The increasingly crucial role of human displacements in complex societal phenomena, such as traffic congestion, segregation, and the diffusion of epidemics, is attracting the interest of scientists from several disciplines. In this article, we address mobility network generation, i.e., generating a city's entire mobility network, a weighted directed graph in which nodes are geographic locations and weighted edges represent people's movements between those locations, thus describing the entire mobility set flows within a city. Our solution is MoGAN, a model based on Generative Adversarial Networks (GANs) to generate realistic mobility networks. We conduct extensive experiments on public datasets of bike and taxi rides to show that MoGAN outperforms the classical Gravity and Radiation models regarding the realism of the generated networks. Our model can be used for data augmentation and performing simulations and what-if analysis.

“轨迹”是指由地理空间中的移动物体产生的迹线，通常由一系列按时间顺序排列的点表示，其中每个点由地理空间坐标集和时间戳组成。位置感应和无线通信技术的快速进步使我们能够收集和存储大量的轨迹数据。因此，许多研究人员使用轨迹数据来分析各种移动物体的移动性。在本文中，我们专注于“城市车辆轨迹”，这是指城市交通网络中车辆的轨迹，我们专注于“城市车辆轨迹分析”。城市车辆轨迹分析提供了前所未有的机会，可以了解城市交通网络中的车辆运动模式，包括以用户为中心的旅行经验和系统范围的时空模式。城市车辆轨迹数据的时空特征在结构上相互关联，因此，许多先前的研究人员使用了各种方法来理解这种结构。特别是，由于其强大的函数近似和特征表示能力，深度学习模型是由于许多研究人员的注意。因此，本文的目的是开发基于深度学习的城市车辆轨迹分析模型，以更好地了解城市交通网络的移动模式。特别是，本文重点介绍了两项研究主题，具有很高的必要性，重要性和适用性：下一个位置预测，以及合成轨迹生成。在这项研究中，我们向城市车辆轨迹分析提供了各种新型模型，使用深度学习。

交通预测模型依赖需要感测，处理和存储的数据。这需要部署和维护交通传感基础设施，往往导致不适合的货币成本。缺乏感测的位置可以与合成数据模拟相辅相成，进一步降低交通监测所需的经济投资。根据类似道路的数据分布，其中最常见的数据生成方法之一包括产生实际的流量模式。检测具有相似流量的道路的过程是这些系统的关键点。但是，在不收集目标位置收集数据，没有用于该相似性的搜索可以使用流量度量。我们提出了一种通过检查道路段的拓扑特征来发现具有可用流量数据的方法的方法。相关的拓扑功能被提取为数值表示（嵌入式）以比较不同的位置，并最终根据其嵌入之间的相似性找到最相似的道路。检查该新颖选择系统的性能，并与更简单的流量估计方法进行比较。找到类似的数据源后，使用生成方法来合成流量配置文件。根据感知道路的交通行为的相似性，可以使用一条路的数据来馈送生成方法。在合成样品的精度方面分析了几种代理方法。最重要的是，这项工作打算促进进一步的研究努力提高综合交通样本的质量，从而降低对传感基础设施的需求。

我们从光谱的角度解决图形生成问题，首先生成图形laplacian光谱的主要部分，然后构建与这些特征值和特征向量相匹配的图。光谱调节允许直接建模全局和局部图结构，并有助于克服单发图生成器的表达性和模式崩溃问题。我们的新颖的甘（Spectre）称为Spectre，可以使用一声模型来产生比以前可能更大的图。Spectre的表现优于最先进的深度自动回归发电机在建模忠诚方面，同时还避免了昂贵的顺序产生和对节点排序的依赖。一个很好的例子，在相当大的合成和现实图形中，Specter的幽灵比最佳竞争对手的最佳竞争对手的改进是4到170倍，该竞争对手不合适，比自回旋发电机快23至30倍。

Streets networks provide an invaluable source of information about the different temporal and spatial patterns emerging in our cities. These streets are often represented as graphs where intersections are modelled as nodes and streets as links between them. Previous work has shown that raster representations of the original data can be created through a learning algorithm on low-dimensional representations of the street networks. In contrast, models that capture high-level urban network metrics can be trained through convolutional neural networks. However, the detailed topological data is lost through the rasterisation of the street network. The models cannot recover this information from the image alone, failing to capture complex street network features. This paper proposes a model capable of inferring good representations directly from the street network. Specifically, we use a variational autoencoder with graph convolutional layers and a decoder that outputs a probabilistic fully-connected graph to learn latent representations that encode both local network structure and the spatial distribution of nodes. We train the model on thousands of street network segments and use the learnt representations to generate synthetic street configurations. Finally, we proposed a possible application to classify the urban morphology of different network segments by investigating their common characteristics in the learnt space.

