Graph Neural Networks (GNNs) have achieved promising performance on a wide range of graph-based tasks. Despite their success, one severe limitation of GNNs is the over-smoothing issue (indistinguishable representations of nodes in different classes). In this work, we present a systematic and quantitative study on the over-smoothing issue of GNNs. First, we introduce two quantitative metrics, MAD and MADGap, to measure the smoothness and oversmoothness of the graph nodes representations, respectively. Then, we verify that smoothing is the nature of GNNs and the critical factor leading to over-smoothness is the low information-to-noise ratio of the message received by the nodes, which is partially determined by the graph topology. Finally, we propose two methods to alleviate the oversmoothing issue from the topological view: (1) MADReg which adds a MADGap-based regularizer to the training objective; (2) AdaEdge which optimizes the graph topology based on the model predictions. Extensive experiments on 7 widely-used graph datasets with 10 typical GNN models show that the two proposed methods are effective for relieving the over-smoothing issue, thus improving the performance of various GNN models.

当前的图形神经网络（GNNS）遇到了过度光滑的问题，这导致无法区分的节点表示和较低的模型性能，并具有更多的GNN层。近年来已经提出了许多方法来解决这个问题。但是，现有的解决过度平滑的方法强调模型性能并忽略节点表示的过度平滑度。一次采用另外一种方法，同时缺乏整体框架​​来共同利用多个解决方案来解决过度光滑的挑战。为了解决这些问题，我们提出了Grato，这是一个基于神经体系结构搜索的框架，以自动搜索GNNS体系结构。 Grato采用新颖的损失功能，以促进模型性能和表示平滑度之间的平衡。除了现有方法外，我们的搜索空间还包括DropAttribute，这是一种减轻过度光滑挑战的新计划，以充分利用各种解决方案。我们在六个现实世界数据集上进行了广泛的实验，以评估Grato，这表明Grato在过度平滑的指标中的表现优于基准，并在准确性方面取得了竞争性能。 Grato在GNN层数量增加的情况下特别有效且健壮。进一步的实验确定了通过grato学习的节点表示的质量和模型架构的有效性。我们在Github（\ url {https://github.com/fxsxjtu/grato}）上提供Grato的CIDE。

图形神经网络（GNN）是用于建模图数据的流行机器学习方法。许多GNN在同质图上表现良好，同时在异质图上表现不佳。最近，一些研究人员将注意力转移到设计GNN，以通过调整消息传递机制或扩大消息传递的接收场来设计GNN。与从模型设计的角度来减轻异性疾病问题的现有作品不同，我们建议通过重新布线结构来从正交角度研究异质图，以减少异质性并使传统GNN的表现更好。通过全面的经验研究和分析，我们验证了重新布线方法的潜力。为了充分利用其潜力，我们提出了一种名为Deep Hertophilly Graph Rewiring（DHGR）的方法，以通过添加同粒子边缘和修剪异质边缘来重新线图。通过比较节点邻居的标签/特征 - 分布的相似性来确定重新布线的详细方法。此外，我们为DHGR设计了可扩展的实现，以确保高效率。 DHRG可以轻松地用作任何GNN的插件模块，即图形预处理步骤，包括同型和异性的GNN，以提高其在节点分类任务上的性能。据我们所知，这是研究图形的第一部重新绘图图形的作品。在11个公共图数据集上进行的广泛实验证明了我们提出的方法的优势。

近年来，图形神经网络（GNNS）在许多现实世界中的应用（例如建议和药物发现）中取得了巨大的成功。尽管取得了成功，但已将过度厚度确定为限制GNN绩效的关键问题之一。这表明由于堆叠聚合器，学到的节点表示是无法区分的。在本文中，我们提出了一种新的观点，以研究深度GNN的性能降低，即特征过度相关。通过有关此问题的经验和理论研究，我们证明了更深层次的GNN中的特征过度相关的存在，并揭示了导致该问题的潜在原因。为了减少功能相关性，我们提出了一个通用框架，可以鼓励GNN编码较少的冗余信息。广泛的实验表明，Decorr可以帮助实现更深入的GNN，并与现有的技术相辅相成。

