一种感染细菌和古代的原核病毒是微生物社区的关键球员。预测原核病毒的宿主有助于破译微生物之间的动态关系。虽然存在用于宿主鉴定的实验方法，但它们是劳动密集型或需要培养宿主细胞，从而产生对计算宿主预测的需求。尽管结果有一些有希望的结果，但计算宿主预测仍然是挑战，因为通过高通量测序技术通过有限的已知的相互作用和纯粹的测序量。最先进的方法只能在物种级别达到43％的精度。这项工作呈现樱桃，该工具配制主机预测作为知识图中的链路预测。作为病毒原核相互作用预测工具，可以应用樱桃以预测新发现病毒的宿主以及感染抗生素抗菌细菌的病毒。我们展示了樱桃对既有应用的效用，并将其性能与不同情景中的最先进的方法进行了比较。为了我们最好的知识，樱桃在识别病毒 - 原核互动方面具有最高的准确性。它优于物种水平的所有现有方法，精度增加37％。此外，樱桃的性能比其他工具更短的Contig。

背景：感染细菌和古代的原核病毒是生物圈中最丰富和多样化的生物实体。要了解各种生态系统中的监管作用，并利用治疗中使用的噬菌体的潜力，需要了解有病毒宿主关系的知识。高通量测序及其对微生物组的应用已经为预测宿主特定病毒可能感染的预测提供了新的机会。但是，计算宿主预测存在两个主要挑战。首先，经验上已知的病毒 - 宿主关系非常有限。其次，虽然病毒与其原核寄存器之间的序列相似度被用作宿主预测的主要特征，但在许多情况下，对齐在丢失或含糊不清。因此，仍然需要提高宿主预测的准确性。结果：在这项工作中，我们提出了一个半监督的学习模型，名为Hostg，为新颖病毒进行主机预测。我们通过利用病毒病毒蛋白质相似性和病毒宿主DNA序列相似性构建知识图。然后采用图形卷积网络（GCN）来利用或没有已知主机在培训中进行病毒来提高学习能力。在GCN培训期间，我们最小化预期的校准错误（ECE），以确保预测的信心。我们在模拟和实际测序数据上测试了HostG，并将其性能与其他用于病毒主机分类（VHM-Net，Wish，PHP，Hophage，Rafah，VHulk和VPF-Class）设计的最先进的方法。结论：Hostg优于其他流行的方法，展示了使用基于GCN的半监督学习方法的功效。 Hostg的特殊优势是它能够从新的分类群中预测主机。

药物 - 药物相互作用（DDIS）可能会阻碍药物的功能，在最坏的情况下，它们可能导致不良药物反应（ADR）。预测所有DDI是一个具有挑战性且关键的问题。大多数现有的计算模型都集成了来自不同来源的药物中心信息，并利用它们作为机器学习分类器中的功能来预测DDIS。但是，这些模型有很大的失败机会，尤其是对于所有信息都没有可用的新药。本文提出了一个新型的HyperGraph神经网络（HYGNN）模型，仅基于用于DDI预测问题的任何药物的微笑串。为了捕获药物的相似性，我们创建了从微笑字符串中提取的药物的化学子结构中创建的超图。然后，我们开发了由新型的基于注意力的超图边缘编码器组成的HYGNN，以使药物的表示形式和解码器，以预测药物对之间的相互作用。此外，我们进行了广泛的实验，以评估我们的模型并将其与几种最新方法进行比较。实验结果表明，我们提出的HYGNN模型有效地预测了DDI，并以最大的ROC-AUC和PR-AUC分别超过基准，分别为97.9％和98.1％。

多药物（定义为使用多种药物）是一种标准治疗方法，尤其是对于严重和慢性疾病。但是，将多种药物一起使用可能会导致药物之间的相互作用。药物 - 药物相互作用（DDI）是一种与另一种药物结合时的影响发生变化时发生的活性。 DDI可能会阻塞，增加或减少药物的预期作用，或者在最坏情况下，会产生不利的副作用。虽然准时检测DDI至关重要，但由于持续时间短，并且在临床试验中识别它们是时间的，而且昂贵，并且要考虑许多可能的药物对进行测试。结果，需要计算方法来预测DDI。在本文中，我们提出了一种新型的异质图注意模型Han-DDI，以预测药物 - 药物相互作用。我们建立了具有不同生物实体的药物网络。然后，我们开发了一个异质的图形注意网络，以使用药物与其他实体的关系学习DDI。它由一个基于注意力的异质图节点编码器组成，用于获得药物节点表示和用于预测药物相互作用的解码器。此外，我们利用全面的实验来评估我们的模型并将其与最先进的模型进行比较。实验结果表明，我们提出的方法Han-DDI的表现可以显着，准确地预测DDI，即使对于新药也是如此。

