形生成模型提出了广泛的模型，需要采用有效的方法来评估其质量。到目前为止，大多数技术都使用基于子图计数的传统指标或随机初始化的图形神经网络（GNN）的表示。我们建议使用对比训练的GNN而不是随机GNN的表示形式，并表明这给出了更可靠的评估指标。但是，传统方法和基于GNN的方法都没有主导另一方：我们举例说明每种方法无法区分的示例。我们证明了图形子结构网络（GSN），以一种结合两种方法的方式，可以更好地区分图形数据集之间的距离。