使用计算流体动力学（CFD）方法近似风流可能是耗时的。创建用于在观察风流量变化的同时以交互式设计原型的工具需要更简单的模型来模拟更快。代替运行数值近似导致的详细计算，深度学习中的数据驱动方法可能能够在一小部分中提供类似的结果。这项工作将使用CFD计算到计算3D流场的问题，以在建筑占地面积上使用CFD到基于2D图像到图像转换的问题，以预测行人高度水平的流场。我们调查使用生成的对冲网络（GAN），例如PIX2PIX [1]和CYCREGAN [2]代表各种域中的图像到图像转换任务以及U-Net AutoEncoder [ 3]。模型可以以数据驱动的方式学习数据集的基础分布，我们认为可以帮助模型从CFD中了解底层雷诺平均的Navier-Stokes（RANS）方程。我们在具有且没有高度信息的各种三维诈唬型建筑物上进行新型模拟数据集。此外，我们为生成的图像提供了广泛的定性和定量评估，以选择模型，并将其性能与CFD传递的模拟进行比较。然后，我们通过提出用于在不同架构上注入这种信息的一般框架，将位置数据添加到输入可以产生更准确的结果。此外，我们表明模型通过应用注意机制和光谱归一化来改善，以便于稳定训练。

城市规划指的是指定为一个地区设计土地使用配置的努力。然而，为了获得有效的城市计划，城市专家必须花费很多时间和精力，以根据领域知识和个人经验分析复杂的规划限制。为了减轻他们的沉重负担并产生一致的城市计划，我们想问一下AI可以加快城市规划过程，让人类规划者只调整所生成的特定需求的配置吗？最近的深度生成模型的进步提供了一个可能的答案，激励我们从对抗对抗的学习角度自动化城市规划。但是，出现了三个主要挑战：1）如何定量定量土地使用配置？ 2）如何自动化配置规划？ 3）如何评估生成配置的质量？在本文中，我们系统地解决了三个挑战。具体而言，1）我们将土地使用配置定义为经度纬度通道张量。 2）我们将自动化城市规划问题制定为深度生成学习的任务。目的是给定针对目标区域的周围上下文产生配置张量。 3）我们提供量化评估指标，并进行广泛的实验，以证明我们框架的有效性。

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.

In data-driven systems, data exploration is imperative for making real-time decisions. However, big data is stored in massive databases that are difficult to retrieve. Approximate Query Processing (AQP) is a technique for providing approximate answers to aggregate queries based on a summary of the data (synopsis) that closely replicates the behavior of the actual data, which can be useful where an approximate answer to the queries would be acceptable in a fraction of the real execution time. In this paper, we discuss the use of Generative Adversarial Networks (GANs) for generating tabular data that can be employed in AQP for synopsis construction. We first discuss the challenges associated with constructing synopses in relational databases and then introduce solutions to those challenges. Following that, we organized statistical metrics to evaluate the quality of the generated synopses. We conclude that tabular data complexity makes it difficult for algorithms to understand relational database semantics during training, and improved versions of tabular GANs are capable of constructing synopses to revolutionize data-driven decision-making systems.

已经在图形图上进行了大量研究，但是许多现有方法仅着重于优化图形布局的特定美学方面。给定图形，生成满足某些人类美学偏好的良好布局仍然是一项具有挑战性的任务，尤其是如果无法将这种偏好表示为可区分的目标函数。在本文中，我们提出了一个基于学生教师GAN的图形绘图框架SmartGD，该框架学会了绘制图形，就像人类学习执行任务一样。 SmartGD中的学生网络通过模仿良好的布局示例来学习图形，而SmartGD的教师网络负责提供有关生成布局优点的评分。当缺乏具体的审美标准来指定构成良好布局的内容时，学生网络可以从良好的布局示例中学习。另一方面，如果可以通过定量标准评估布局的好处（即使不是可区分的），学生网络可以将其用作优化目标美学的具体目标。为了实现目标，我们提出了一种新颖的gan变体，自挑战的gan，以了解有关任何审美标准的最佳布局分布，无论标准是否可区分。所提出的图形绘图框架不仅可以以与良好的布局示例相似的样式绘制图形，而且还可以根据任何给定的美学标准优化图形布局。一旦训练了模型，就可以根据示例布局的样式或所选美学标准可视化任意图。全面的实验研究表明，根据普通商定的指标，SMARTGD优于12种基准方法。