本文研究了用于无监督场景的图形神经网络（GNN）的节点表示。具体地，我们推导了理论分析，并在不适当定义的监督信号时，在不同的图形数据集中提供关于GNN的非稳定性能的实证演示。 GNN的性能取决于节点特征平滑度和图形结构的局部性。为了平滑通过图形拓扑和节点功能测量的节点接近度的差异，我们提出了帆 - 一个小说\下划线{s} elf- \下划线{a} u段图对比度\下划线{i} ve \ nignline {l}收入框架，使用两个互补的自蒸馏正则化模块，\ emph {Ie}，内部和图间知识蒸馏。我们展示了帆在各种图形应用中的竞争性能。即使使用单个GNN层，Sail也在各种基准数据集中持续竞争或更好的性能，与最先进的基线相比。

图形神经网络（GNN）已被密切应用于各种基于图的应用程序。尽管他们成功了，但手动设计行为良好的GNN需要巨大的人类专业知识。因此，发现潜在的最佳数据特异性GNN体系结构效率低下。本文提出了DFG-NAS，这是一种新的神经体系结构搜索（NAS）方法，可自动搜索非常深入且灵活的GNN体系结构。与大多数专注于微构造的方法不同，DFG-NAS突出了另一个设计级别：搜索有关原子传播的宏观构造（\ TextBf {\ Textbf {\ Texttt {p}}}）和转换（\ texttt {\ textttt {\ texttt {\ texttt {\ texttt { T}}）的操作被整合并组织到GNN中。为此，DFG-NAS为\ textbf {\ texttt {p-t}}}的排列和组合提出了一个新颖的搜索空间，该搜索空间是基于消息传播的散布，定义了四个自定义设计的宏观架构突变，并采用了进化性algorithm to to the Evolutionary algorithm进行有效的搜索。关于四个节点分类任务的实证研究表明，DFG-NAS优于最先进的手动设计和GNN的NAS方法。

Graph neural networks have shown significant success in the field of graph representation learning. Graph convolutions perform neighborhood aggregation and represent one of the most important graph operations. Nevertheless, one layer of these neighborhood aggregation methods only consider immediate neighbors, and the performance decreases when going deeper to enable larger receptive fields. Several recent studies attribute this performance deterioration to the over-smoothing issue, which states that repeated propagation makes node representations of different classes indistinguishable. In this work, we study this observation systematically and develop new insights towards deeper graph neural networks. First, we provide a systematical analysis on this issue and argue that the key factor compromising the performance significantly is the entanglement of representation transformation and propagation in current graph convolution operations. After decoupling these two operations, deeper graph neural networks can be used to learn graph node representations from larger receptive fields. We further provide a theoretical analysis of the above observation when building very deep models, which can serve as a rigorous and gentle description of the over-smoothing issue. Based on our theoretical and empirical analysis, we propose Deep Adaptive Graph Neural Network (DAGNN) to adaptively incorporate information from large receptive fields. A set of experiments on citation, coauthorship, and co-purchase datasets have confirmed our analysis and insights and demonstrated the superiority of our proposed methods. CCS CONCEPTS• Mathematics of computing → Graph algorithms; • Computing methodologies → Artificial intelligence; Neural networks.

图表学习目的旨在将节点内容与图形结构集成以学习节点/图表示。然而，发现许多现有的图形学习方法在具有高异性级别的数据上不能很好地工作，这是不同类标签之间很大比例的边缘。解决这个问题的最新努力集中在改善消息传递机制上。但是，尚不清楚异质性是否确实会损害图神经网络（GNNS）的性能。关键是要展现一个节点与其直接邻居之间的关系，例如它们是异性还是同质性？从这个角度来看，我们在这里研究了杂质表示在披露连接节点之间的关系之前/之后的杂音表示的作用。特别是，我们提出了一个端到端框架，该框架既学习边缘的类型（即异性/同质性），并利用边缘类型的信息来提高图形神经网络的表现力。我们以两种不同的方式实施此框架。具体而言，为了避免通过异质边缘传递的消息，我们可以通过删除边缘分类器鉴定的异性边缘来优化图形结构。另外，可以利用有关异性邻居的存在的信息进行特征学习，因此，设计了一种混合消息传递方法来汇总同质性邻居，并根据边缘分类使异性邻居多样化。广泛的实验表明，在整个同质级别的多个数据集上，通过在多个数据集上提出的框架对GNN的绩效提高了显着提高。

