作为一种高度复杂和集成的网络物理系统，现代电网暴露于网络攻击。假数据注入攻击（FDIAS），具体地，通过针对测量数据的完整性来表示对智能电网的主要类别威胁。虽然已经提出了各种解决方案来检测那些网络攻击，但绝大多数作品忽略了电网测量的固有图结构，并仅验证了其检测器，仅针对小于几百辆公共汽车的小型测试系统。为了更好地利用智能电网测量的空间相关性，本文提出了使用Chebyshev Graph卷积网络（CGCN）的大规模交流电网中的网络内人检测深度学习模型。通过降低光谱滤波器的复杂性并使它们本地化，CGCN提供了一种快速高效的卷积操作，以模拟图形结构智能电网数据。我们在数值上验证所提出的CGCN的探测器在7.86以7.86以7.67以带有2848辆总线的大型电网的误报率的7.86以7.86的误报。所值得注意的是，所提出的方法检测为2848辆总线系统的4毫秒下的网络攻击，这使其成为大型系统中的网络内攻击的良好候选者。

这项研究采用无限脉冲响应（IIR）图神经网络（GNN），有效地对智能网格数据的固有图形网络结构进行建模，以解决网络攻击本地化问题。首先，我们通过数值分析有限脉冲响应（FIR）和IIR图过滤器（GFS）的经验频率响应，以近似理想的光谱响应。我们表明，对于相同的滤波器顺序，IIR GF可以更好地近似所需的光谱响应，并且由于其合理类型的滤镜响应，它们也与较低阶GF的近似值相同。其次，我们提出了一个IIR GNN模型，以有效预测总线上的网络攻击的存在。最后，我们在样本（SW）和BUS（BW）水平的各种网络攻击下评估了模型，并将结果与​​现有架构进行比较。经过实验验证的是，所提出的模型的表现分别优于最先进的FIR GNN模型，分别在SW和BW定位方面分别优于9.2％和14％。

This paper presents a Temporal Graph Neural Network (TGNN) framework for detection and localization of false data injection and ramp attacks on the system state in smart grids. Capturing the topological information of the system through the GNN framework along with the state measurements can improve the performance of the detection mechanism. The problem is formulated as a classification problem through a GNN with message passing mechanism to identify abnormal measurements. The residual block used in the aggregation process of message passing and the gated recurrent unit can lead to improved computational time and performance. The performance of the proposed model has been evaluated through extensive simulations of power system states and attack scenarios showing promising performance. The sensitivity of the model to intensity and location of the attacks and model's detection delay versus detection accuracy have also been evaluated.

大规模结构化数据的有效表示，进攻，分析和可视化在图形上引起了很多关注。到目前为止，大多数文献都集中在实现的信号上。但是，信号通常在傅立叶域中稀疏，并且可以使用其光谱组件的复杂信封来获得更多信息和紧凑的表示形式，而不是原始的真实价值信号。出于这一事实的激励，在这项工作中，我们将图形卷积神经网络（GCN）推广到复杂域，从而得出了允许将复杂值的图形移位运算符（GSO）纳入图形过滤器（GF）和过程的理论。复杂值图形信号（GS）。开发的理论可以处理时空复杂的网络过程。我们证明，相对于基础图支持的扰动，传输误差的界限以及通过乘积层传播的界限，复合物值GCN是稳定的。然后，我们将复杂的GCN应用于电网状态预测，电网网络攻击检测和定位。

我们提出了一种基于图形神经网络（GNN）的端到端框架，以平衡通用网格中的功率流。优化被帧为监督的顶点回归任务，其中GNN培训以预测每个网格分支的电流和功率注入，从而产生功率流量平衡。通过将电网表示为与顶点的分支的线图，我们可以培训一个更准确和强大的GNN来改变底层拓扑。此外，通过使用专门的GNN层，我们能够构建一个非常深的架构，该架构占图表上的大街区，同时仅实现本地化操作。我们执行三个不同的实验来评估：i）使用深入GNN模型时使用本地化而不是全球运营的好处和趋势; ii）图形拓扑中对扰动的弹性;和iii）能力同时在多个网格拓扑上同时培训模型以及新的看不见网格的概括性的改进。拟议的框架是有效的，而且与基于深度学习的其他求解器相比，不仅对网格组件上的物理量而且对拓扑的物理量具有鲁棒性。