Social network analysis faces profound difficulties in sharing data between researchers due to privacy and security concerns. A potential remedy to this issue are synthetic networks, that closely resemble their real counterparts, but can be freely distributed. generating synthetic networks requires the creation of network topologies that, in application, function as realistically as possible. Widely applied models are currently rule-based and can struggle to reproduce structural dynamics. Lead by recent developments in Graph Neural Network (GNN) models for network generation we evaluate the potential of GNNs for synthetic social networks. Our GNN use is specifically within a reasonable use-case and includes empirical evaluation using Maximum Mean Discrepancy (MMD). We include social network specific measurements which allow evaluation of how realistically synthetic networks behave in typical social network analysis applications. We find that the Gated Recurrent Attention Network (GRAN) extends well to social networks, and in comparison to a benchmark popular rule-based generation Recursive-MATrix (R-MAT) method, is better able to replicate realistic structural dynamics. We find that GRAN is more computationally costly than R-MAT, but is not excessively costly to employ, so would be effective for researchers seeking to create datasets of synthetic social networks.

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.

缺失数据的归责是在许多工程和科学应用中发挥着重要作用的任务。通常，这种缺失的数据来自传感器的限制或后处理转换误差的实验观察中。其他时间从计算机模拟中的数值和算法约束产生。本文的一个这样的实例和应用重点是风暴浪涌的数值模拟。模拟数据对应于感兴趣的地理领域内的多个保存点的时间序列浪涌预测，创建了浪涌点在空间且时间上大量相关的时空呈现问题，并且缺失的值区域在结构上分布随机的。最近，已经开发了机器学习技术，例如神经网络方法，并用于缺少数据归档任务。生成的对抗网（GAN）和基于GAN的技术是特别引起了无监督机器学习方法的关注。在这项研究中，通过应用卷积神经网络而不是完全连接的层来改善生成的对抗性归纳网（增益）性能，以更好地捕获数据的相关性并从相邻的浪涌点促进学习。对所研究的数据所需的方法的另一调整是考虑点作为附加特征的点的坐标，以通过卷积层提供更多信息。我们将所提出的方法称为卷积生成的对抗性普通网（CONV-GAIL）。通过考虑风暴浪涌数据所需的改进和适应来评估和与原始增益和其他一些技术进行评估，提出的方法的表现。结果表明，CONV增益比研究数据上的替代方法具有更好的性能。

图形神经网络（GNNS）在提供图形结构时良好工作。但是，这种结构可能并不总是在现实世界应用中可用。该问题的一个解决方案是推断任务特定的潜在结构，然后将GNN应用于推断的图形。不幸的是，可能的图形结构的空间与节点的数量超级呈指数，因此任务特定的监督可能不足以学习结构和GNN参数。在这项工作中，我们提出了具有自我监督或拍打的邻接和GNN参数的同时学习，这是通过自我监督来推断图形结构的更多监督的方法。一个综合实验研究表明，缩小到具有数十万个节点的大图和胜过了几种模型，以便在已建立的基准上学习特定于任务的图形结构。

Common measures of brain functional connectivity (FC) including covariance and correlation matrices are semi-positive definite (SPD) matrices residing on a cone-shape Riemannian manifold. Despite its remarkable success for Euclidean-valued data generation, use of standard generative adversarial networks (GANs) to generate manifold-valued FC data neglects its inherent SPD structure and hence the inter-relatedness of edges in real FC. We propose a novel graph-regularized manifold-aware conditional Wasserstein GAN (GR-SPD-GAN) for FC data generation on the SPD manifold that can preserve the global FC structure. Specifically, we optimize a generalized Wasserstein distance between the real and generated SPD data under an adversarial training, conditioned on the class labels. The resulting generator can synthesize new SPD-valued FC matrices associated with different classes of brain networks, e.g., brain disorder or healthy control. Furthermore, we introduce additional population graph-based regularization terms on both the SPD manifold and its tangent space to encourage the generator to respect the inter-subject similarity of FC patterns in the real data. This also helps in avoiding mode collapse and produces more stable GAN training. Evaluated on resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data of major depressive disorder (MDD), qualitative and quantitative results show that the proposed GR-SPD-GAN clearly outperforms several state-of-the-art GANs in generating more realistic fMRI-based FC samples. When applied to FC data augmentation for MDD identification, classification models trained on augmented data generated by our approach achieved the largest margin of improvement in classification accuracy among the competing GANs over baselines without data augmentation.