由于它们对处理图形结构数据的显着功率，图表卷积网络（GCNS）已广泛应用于各个领域。典型的GCN及其变体在同声源性假设下工作（即，具有相同类的节点容易彼此连接），同时忽略许多真实网络中存在的异源性（即，具有不同类别的节点倾向于形成边缘） 。现有方法通过主要聚集高阶邻域或梳理即时表示来处理异常的方法，这导致结果导致噪声和无关的信息。但这些方法没有改变在同性恋假设下工作的传播机制（这是GCN的基本部分）。这使得难以区分不同类别的节点的表示。为了解决这个问题，在本文中，我们设计了一种新的传播机制，可以根据节点对之间自动或异常改变传播和聚合过程。为了自适应地学习传播过程，我们在节点对之间引入两个奇妙程度的两个测量，这分别基于拓扑和属性信息来学习。然后，我们将学习的同音源于Graph卷积框架纳入图形卷积框架，该框架在端到端的架构中培训，使其能够超越奇妙的假设。更重要的是，我们理论上证明我们的模型可以根据他们的同意程度来限制节点之间的表示的相似性。 7个现实世界数据集的实验表明，这种新方法在异常或低意识下表现出最先进的方法，并在精梳性下获得竞争性能。

Graph Neural Networks (GNNs) are powerful tools for graph representation learning. Despite their rapid development, GNNs also face some challenges, such as over-fitting, over-smoothing, and non-robustness. Previous works indicate that these problems can be alleviated by random dropping methods, which integrate augmented data into models by randomly masking parts of the input. However, some open problems of random dropping on GNNs remain to be solved. First, it is challenging to find a universal method that are suitable for all cases considering the divergence of different datasets and models. Second, augmented data introduced to GNNs causes the incomplete coverage of parameters and unstable training process. Third, there is no theoretical analysis on the effectiveness of random dropping methods on GNNs. In this paper, we propose a novel random dropping method called DropMessage, which performs dropping operations directly on the propagated messages during the message-passing process. More importantly, we find that DropMessage provides a unified framework for most existing random dropping methods, based on which we give theoretical analysis of their effectiveness. Furthermore, we elaborate the superiority of DropMessage: it stabilizes the training process by reducing sample variance; it keeps information diversity from the perspective of information theory, enabling it become a theoretical upper bound of other methods. To evaluate our proposed method, we conduct experiments that aims for multiple tasks on five public datasets and two industrial datasets with various backbone models. The experimental results show that DropMessage has the advantages of both effectiveness and generalization, and can significantly alleviate the problems mentioned above.

图形神经网络（GNN）在各种图挖掘任务中取得了巨大的成功。但是，当GNN堆叠着许多层时，总是观察到急剧性能降解。结果，大多数GNN仅具有浅层建筑，这限制了它们的表现力和对深社区的开发。最近的研究将深度GNN的性能降低归因于\ textit {过度平滑}的问题。在本文中，我们将传统的图形卷积操作分为两个独立操作：\ textit {passagation}（\ textbf {p}）和\ textit {transformation}（\ textbf {t}）。可以分为传播深度（$ d_p $）和转换深度（$ d_t $）。通过广泛的实验，我们发现深度GNNS性能下降的主要原因是\ textit {model dygradation}问题是由大$ d_t $而不是\ textit {过度平滑}问题引起的，主要是由大$ d_p $引起的。 。此外，我们提出\ textIt {自适应初始残留}（air），一个与各种GNN架构兼容的插件模块，以减轻\ textit {model {model dradation degradation}问题和\ textit {textit {过度敏感}问题同时。六个现实世界数据集的实验结果表明，配备空气的GNN胜过大多数具有浅层建筑的GNN，这是由于大型$ d_p $和$ d_t $的好处，而与空气相关的时间成本则可以忽略。