Recent studies have demonstrated that smart grids are vulnerable to stealthy false data injection attacks (SFDIAs), as SFDIAs can bypass residual-based bad data detection mechanisms. The SFDIA detection has become one of the focuses of smart grid research. Methods based on deep learning technology have shown promising accuracy in the detection of SFDIAs. However, most existing methods rely on the temporal structure of a sequence of measurements but do not take account of the spatial structure between buses and transmission lines. To address this issue, we propose a spatiotemporal deep network, PowerFDNet, for the SFDIA detection in AC-model power grids. The PowerFDNet consists of two sub-architectures: spatial architecture (SA) and temporal architecture (TA). The SA is aimed at extracting representations of bus/line measurements and modeling the spatial structure based on their representations. The TA is aimed at modeling the temporal structure of a sequence of measurements. Therefore, the proposed PowerFDNet can effectively model the spatiotemporal structure of measurements. Case studies on the detection of SFDIAs on the benchmark smart grids show that the PowerFDNet achieved significant improvement compared with the state-of-the-art SFDIA detection methods. In addition, an IoT-oriented lightweight prototype of size 52 MB is implemented and tested for mobile devices, which demonstrates the potential applications on mobile devices. The trained model will be available at \textit{https://github.com/HubYZ/PowerFDNet}.

In this work, we are interested in generalizing convolutional neural networks (CNNs) from low-dimensional regular grids, where image, video and speech are represented, to high-dimensional irregular domains, such as social networks, brain connectomes or words' embedding, represented by graphs. We present a formulation of CNNs in the context of spectral graph theory, which provides the necessary mathematical background and efficient numerical schemes to design fast localized convolutional filters on graphs. Importantly, the proposed technique offers the same linear computational complexity and constant learning complexity as classical CNNs, while being universal to any graph structure. Experiments on MNIST and 20NEWS demonstrate the ability of this novel deep learning system to learn local, stationary, and compositional features on graphs.

基于光谱的图形神经网络（SGNNS）在图表表示学习中一直吸引了不断的关注。然而，现有的SGNN是限于实现具有刚性变换的曲线滤波器（例如，曲线图傅立叶或预定义的曲线波小波变换）的限制，并且不能适应驻留在手中的图形和任务上的信号。在本文中，我们提出了一种新颖的图形神经网络，实现了具有自适应图小波的曲线图滤波器。具体地，自适应图表小波通过神经网络参数化提升结构学习，其中开发了基于结构感知的提升操作（即，预测和更新操作）以共同考虑图形结构和节点特征。我们建议基于扩散小波提升以缓解通过分区非二分类图引起的结构信息损失。通过设计，得到了所得小波变换的局部和稀疏性以及提升结构的可扩展性。我们进一步通过在学习的小波中学习稀疏图表表示来引导软阈值滤波操作，从而产生局部，高效和可伸缩的基于小波的图形滤波器。为了确保学习的图形表示不变于节点排列，在网络的输入中采用层以根据其本地拓扑信息重新排序节点。我们在基准引用和生物信息图形数据集中评估节点级和图形级别表示学习任务的所提出的网络。大量实验在准确性，效率和可扩展性方面展示了在现有的SGNN上的所提出的网络的优越性。

非线性状态估计（SE）的目的是根据电力系统中所有可用的测量值估算复杂的总线电压，通常使用迭代的高斯 - 纽顿方法来解决。在考虑来自相组量测量单元以及监督控制和数据采集系统的输入时，非线性SE会带来一些困难。这些包括数值不稳定性，收敛时间取决于迭代方法的起点以及单个迭代在状态变量数量方面的二次计算复杂性。本文在非线性功率系统SE的增强因子图上介绍了基于图形神经网络的原始SE实现，能够在分支机构和总线上进行测量，以及相法和遗留测量。提出的回归模型在一旦训练的推理时间内具有线性计算复杂性，并且有可能实现分布式。由于该方法是非词语且基于非矩阵的，因此它对高斯求解器容易出现的问题具有弹性。除了测试集的预测准确性外，提出的模型在模拟网络攻击和由于沟通不规则引起的不可观察的情况时表现出了鲁棒性。在这种情况下，预测错误在本地持续存在，对电力系统的其余结果没有影响。