情绪预测在心理健康和情绪感知计算中起着至关重要的作用。情绪的复杂性质是由于其对一个人的生理健康，精神状态和周围环境的依赖而产生的，这使其预测一项艰巨的任务。在这项工作中，我们利用移动传感数据来预测幸福和压力。除了一个人的生理特征外，我们还通过天气和社交网络纳入了环境的影响。为此，我们利用电话数据来构建社交网络并开发机器学习体系结构，该架构从图形网络的多个用户中汇总信息，并将其与数据的时间动态集成在一起，以预测所有用户的情感。社交网络的构建不会在用户的EMA或数据收集方面产生额外的成本，也不会引起隐私问题。我们提出了一种自动化用户社交网络影响预测的架构，能够处理现实生活中社交网络的动态分布，从而使其可扩展到大规模网络。我们广泛的评估突出了社交网络集成提供的改进。我们进一步研究了图形拓扑对模型性能的影响。

我们使用生成的对抗网络（GaN）展示了一种数学上良好的湍流模型的合成建模方法。基于对遍历性的混沌，确定性系统的分析，我们概述了一个数学证据，即GaN实际上可以学习采样状态快照，从而形成混沌系统的不变度量。基于该分析，我们研究了从Lorenz吸引子开始的混沌系统的层次，然后继续与GaN的湍流模拟。作为培训数据，我们使用从大型涡流模拟（LES）获得的速度波动领域。详细研究了两种建筑：我们使用深卷积的GaN（DCGAN）来合成圆柱周围的湍流。我们还使用PIX2PIXHD架构模拟低压涡轮定子围绕的流量，用于条件DCGAN在定子前方的旋转唤醒位置上调节。解释了对抗性培训的设置和使用特定GAN架构的影响。从而表明，GaN在技术上挑战流动问题的基础上的训练日期是有效的模拟湍流。与经典的数值方法，特别是LES相比，GaN训练和推理时间显着下降，同时仍然在高分辨率下提供湍流流动。

规划自行车共享站的布局是一个复杂的过程，特别是在刚刚实施自行车共享系统的城市。城市规划者通常必须根据公开可用的数据并私下提供来自管理的数据，然后使用现场流行的位置分配模型。较小城市的许多城市可能难以招聘专家进行此类规划。本文提出了一种新的解决方案来简化和促进通过使用空间嵌入方法来实现这种规划的过程。仅基于来自OpenStreetMap的公开数据，以及来自欧洲34个城市的站布局，已经开发了一种使用优步H3离散全球电网系统将城市分成微区域的方法，并指示其值得放置站的区域在不同城市使用转移学习的现有系统。工作的结果是在规划驻地布局的决策中支持规划者的机制，以选择参考城市。

与CNN的分类，分割或对象检测相比，生成网络的目标和方法根本不同。最初，它们不是作为图像分析工具，而是生成自然看起来的图像。已经提出了对抗性训练范式来稳定生成方法，并已被证明是非常成功的 - 尽管绝不是第一次尝试。本章对生成对抗网络（GAN）的动机进行了基本介绍，并通​​过抽象基本任务和工作机制并得出了早期实用方法的困难来追溯其成功的道路。将显示进行更稳定的训练方法，也将显示出不良收敛及其原因的典型迹象。尽管本章侧重于用于图像生成和图像分析的gan，但对抗性训练范式本身并非特定于图像，并且在图像分析中也概括了任务。在将GAN与最近进入场景的进一步生成建模方法进行对比之前，将闻名图像语义分割和异常检测的架构示例。这将允许对限制的上下文化观点，但也可以对gans有好处。

动态需求预测对于城市交通系统有效运行和管理至关重要。在单模需求预测上进行了广泛的研究，忽略了不同运输模式的需求可以彼此相关。尽管最近的一些努力，现有的多式化需求预测方法通常不够灵活，以便在不同模式下具有不同的空间单元和异质时空相关性的多路复用网络。为了解决这些问题，本研究提出了一种多重峰需求预测的多关系时空图神经网络（ST-MRGNN）。具体地，跨模式的空间依赖性被多个内部和模态关系图编码。引入多关系图神经网络（MRGNN）以捕获跨模式异构空间依赖性，包括广义图卷积网络，以了解关系图中的消息传递机制和基于关注的聚合模块，以总结不同的关系。我们进一步将MRGNN与时间门控卷积层相结合，共同模拟异质时滞的相关性。广泛的实验是使用真实的地铁和来自纽约市的乘车数据集进行的实验，结果验证了我们提出的方法对模式的现有方法的提高性能。需求稀疏位置的改进特别大。进一步分析ST-MRGNN的注意机制还表明了对理解跨模式相互作用的良好解释性。