来自最近的研究的日益增长的证据意味着MicroRNA或miRNA可以作为各种复杂人类疾病中的生物标志物。由于湿实验室实验昂贵且耗时，MiRNA疾病协会预测的计算技术近年来引起了很多关注。数据稀缺是建立可靠机器学习模式的主要挑战之一。数据稀缺结合使用预先计算的手工制作输入功能导致了过度装备和数据泄漏的问题。我们通过提出一种基于新的多任务图卷积的方法来克服现有作品的局限性，我们称之为粘基。杀菌允许自动特征提取，同时将知识与五个异质生物信息来源（miRNA /疾病和蛋白质编码基因（PCG）之间的相互作用，多任务设置中的蛋白质编码基因，miRNA家族信息和病理学之间的相互作用。这是一种新颖的视角，并未在之前进行过。为了有效地测试我们模型的泛化能力，我们在标准基准数据集中构建了大规模实验，以及我们提出的更大的独立测试集和案例研究。杀螨物显示出在HMDDV2.0和HMDDV3.0数据集上的5倍CV评估中的至少3％，并且在较大独立的测试集上至少35％，并在最先进的方法上具有看不见的miRNA和疾病。我们分享我们的重复性和未来研究代码，以便在https://git.l3s.uni-hannover.de/dong/cmtt。

病毒感染导致全世界的显着发病率和死亡率。理解特定病毒和人类蛋白质之间的相互作用模式在揭示病毒感染和发病机制的潜在机制方面发挥着至关重要的作用。这可以进一步帮助预防和治疗病毒相关疾病。然而，由于病毒 - 人类相互作用的稀缺数据和大多数病毒的快速突变率，预测新病毒和人体细胞之间的蛋白质 - 蛋白质相互作用的任务是非常挑战性的。我们开发了一种多任务转移学习方法，利用人类互乱组约2400万蛋白序列和相互作用模式的信息来解决小型训练数据集的问题。除了使用手工制作的蛋白质特征，而不是通过深语模型方法从巨大的蛋白质序列来源学习的统计学上丰富的蛋白质表示。此外，我们采用了额外的目的，旨在最大限度地提高观察人蛋白质蛋白质相互作用的可能性。这一附加任务目标充当规律器，还允许纳入域知识来告知病毒 - 人蛋白质 - 蛋白质相互作用预测模型。我们的方法在13个基准数据集中实现了竞争力，以及SAR-COV-2病毒受体的案例研究。实验结果表明，我们所提出的模型有效地用于病毒 - 人和细菌 - 人蛋白质 - 蛋白质 - 蛋白质相互作用预测任务。我们分享我们的重复性和未来研究代码，以便在https://git.l3s.uni-hannover.de/dong/multitastastastastastastastastastask-transfer。

Clustering is a fundamental problem in network analysis that finds closely connected groups of nodes and separates them from other nodes in the graph, while link prediction is to predict whether two nodes in a network are likely to have a link. The definition of both naturally determines that clustering must play a positive role in obtaining accurate link prediction tasks. Yet researchers have long ignored or used inappropriate ways to undermine this positive relationship. In this article, We construct a simple but efficient clustering-driven link prediction framework(ClusterLP), with the goal of directly exploiting the cluster structures to obtain connections between nodes as accurately as possible in both undirected graphs and directed graphs. Specifically, we propose that it is easier to establish links between nodes with similar representation vectors and cluster tendencies in undirected graphs, while nodes in a directed graphs can more easily point to nodes similar to their representation vectors and have greater influence in their own cluster. We customized the implementation of ClusterLP for undirected and directed graphs, respectively, and the experimental results using multiple real-world networks on the link prediction task showed that our models is highly competitive with existing baseline models. The code implementation of ClusterLP and baselines we use are available at https://github.com/ZINUX1998/ClusterLP.