在大数据的时代，基于数据驱动的分类已成为智能制造业的基本方法，以指导生产和优化检查。实践中获得的工业数据通常是由软传感器收集的时间序列数据，这是高度非线性，非间断，不平衡和嘈杂的。大多数现有的软传感机器学习模型侧重于捕获串联内部时间依赖关系或预定义的序列间相关性，同时忽略标签之间的相关性，每个实例同时与多个标签相关联。在本文中，我们提出了一种基于曲线的新颖的曲线图，用于多变量时间序列分类噪声和高度不平衡的软感测数据。所提出的基层能够在光谱域中捕获串联串联和串联系列依赖项; 2）通过叠加由统计共生信息构建的标签图来利用标签相关性; 3）从文本和数值域中使用注意机制学习功能; 4）利用未标记的数据并通过半监督学习缓解数据不平衡。与其他常用分类器的比较研究在希捷软感测数据上进行，实验结果验证了我们提出的方法的竞争性能。

状态估计（SE）算法的目标是基于电力系统中的可用测量集来估计复杂的总线电压作为状态变量。因为相量测量单元（PMU）越来越多地用于传输电力系统，所以需要一种快速SE求解器，可以利用PMU高采样率。本文提出培训图形神经网络（GNN），以了解给PMU电压和电流测量作为输入的估计，目的是在评估阶段期间获得快速和准确的预测。使用合成数据集接受GNN，由电力系统中的随机采样的测量集创建并用使用带有PMU求解器的线性SE获得的解决方案来标记它们。所呈现的结果显示了各种测试场景中GNN预测的准确性，并将预测的灵敏度解决对缺失的输入数据。

给定传感器读数随着时间的推移从电网上，我们如何在发生异常时准确地检测？实现这一目标的关键部分是使用电网传感器网络在电网上实时地在实时检测到自然故障或恶意的任何不寻常的事件。行业中现有的坏数据探测器缺乏鲁布布利地检测广泛类型的异常，特别是由于新兴网络攻击而造成的复杂性，因为它们一次在网格的单个测量快照上运行。新的ML方法更广泛适用，但通常不会考虑拓扑变化对传感器测量的影响，因此无法适应历史数据中的定期拓扑调整。因此，我们向DynWatch，基于域知识和拓扑知识算法用于使用动态网格上的传感器进行异常检测。我们的方法准确，优于实验中的现有方法20％以上（F-Measure）;快速，在60K +分支机用中的每次传感器上平均运行小于1.7ms，使用笔记本电脑，并在图表的大小上线性缩放。

交替的电流（AC）偶然受限的最佳功率流（CC-OPF）问题解决了发电不确定性下发电和交付的经济效率。由于可再生能源量大量，后者是现代电网的内在固有的。尽管取得了学术上的成功，但AC CC-OPF问题是高度非线性和计算要求的，这限制了其实际影响。为了改善AC-OPF问题的复杂性/准确性权衡，本文提出了一种快速数据驱动的设置，该设置使用稀疏和混合的高斯流程（GP）框架，以模拟具有输入不确定性的功率流程方程。我们提倡通过数值研究对拟议方法的效率，而与最新方法相比，多个IEEE测试用例的效率快两倍，更准确。

入侵检测是汽车通信安全的重要防御措施。准确的框架检测模型有助于车辆避免恶意攻击。攻击方法的不确定性和多样性使此任务具有挑战性。但是，现有作品仅考虑本地功能或多功能的弱特征映射的限制。为了解决这些局限性，我们提出了一个新型的模型，用于通过车载通信流量（STC-IDS）的时空相关特征（STC-IDS）进行汽车入侵检测。具体而言，提出的模型利用编码检测体系结构。在编码器部分中，空间关系和时间关系是同时编码的。为了加强特征之间的关系，基于注意力的卷积网络仍然捕获空间和频道特征以增加接受场，而注意力LSTM则建立了以前的时间序列或关键字节的有意义的关系。然后将编码的信息传递给检测器，以产生有力的时空注意力特征并实现异常分类。特别是，构建了单帧和多帧模型，分别呈现不同的优势。在基于贝叶斯优化的自动超参数选择下，该模型经过培训以达到最佳性能。基于现实世界中车辆攻击数据集的广泛实证研究表明，STC-IDS优于基线方法，并且在保持效率的同时获得了较少的假警报率。

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.