属性网络上的节点分类是一项半监督任务，对于网络分析至关重要。通过将图形卷积网络（GCN）中的两个关键操作解耦，即具有转换和邻域聚合，截断的GCN的一些最新作品可以支持这些信息，以更深入地传播并实现高级性能。但是，它们遵循GCN的传统结构感知的传播策略，因此很难捕获节点的属性相关性，并对由两个端点属于不同类别的边缘描述的结构噪声敏感。为了解决这些问题，我们提出了一种新方法，称为“裂开式”传播，然后训练（PAMT）。关键思想是将属性相似性掩码整合到结构感知的传播过程中。这样，PAMT可以在传播过程中保留相邻节点的属性相关性，并有效地减少结构噪声的影响。此外，我们开发了一种迭代改进机制，以在改善培训性能的培训过程中更新相似性面罩。在四个现实世界数据集上进行的广泛实验证明了PAMT的出色性能和鲁棒性。

图形神经网络（GNN）在学习强大的节点表示中显示了令人信服的性能，这些表现在保留节点属性和图形结构信息的强大节点表示中。然而，许多GNNS在设计有更深的网络结构或手柄大小的图形时遇到有效性和效率的问题。已经提出了几种采样算法来改善和加速GNN的培训，但他们忽略了解GNN性能增益的来源。图表数据中的信息的测量可以帮助采样算法来保持高价值信息，同时消除冗余信息甚至噪声。在本文中，我们提出了一种用于GNN的公制引导（MEGUIDE）子图学习框架。 MEGUIDE采用两种新颖的度量：功能平滑和连接失效距离，以指导子图采样和迷你批次的培训。功能平滑度专为分析节点的特征而才能保留最有价值的信息，而连接失败距离可以测量结构信息以控制子图的大小。我们展示了MEGUIDE在多个数据集上培训各种GNN的有效性和效率。

图形神经网络（GNNS）对图表上的半监督节点分类展示了卓越的性能，结果是它们能够同时利用节点特征和拓扑信息的能力。然而，大多数GNN隐含地假设曲线图中的节点和其邻居的标签是相同或一致的，其不包含在异质图中，其中链接节点的标签可能不同。因此，当拓扑是非信息性的标签预测时，普通的GNN可以显着更差，而不是在每个节点上施加多层Perceptrons（MLPS）。为了解决上述问题，我们提出了一种新的$ -laplacian基于GNN模型，称为$ ^ P $ GNN，其消息传递机制来自离散正则化框架，并且可以理论上解释为多项式图的近似值在$ p $ -laplacians的频谱域上定义过滤器。光谱分析表明，新的消息传递机制同时用作低通和高通滤波器，从而使$ ^ P $ GNNS对同性恋和异化图有效。关于现实世界和合成数据集的实证研究验证了我们的调查结果，并证明了$ ^ P $ GNN明显优于异交基准的几个最先进的GNN架构，同时在同性恋基准上实现竞争性能。此外，$ ^ p $ gnns可以自适应地学习聚合权重，并且对嘈杂的边缘具有强大。

众所周知，图形神经网络（GNN）的成功高度依赖于丰富的人类通知数据，这在实践中努力获得，并且并非总是可用的。当只有少数标记的节点可用时，如何开发高效的GNN仍在研究。尽管已证明自我训练对于半监督学习具有强大的功能，但其在图形结构数据上的应用可能会失败，因为（1）不利用较大的接收场来捕获远程节点相互作用，这加剧了传播功能的难度 - 标记节点到未标记节点的标签模式； （2）有限的标记数据使得在不同节点类别中学习良好的分离决策边界而不明确捕获基本的语义结构，这是一项挑战。为了解决捕获信息丰富的结构和语义知识的挑战，我们提出了一个新的图数据增强框架，AGST（增强图自训练），该框架由两个新的（即结构和语义）增强模块构建。 GST骨干。在这项工作中，我们研究了这个新颖的框架是否可以学习具有极有限标记节点的有效图预测模型。在有限标记节点数据的不同情况下，我们对半监督节点分类进行全面评估。实验结果证明了新的数据增强框架对节点分类的独特贡献，几乎没有标记的数据。

Graph Neural Networks (GNNs) have attracted increasing attention in recent years and have achieved excellent performance in semi-supervised node classification tasks. The success of most GNNs relies on one fundamental assumption, i.e., the original graph structure data is available. However, recent studies have shown that GNNs are vulnerable to the complex underlying structure of the graph, making it necessary to learn comprehensive and robust graph structures for downstream tasks, rather than relying only on the raw graph structure. In light of this, we seek to learn optimal graph structures for downstream tasks and propose a novel framework for semi-supervised classification. Specifically, based on the structural context information of graph and node representations, we encode the complex interactions in semantics and generate semantic graphs to preserve the global structure. Moreover, we develop a novel multi-measure attention layer to optimize the similarity rather than prescribing it a priori, so that the similarity can be adaptively evaluated by integrating measures. These graphs are fused and optimized together with GNN towards semi-supervised classification objective. Extensive experiments and ablation studies on six real-world datasets clearly demonstrate the effectiveness of our proposed model and the contribution of each component.