鉴定新型药物靶标相互作用（DTI）是药物发现中的关键和速率限制步骤。虽然已经提出了深入学习模型来加速识别过程，但我们表明最先进的模型无法概括到新颖（即，从未见过的）结构上。我们首先揭示负责此缺点的机制，展示模型如何依赖于利用蛋白质 - 配体二分网络拓扑的捷径，而不是学习节点特征。然后，我们介绍AI-BIND，这是一个与无监督的预训练的基于网络的采样策略相结合的管道，使我们能够限制注释不平衡并改善新型蛋白质和配体的结合预测。我们通过预测具有结合亲和力的药物和天然化合物对SARS-COV-2病毒蛋白和相关的人蛋白质来说明Ai-reat的值。我们还通过自动扩展模拟和与最近的实验证据进行比较来验证这些预测。总体而言，AI-Bind提供了一种强大的高通量方法来识别药物目标组合，具有成为药物发现中强大工具的可能性。

We present the OPEN GRAPH BENCHMARK (OGB), a diverse set of challenging and realistic benchmark datasets to facilitate scalable, robust, and reproducible graph machine learning (ML) research. OGB datasets are large-scale, encompass multiple important graph ML tasks, and cover a diverse range of domains, ranging from social and information networks to biological networks, molecular graphs, source code ASTs, and knowledge graphs. For each dataset, we provide a unified evaluation protocol using meaningful application-specific data splits and evaluation metrics. In addition to building the datasets, we also perform extensive benchmark experiments for each dataset. Our experiments suggest that OGB datasets present significant challenges of scalability to large-scale graphs and out-of-distribution generalization under realistic data splits, indicating fruitful opportunities for future research. Finally, OGB provides an automated end-to-end graph ML pipeline that simplifies and standardizes the process of graph data loading, experimental setup, and model evaluation. OGB will be regularly updated and welcomes inputs from the community. OGB datasets as well as data loaders, evaluation scripts, baseline code, and leaderboards are publicly available at https://ogb.stanford.edu.

The development of deep neural networks has improved representation learning in various domains, including textual, graph structural, and relational triple representations. This development opened the door to new relation extraction beyond the traditional text-oriented relation extraction. However, research on the effectiveness of considering multiple heterogeneous domain information simultaneously is still under exploration, and if a model can take an advantage of integrating heterogeneous information, it is expected to exhibit a significant contribution to many problems in the world. This thesis works on Drug-Drug Interactions (DDIs) from the literature as a case study and realizes relation extraction utilizing heterogeneous domain information. First, a deep neural relation extraction model is prepared and its attention mechanism is analyzed. Next, a method to combine the drug molecular structure information and drug description information to the input sentence information is proposed, and the effectiveness of utilizing drug molecular structures and drug descriptions for the relation extraction task is shown. Then, in order to further exploit the heterogeneous information, drug-related items, such as protein entries, medical terms and pathways are collected from multiple existing databases and a new data set in the form of a knowledge graph (KG) is constructed. A link prediction task on the constructed data set is conducted to obtain embedding representations of drugs that contain the heterogeneous domain information. Finally, a method that integrates the input sentence information and the heterogeneous KG information is proposed. The proposed model is trained and evaluated on a widely used data set, and as a result, it is shown that utilizing heterogeneous domain information significantly improves the performance of relation extraction from the literature.

图表表示学习是一种快速增长的领域，其中一个主要目标是在低维空间中产生有意义的图形表示。已经成功地应用了学习的嵌入式来执行各种预测任务，例如链路预测，节点分类，群集和可视化。图表社区的集体努力提供了数百种方法，但在所有评估指标下没有单一方法擅长，例如预测准确性，运行时间，可扩展性等。该调查旨在通过考虑算法来评估嵌入方法的所有主要类别的图表变体，参数选择，可伸缩性，硬件和软件平台，下游ML任务和多样化数据集。我们使用包含手动特征工程，矩阵分解，浅神经网络和深图卷积网络的分类法组织了图形嵌入技术。我们使用广泛使用的基准图表评估了节点分类，链路预测，群集和可视化任务的这些类别算法。我们在Pytorch几何和DGL库上设计了我们的实验，并在不同的多核CPU和GPU平台上运行实验。我们严格地审查了各种性能指标下嵌入方法的性能，并总结了结果。因此，本文可以作为比较指南，以帮助用户选择最适合其任务的方法。

