网络嵌入作为网络分析的有希望的研究领域出现。最近，通过将冗余还原原理应用于对应于图像样本的两个扭曲版本的嵌入向量，提出了一种名为Barlow双胞胎的方法。通过此激励，我们提出了Barlow Graph自动编码器，这是一个简单而有效的学习网络嵌入的架构。它旨在最大限度地提高节点的立即和较大邻域的嵌入向量之间的相似性，同时最小化这些投影的组件之间的冗余。此外，我们还介绍了名为Barlow变形图自动编码器的变型对应物。我们的方法产生了对归纳链路预测的有希望的结果，并且还涉及用于聚类和下游节点分类的领域，如广泛的三个基准引用数据集上的多种已知技术的广泛比较所证明的。

我们展示了拓扑转型等值表示学习，是图形数据节点表示的自我监督学习的一般范式，以实现图形卷积神经网络（GCNNS）的广泛适用性。通过在转换之前和之后的拓扑转换和节点表示之间的相互信息，从信息理论的角度来看，我们将提出的模型正式化。我们得出最大化这种相互信息可以放宽以最小化应用拓扑变换与节点表示之间的估计之间的跨熵。特别是，我们寻求从原始图表中采样节点对的子集，并在每对之间翻转边缘连接以改变图形拓扑。然后，我们通过从原始和变换图的特征表示重构拓扑转换来自动列出表示编码器以学习节点表示。在实验中，我们将所提出的模型应用于下游节点分类，图形分类和链路预测任务，结果表明，所提出的方法优于现有的无监督方法。

随着对比学习的兴起，无人监督的图形表示学习最近一直蓬勃发展，甚至超过了一些机器学习任务中的监督对应物。图表表示的大多数对比模型学习侧重于最大化本地和全局嵌入之间的互信息，或主要取决于节点级别的对比嵌入。然而，它们仍然不足以全面探索网络拓扑的本地和全球视图。虽然前者认为本地全球关系，但其粗略的全球信息导致本地和全球观点之间的思考。后者注重节点级别对齐，以便全局视图的作用出现不起眼。为避免落入这两个极端情况，我们通过对比群集分配来提出一种新颖的无监督图形表示模型，称为GCCA。通过组合聚类算法和对比学习，它有动力综合利用本地和全球信息。这不仅促进了对比效果，而且还提供了更高质量的图形信息。同时，GCCA进一步挖掘群集级信息，这使得它能够了解除了图形拓扑之外的节点之间的难以捉摸的关联。具体地，我们首先使用不同的图形增强策略生成两个增强的图形，然后使用聚类算法分别获取其群集分配和原型。所提出的GCCA进一步强制不同增强图中的相同节点来通过最小化交叉熵损失来互相识别它们的群集分配。为了展示其有效性，我们将在三个不同的下游任务中与最先进的模型进行比较。实验结果表明，GCCA在大多数任务中具有强大的竞争力。

Graph convolution is the core of most Graph Neural Networks (GNNs) and usually approximated by message passing between direct (one-hop) neighbors. In this work, we remove the restriction of using only the direct neighbors by introducing a powerful, yet spatially localized graph convolution: Graph diffusion convolution (GDC). GDC leverages generalized graph diffusion, examples of which are the heat kernel and personalized PageRank. It alleviates the problem of noisy and often arbitrarily defined edges in real graphs. We show that GDC is closely related to spectral-based models and thus combines the strengths of both spatial (message passing) and spectral methods. We demonstrate that replacing message passing with graph diffusion convolution consistently leads to significant performance improvements across a wide range of models on both supervised and unsupervised tasks and a variety of datasets. Furthermore, GDC is not limited to GNNs but can trivially be combined with any graph-based model or algorithm (e.g. spectral clustering) without requiring any changes to the latter or affecting its computational complexity. Our implementation is available online. 1