Graph classification is an important area in both modern research and industry. Multiple applications, especially in chemistry and novel drug discovery, encourage rapid development of machine learning models in this area. To keep up with the pace of new research, proper experimental design, fair evaluation, and independent benchmarks are essential. Design of strong baselines is an indispensable element of such works. In this thesis, we explore multiple approaches to graph classification. We focus on Graph Neural Networks (GNNs), which emerged as a de facto standard deep learning technique for graph representation learning. Classical approaches, such as graph descriptors and molecular fingerprints, are also addressed. We design fair evaluation experimental protocol and choose proper datasets collection. This allows us to perform numerous experiments and rigorously analyze modern approaches. We arrive to many conclusions, which shed new light on performance and quality of novel algorithms. We investigate application of Jumping Knowledge GNN architecture to graph classification, which proves to be an efficient tool for improving base graph neural network architectures. Multiple improvements to baseline models are also proposed and experimentally verified, which constitutes an important contribution to the field of fair model comparison.

随着智能设备的扩散和通信中的旋转，配电系统逐渐从被动，手动操作和不灵活的，到大规模互连的网络物理智能电网，以解决未来的能源挑战。然而，由于部署的大规模复杂性和资源限制，若干尖端技术的集成引入了几种安全和隐私漏洞。最近的研究趋势表明，虚假数据注入（FDI）攻击正成为整个智能电网范式内最恶毒的网络威胁之一。因此，本文介绍了对积极分配系统内的直接投资袭击事件的最近进展的全面调查，并提出了分类法，以对智能电网目标进行外商直接投资威胁。相关研究与攻击方法和对电力分配网络的影响形成鲜明对比和总结。最后，我们确定了一些研究差距并推荐了一些未来的研究方向，以指导和激励前瞻性研究人员。

气候变化增加了损害电力系统可靠性并导致多次设备故障的极端天气事件（风暴，大雨，野火）的数量。实时和准确检测潜在线路故障是减轻极端天气影响并激活紧急控制的第一步。功率平衡方程非线性，极端事件中的发电不确定性增加，缺乏电网可观察性会损害传统数据驱动的失败检测方法的效率。同时，基于神经网络的现代化的机器学习方法需要大量数据来检测事故，尤其是在改变时间的环境中。本文提出了一个具有物理信息的线路故障检测器（字段），该探测器利用网格拓扑信息来减少样本和时间复杂性并提高定位准确性。最后，我们说明了与最先进的方法相比，与各种测试用例相比，我们的方法的优越性实证性能。

Spatiotemporal forecasting has various applications in neuroscience, climate and transportation domain. Traffic forecasting is one canonical example of such learning task. The task is challenging due to (1) complex spatial dependency on road networks, (2) non-linear temporal dynamics with changing road conditions and (3) inherent difficulty of long-term forecasting. To address these challenges, we propose to model the traffic flow as a diffusion process on a directed graph and introduce Diffusion Convolutional Recurrent Neural Network (DCRNN), a deep learning framework for traffic forecasting that incorporates both spatial and temporal dependency in the traffic flow. Specifically, DCRNN captures the spatial dependency using bidirectional random walks on the graph, and the temporal dependency using the encoder-decoder architecture with scheduled sampling. We evaluate the framework on two real-world large scale road network traffic datasets and observe consistent improvement of 12% -15% over state-of-the-art baselines.

由于对社会，经济学和环境的巨大影响，智能电网（SG）的研究和发展引起了学术界，行业和政府的重视。确保SG是一个很大的重大挑战，因为增加了通信网络以协助物理过程控制，将它们暴露于各种网络威胁。除了使用假数据喷射（FDI）技术改变测量值的攻击之外，通信网络上的攻击可能通过拦截消息来破坏电力系统的实时操作，或者通过泛洪与不必要的数据泛换通信信道。解决这些攻击需要跨层方法。在本文中，呈现了一种交叉层策略，称为具有自适应统计（CECD-AS）的交叉层集合RORDET，其集成了故障的SG测量数据的检测以及不一致的网络到达时间和传输延迟，以便更可靠地进行传输延迟准确的异常检测和攻击解释。数值结果表明，与当前方法相比，CECD-AS可以检测多个错误数据喷射，拒绝服务（MITM）攻击中的拒绝服务（MITM）攻击的攻击（MITM）攻击。基于传统的基于物理的状态估计，具有自适应统计策略和基于机器学习分类的检测方案的集合RORDET。