近年来，对图表的研究受到了极大的关注。但是，到目前为止，大多数研究都集中在单层图的嵌入上。涉及多层结构的表示问题问题的少数研究取决于以下强烈的假设：层间链接是已知的，这限制了可能的应用范围。在这里，我们提出了多层，这是允许嵌入多重网络的图形算法的概括。我们表明，多层能够重建层内和层间连接性，超过了图形，该图是为简单图形而设计的。接下来，通过全面的实验分析，我们还以简单和多重网络中的嵌入性能阐明，表明图的密度或链接的随机性都会强烈影响嵌入的质量。

诸如深度学习之类的复杂预测模型是拟合机器学习，神经网络或AI模型到一组培训数据的输出。这些现在是科学的标准工具。当前一代模型的一个关键挑战是它们是高度参数化的，这使得和解释预测策略变得困难。我们使用拓扑数据分析将这些复杂预测模型转换为代表拓扑视图的图片。结果是可以进行检查的预测的地图。这些方法扩展到跨不同领域的大型数据集，使我们能够检测训练数据中的错误，了解图像分类中的概括，并检查BRCA1基因中可能致病性突变的预测。

Protein subcellular localization is an important factor in normal cellular processes and disease. While many protein localization resources treat it as static, protein localization is dynamic and heavily influenced by biological context. Biological pathways are graphs that represent a specific biological context and can be inferred from large-scale data. We develop graph algorithms to predict the localization of all interactions in a biological pathway as an edge-labeling task. We compare a variety of models including graph neural networks, probabilistic graphical models, and discriminative classifiers for predicting localization annotations from curated pathway databases. We also perform a case study where we construct biological pathways and predict localizations of human fibroblasts undergoing viral infection. Pathway localization prediction is a promising approach for integrating publicly available localization data into the analysis of large-scale biological data.

基于深度学习的图生成方法具有显着的图形数据建模能力，从而使它们能够解决广泛的现实世界问题。使这些方法能够在生成过程中考虑不同的条件，甚至通过授权它们生成满足所需标准的新图形样本来提高其有效性。本文提出了一种条件深图生成方法，称为SCGG，该方法考虑了特定类型的结构条件。具体而言，我们提出的SCGG模型采用初始子图，并自动重新收获在给定条件子结构之上生成新节点及其相应的边缘。 SCGG的体系结构由图表表示网络和自动回归生成模型组成，该模型是端到端训练的。使用此模型，我们可以解决图形完成，这是恢复缺失的节点及其相关的部分观察图的猖and固有的困难问题。合成数据集和现实世界数据集的实验结果证明了我们方法的优势与最先进的基准相比。

图表上的表示学习（也称为图形嵌入）显示了其对一系列机器学习应用程序（例如分类，预测和建议）的重大影响。但是，现有的工作在很大程度上忽略了现代应用程序中图和边缘的属性（或属性）中包含的丰富信息，例如，属性图表示的节点和边缘。迄今为止，大多数现有的图形嵌入方法要么仅关注具有图形拓扑的普通图，要么仅考虑节点上的属性。我们提出了PGE，这是一个图形表示学习框架，该框架将节点和边缘属性都包含到图形嵌入过程中。 PGE使用节点聚类来分配偏差来区分节点的邻居，并利用多个数据驱动的矩阵来汇总基于偏置策略采样的邻居的属性信息。 PGE采用了流行的邻里聚合归纳模型。我们通过显示PGE如何实现更好的嵌入结果的详细分析，并验证PGE的性能，而不是最新的嵌入方法嵌入方法在基准应用程序上的嵌入方法，例如节点分类和对现实世界中的链接预测数据集。