Graph AutoCododers（GAE）和变分图自动编码器（VGAE）作为链接预测的强大方法出现。他们的表现对社区探测问题的印象不那么令人印象深刻，根据最近和同意的实验评估，它们的表现通常超过了诸如louvain方法之类的简单替代方案。目前尚不清楚可以通过GAE和VGAE改善社区检测的程度，尤其是在没有节点功能的情况下。此外，不确定是否可以在链接预测上同时保留良好的性能。在本文中，我们表明，可以高精度地共同解决这两个任务。为此，我们介绍和理论上研究了一个社区保留的消息传递方案，通过在计算嵌入空间时考虑初始图形结构和基于模块化的先验社区来掺杂我们的GAE和VGAE编码器。我们还提出了新颖的培训和优化策略，包括引入一个模块化的正规器，以补充联合链路预测和社区检测的现有重建损失。我们通过对各种现实世界图的深入实验验证，证明了方法的经验有效性，称为模块化感知的GAE和VGAE。

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。

最近，最大化的互信息是一种强大的无监测图表表示学习的方法。现有方法通常有效地从拓扑视图中捕获信息但忽略特征视图。为了规避这个问题，我们通过利用功能和拓扑视图利用互信息最大化提出了一种新的方法。具体地，我们首先利用多视图表示学习模块来更好地捕获跨图形上的特征和拓扑视图的本地和全局信息内容。为了模拟由特征和拓扑空间共享的信息，我们使用相互信息最大化和重建损耗最小化开发公共表示学习模块。要明确鼓励图形表示之间的多样性在相同的视图中，我们还引入了一个分歧正则化，以扩大同一视图之间的表示之间的距离。合成和实际数据集的实验证明了集成功能和拓扑视图的有效性。特别是，与先前的监督方法相比，我们所提出的方法可以在无监督的代表和线性评估协议下实现可比或甚至更好的性能。

基于Web的交互可以经常由归因图表示，并且在这些图中的节点聚类最近受到了很多关注。多次努力已成功应用图形卷积网络（GCN），但由于GCNS已被显示出遭受过平滑问题的GCNS的精度一些限制。虽然其他方法（特别是基于拉普拉斯平滑的方法）已经报告了更好的准确性，但所有工作的基本限制都是缺乏可扩展性。本文通过将LAPLACIAN平滑与广义的PageRank相同，并将随机步行基于算法应用为可伸缩图滤波器来解决这一打开问题。这构成了我们可扩展的深度聚类算法RWSL的基础，其中通过自我监督的迷你批量培训机制，我们同时优化了一个深度神经网络，用于采样集群分配分配和AutoEncoder，用于群集导向的嵌入。使用6个现实世界数据集和6个聚类指标，我们表明RWSL实现了几个最近基线的结果。最值得注意的是，我们显示与所有其他深度聚类框架不同的RWSL可以继续以超过一百万个节点的图形扩展，即句柄。我们还演示了RWSL如何在仅使用单个GPU的18亿边缘的图表上执行节点聚类。

We introduce a self-supervised approach for learning node and graph level representations by contrasting structural views of graphs. We show that unlike visual representation learning, increasing the number of views to more than two or contrasting multi-scale encodings do not improve performance, and the best performance is achieved by contrasting encodings from first-order neighbors and a graph diffusion. We achieve new state-ofthe-art results in self-supervised learning on 8 out of 8 node and graph classification benchmarks under the linear evaluation protocol. For example, on Cora (node) and Reddit-Binary (graph) classification benchmarks, we achieve 86.8% and 84.5% accuracy, which are 5.5% and 2.4% relative improvements over previous state-of-the-art. When compared to supervised baselines, our approach outperforms them in 4 out of 8 benchmarks.

链接预测是一项重要的任务，在各个域中具有广泛的应用程序。但是，大多数现有的链接预测方法都假定给定的图遵循同质的假设，并设计基于相似性的启发式方法或表示学习方法来预测链接。但是，许多现实世界图是异性图，同义假设不存在，这挑战了现有的链接预测方法。通常，在异性图中，有许多引起链接形成的潜在因素，并且两个链接的节点在一个或两个因素中往往相似，但在其他因素中可能是不同的，导致总体相似性较低。因此，一种方法是学习每个节点的分离表示形式，每个矢量捕获一个因子上的节点的潜在表示，这铺平了一种方法来模拟异性图中的链接形成，从而导致更好的节点表示学习和链接预测性能。但是，对此的工作非常有限。因此，在本文中，我们研究了一个新的问题，该问题是在异性图上进行链接预测的分离表示学习。我们提出了一种新颖的框架分解，可以通过建模链接形成并执行感知因素的消息来学习以促进链接预测来学习解开的表示形式。在13个现实世界数据集上进行的广泛实验证明了Disenlink对异性恋和血友病图的链接预测的有效性。我们的代码可从https://github.com/sjz5202/disenlink获得