图形神经网络（GNN）已被广泛用于表示图数据的表示。但是，对图形数据实际上获得多少性能GNN的理解有限。本文介绍了上下文弹出的GNN框架，并提出了两个平滑度指标，以测量从图形数据获得的信息的数量和质量。然后，一种称为CS-GNN的新型GNN模型旨在根据图的平滑度值改善图形信息的使用。证明CS-GNN比不同类型的真实图中现有方法获得更好的性能。

拓扑不平衡是由标记节点的不均匀拓扑位置引起的一个特异性不平衡问题，它大大损害了GNN的性能。什么拓扑不平衡意味着如何衡量其对图形学习的影响。在本文中，从全球视图中，我们对监督信息分布的全球视图提供了对拓扑 - 不平衡的新理解，从不足和过度划分的角度来看，这激发了两个定量指标作为测量。鉴于我们的分析，我们提出了一个新颖的位置感知的图形结构学习框架，该框架名为柔和，该框架直接优化了信息传播路径并解决了本质上解决拓扑 - 不平衡问题。我们的关键见解是增强同一类中节点的连接性，以获取更多的监督信息，从而减轻不足和过度的现象。具体而言，我们设计了一个基于锚的位置编码机制，该机制可以更好地结合相对拓扑位置并通过最大化标签影响来增强类内部电感偏置。我们进一步提出了作为边缘权重的阶级冲突度量，这有利于不同节点类别的分离。广泛的实验表明，在不同的数据注释方案中增强GNNS的功率方面，柔和的能力具有较高的潜力和适应性。

图形神经网络（GNNS）在各种基于图形的应用中显示了优势。大多数现有的GNNS假设图形结构的强大奇妙并应用邻居的置换不变本地聚合以学习每个节点的表示。然而，它们未能概括到异质图，其中大多数相邻节点具有不同的标签或特征，并且相关节点远处。最近的几项研究通过组合中央节点的隐藏表示（即，基于多跳的方法）的多个跳数来解决这个问题，或者基于注意力分数对相邻节点进行排序（即，基于排名的方法）来解决这个问题。结果，这些方法具有一些明显的限制。一方面，基于多跳的方法没有明确区分相关节点的大量多跳社区，导致严重的过平滑问题。另一方面，基于排名的模型不与结束任务进行联合优化节点排名，并导致次优溶液。在这项工作中，我们呈现图表指针神经网络（GPNN）来解决上述挑战。我们利用指针网络从大量的多跳邻域选择最相关的节点，这根据与中央节点的关系来构造有序序列。然后应用1D卷积以从节点序列中提取高级功能。 GPNN中的基于指针网络的Ranker是以端到端的方式与其他部件进行联合优化的。在具有异质图的六个公共节点分类数据集上进行了广泛的实验。结果表明，GPNN显着提高了最先进方法的分类性能。此外，分析还揭示了拟议的GPNN在过滤出无关邻居并减少过平滑的特权。

图表卷积网络（GCN）显示了探索图形表示的显着潜力。然而，GCN聚合机制无法通过异常概括到网络上的网络，其中大多数节点具有来自不同类别的邻居，该邻居通常存在于现实网络中。为了使GCN的传播和聚合机制适合于粗源性和异常的（甚至它们的混合物），我们将块建模引入GCN的框架，以便它可以实现“块导向的分类聚合”，并自动学习不同类别邻居的相应聚合规则。通过将块建模掺入聚合过程中，GCN能够根据其同音程度判别歧视来自同性恋和异交邻居的信息。我们将我们的算法与最先进的方法进行了比较了异证问题。经验结果证明了我们在异交数据集中现有方法的新方法的优越性，同时在同性恋数据集中保持竞争性能。