学习有效的蛋白质表示在生物学的各种任务中至关重要，例如预测蛋白质功能或结构。现有的方法通常在大量未标记的氨基酸序列上预先蛋白质语言模型，然后在下游任务中使用一些标记的数据来对模型进行修复。尽管基于序列的方法具有有效性，但尚未探索蛋白质性能预测的已知蛋白质结构的预处理功能，尽管蛋白质结构已知是蛋白质功能的决定因素，但尚未探索。在本文中，我们建议根据其3D结构预处理蛋白质。我们首先提出一个简单而有效的编码器，以学习蛋白质的几何特征。我们通过利用多视图对比学习和不同的自我预测任务来预先蛋白质图编码器。对功能预测和折叠分类任务的实验结果表明，我们提出的预处理方法表现优于或与最新的基于最新的序列方法相提并论，同时使用较少的数据。我们的实施可在https://github.com/deepgraphlearning/gearnet上获得。

Drug repositioning holds great promise because it can reduce the time and cost of new drug development. While drug repositioning can omit various R&D processes, confirming pharmacological effects on biomolecules is essential for application to new diseases. Biomedical explainability in a drug repositioning model can support appropriate insights in subsequent in-depth studies. However, the validity of the XAI methodology is still under debate, and the effectiveness of XAI in drug repositioning prediction applications remains unclear. In this study, we propose GraphIX, an explainable drug repositioning framework using biological networks, and quantitatively evaluate its explainability. GraphIX first learns the network weights and node features using a graph neural network from known drug indication and knowledge graph that consists of three types of nodes (but not given node type information): disease, drug, and protein. Analysis of the post-learning features showed that node types that were not known to the model beforehand are distinguished through the learning process based on the graph structure. From the learned weights and features, GraphIX then predicts the disease-drug association and calculates the contribution values of the nodes located in the neighborhood of the predicted disease and drug. We hypothesized that the neighboring protein node to which the model gave a high contribution is important in understanding the actual pharmacological effects. Quantitative evaluation of the validity of protein nodes' contribution using a real-world database showed that the high contribution proteins shown by GraphIX are reasonable as a mechanism of drug action. GraphIX is a framework for evidence-based drug discovery that can present to users new disease-drug associations and identify the protein important for understanding its pharmacological effects from a large and complex knowledge base.

该药物发现​​和开发过程是一个漫长而昂贵的过程，每次药物平均耗资超过10亿美元，需要10 - 15年的时间。为了减少在整个过程中的高水平流失量，在最近十年中，越来越多地将机器学习方法应用于药物发现和发育的各个阶段，尤其是在最早鉴定可药物疾病基因的阶段。在本文中，我们开发了一种新的张量分解模型，以预测用于治疗疾病的潜在药物靶标（基因或蛋白质）。我们创建了一个三维数据张量，该数据张量由1,048个基因靶标，860个疾病和230,0111111111111111111111111111111的证据属性和临床结果，并使用从开放式目标和药物数据库中提取的数据组成。我们用从药物发现的知识图中学到的基因目标表示丰富了数据，并应用了我们提出的方法来预测看不见的基因靶标和疾病对的临床结果。我们设计了三种评估策略来衡量预测性能，并将几个常用的机器学习分类器与贝叶斯矩阵和张量分解方法进行了基准测试。结果表明，合并知识图嵌入可显着提高预测准确性，并与密集的神经网络一起训练张量分解优于所有其他基线。总而言之，我们的框架结合了两种积极研究的机器学习方法，用于疾病目标识别，即张量分解和知识图表示学习，这可能是在数据驱动的药物发现中进一步探索的有希望的途径。

生物医学网络是与疾病网络的蛋白质相互作用的普遍描述符，从蛋白质相互作用，一直到医疗保健系统和科学知识。随着代表学习提供强大的预测和洞察的显着成功，我们目睹了表现形式学习技术的快速扩展，进入了这些网络的建模，分析和学习。在这篇综述中，我们提出了一个观察到生物学和医学中的网络长期原则 - 而在机器学习研究中经常出口 - 可以为代表学习提供概念基础，解释其当前的成功和限制，并告知未来进步。我们综合了一系列算法方法，即在其核心利用图形拓扑到将网络嵌入到紧凑的向量空间中，并捕获表示陈述学习证明有用的方式的广度。深远的影响包括鉴定复杂性状的变异性，单细胞的异心行为及其对健康的影响，协助患者的诊断和治疗以及制定安全有效的药物。