Deep learning has revolutionized many machine learning tasks in recent years, ranging from image classification and video processing to speech recognition and natural language understanding. The data in these tasks are typically represented in the Euclidean space. However, there is an increasing number of applications where data are generated from non-Euclidean domains and are represented as graphs with complex relationships and interdependency between objects. The complexity of graph data has imposed significant challenges on existing machine learning algorithms. Recently, many studies on extending deep learning approaches for graph data have emerged. In this survey, we provide a comprehensive overview of graph neural networks (GNNs) in data mining and machine learning fields. We propose a new taxonomy to divide the state-of-the-art graph neural networks into four categories, namely recurrent graph neural networks, convolutional graph neural networks, graph autoencoders, and spatial-temporal graph neural networks. We further discuss the applications of graph neural networks across various domains and summarize the open source codes, benchmark data sets, and model evaluation of graph neural networks. Finally, we propose potential research directions in this rapidly growing field.

图表可以模拟实体之间的复杂交互，它在许多重要的应用程序中自然出现。这些应用程序通常可以投入到标准图形学习任务中，其中关键步骤是学习低维图表示。图形神经网络（GNN）目前是嵌入方法中最受欢迎的模型。然而，邻域聚合范例中的标准GNN患有区分\ EMPH {高阶}图形结构的有限辨别力，而不是\ EMPH {低位}结构。为了捕获高阶结构，研究人员求助于主题和开发的基于主题的GNN。然而，现有的基于主基的GNN仍然仍然遭受较少的辨别力的高阶结构。为了克服上述局限性，我们提出了一个新颖的框架，以更好地捕获高阶结构的新框架，铰接于我们所提出的主题冗余最小化操作员和注射主题组合的新颖框架。首先，MGNN生成一组节点表示W.R.T.每个主题。下一阶段是我们在图案中提出的冗余最小化，该主题在彼此相互比较并蒸馏出每个主题的特征。最后，MGNN通过组合来自不同图案的多个表示来执行节点表示的更新。特别地，为了增强鉴别的功率，MGNN利用重新注射功能来组合表示的函数w.r.t.不同的主题。我们进一步表明，我们的拟议体系结构增加了GNN的表现力，具有理论分析。我们展示了MGNN在节点分类和图形分类任务上的七个公共基准上表现出最先进的方法。

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.

Variational Graph Autoencoders (VGAEs) are powerful models for unsupervised learning of node representations from graph data. In this work, we systematically analyze modeling node attributes in VGAEs and show that attribute decoding is important for node representation learning. We further propose a new learning model, interpretable NOde Representation with Attribute Decoding (NORAD). The model encodes node representations in an interpretable approach: node representations capture community structures in the graph and the relationship between communities and node attributes. We further propose a rectifying procedure to refine node representations of isolated notes, improving the quality of these nodes' representations. Our empirical results demonstrate the advantage of the proposed model when learning graph data in an interpretable approach.

Inferring missing links or detecting spurious ones based on observed graphs, known as link prediction, is a long-standing challenge in graph data analysis. With the recent advances in deep learning, graph neural networks have been used for link prediction and have achieved state-of-the-art performance. Nevertheless, existing methods developed for this purpose are typically discriminative, computing features of local subgraphs around two neighboring nodes and predicting potential links between them from the perspective of subgraph classification. In this formalism, the selection of enclosing subgraphs and heuristic structural features for subgraph classification significantly affects the performance of the methods. To overcome this limitation, this paper proposes a novel and radically different link prediction algorithm based on the network reconstruction theory, called GraphLP. Instead of sampling positive and negative links and heuristically computing the features of their enclosing subgraphs, GraphLP utilizes the feature learning ability of deep-learning models to automatically extract the structural patterns of graphs for link prediction under the assumption that real-world graphs are not locally isolated. Moreover, GraphLP explores high-order connectivity patterns to utilize the hierarchical organizational structures of graphs for link prediction. Our experimental results on all common benchmark datasets from different applications demonstrate that the proposed method consistently outperforms other state-of-the-art methods. Unlike the discriminative neural network models used for link prediction, GraphLP is generative, which provides a new paradigm for neural-network-based link prediction.

近年来，自我监督学习（SSL）已广泛探索。特别是，生成的SSL在自然语言处理和其他AI领域（例如BERT和GPT的广泛采用）中获得了新的成功。尽管如此，对比度学习 - 严重依赖结构数据的增强和复杂的培训策略，这是图SSL的主要方法，而迄今为止，生成SSL在图形上的进度（尤其是GAES）尚未达到潜在的潜力。正如其他领域所承诺的。在本文中，我们确定并检查对GAE的发展产生负面影响的问题，包括其重建目标，训练鲁棒性和错误指标。我们提出了一个蒙版的图形自动编码器Graphmae，该图可以减轻这些问题，以预处理生成性自我监督图。我们建议没有重建图形结构，而是提议通过掩盖策略和缩放余弦误差将重点放在特征重建上，从而使GraphMae的强大训练受益。我们在21个公共数据集上进行了大量实验，以实现三个不同的图形学习任务。结果表明，Graphmae-A简单的图形自动编码器具有仔细的设计-CAN始终在对比度和生成性最新基准相比，始终产生优于性的表现。这项研究提供了对图自动编码器的理解，并证明了在图上的生成自我监督预训练的潜力。

异质图卷积网络在解决异质网络数据的各种网络分析任务方面已广受欢迎，从链接预测到节点分类。但是，大多数现有作品都忽略了多型节点之间的多重网络的关系异质性，而在元路径中，元素嵌入中关系的重要性不同，这几乎无法捕获不同关系跨不同关系的异质结构信号。为了应对这一挑战，这项工作提出了用于异质网络嵌入的多重异质图卷积网络（MHGCN）。我们的MHGCN可以通过多层卷积聚合自动学习多重异质网络中不同长度的有用的异质元路径相互作用。此外，我们有效地将多相关结构信号和属性语义集成到学习的节点嵌入中，并具有无监督和精选的学习范式。在具有各种网络分析任务的五个现实世界数据集上进行的广泛实验表明，根据所有评估指标，MHGCN与最先进的嵌入基线的优势。

图表表示学习（GRL）对于图形结构数据分析至关重要。然而，大多数现有的图形神经网络（GNNS）严重依赖于标签信息，这通常是在现实世界中获得的昂贵。现有无监督的GRL方法遭受某些限制，例如对单调对比和可扩展性有限的沉重依赖。为了克服上述问题，鉴于最近的图表对比学习的进步，我们通过曲线图介绍了一种新颖的自我监控图形表示学习算法，即通过利用所提出的调整变焦方案来学习节点表示来学习节点表示。具体地，该机制使G-Zoom能够从多个尺度的图表中探索和提取自我监督信号：MICRO（即，节点级别），MESO（即，邻域级）和宏（即，子图级） 。首先，我们通过两个不同的图形增强生成输入图的两个增强视图。然后，我们逐渐地从节点，邻近逐渐为上述三个尺度建立三种不同的对比度，在那里我们最大限度地提高了横跨尺度的图形表示之间的协议。虽然我们可以从微距和宏观视角上从给定图中提取有价值的线索，但是邻域级对比度基于我们的调整后的缩放方案提供了可自定义选项的能力，以便手动选择位于微观和介于微观之间的最佳视点宏观透视更好地理解图数据。此外，为了使我们的模型可扩展到大图，我们采用了并行图形扩散方法来从图形尺寸下解耦模型训练。我们对现实世界数据集进行了广泛的实验，结果表明，我们所提出的模型始终始终优于最先进的方法。

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。

Machine learning on graphs is an important and ubiquitous task with applications ranging from drug design to friendship recommendation in social networks. The primary challenge in this domain is finding a way to represent, or encode, graph structure so that it can be easily exploited by machine learning models. Traditionally, machine learning approaches relied on user-defined heuristics to extract features encoding structural information about a graph (e.g., degree statistics or kernel functions). However, recent years have seen a surge in approaches that automatically learn to encode graph structure into low-dimensional embeddings, using techniques based on deep learning and nonlinear dimensionality reduction. Here we provide a conceptual review of key advancements in this area of representation learning on graphs, including matrix factorization-based methods, random-walk based algorithms, and graph neural networks. We review methods to embed individual nodes as well as approaches to embed entire (sub)graphs. In doing so, we develop a unified framework to describe these recent approaches, and we highlight a number of important applications and directions for future work.