圖神經(jīng)網(wǎng)絡：基礎與前沿（全彩 博文視點出品）

第 1 章 當深度學習遇上圖：圖神經(jīng)網(wǎng)絡的興起 1
1．1 什么是圖1
1．2 深度學習與圖 2
1．2．1 圖數(shù)據(jù)的特殊性質(zhì) 3
1．2．2 將深度學習擴展到圖上的挑戰(zhàn) 4
1．3 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的發(fā)展 5
1．3．1 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的歷史 5
1．3．2 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的分類 7
1．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的應用 8
1．4．1 圖數(shù)據(jù)上的任務 8
1．4．2 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的應用領(lǐng)域 8
1．5 小結(jié) 11
第 2 章 預備知識 13
2．1 圖的基本概念 13
2．2 簡易圖譜論 15
2．2．1 拉普拉斯矩陣 16
2．2．2 拉普拉斯二次型 17
2．2．3 拉普拉斯矩陣與圖擴散 18
2．2．4 圖論傅里葉變換 19
2．3 小結(jié) 20
第 3 章 圖神經(jīng)網(wǎng)絡模型介紹 21
3．1 基于譜域的圖神經(jīng)網(wǎng)絡 21
3．1．1 譜圖卷積網(wǎng)絡 21
3．1．2 切比雪夫網(wǎng)絡 24
3．1．3 圖卷積網(wǎng)絡 25
3．1．4 譜域圖神經(jīng)網(wǎng)絡的局限和發(fā)展 27
3．2 基于空域的圖神經(jīng)網(wǎng)絡 28
3．2．1 早期的圖神經(jīng)網(wǎng)絡與循環(huán)圖神經(jīng)網(wǎng)絡 28
3．2．2 再談圖卷積網(wǎng)絡 29
3．2．3 GraphSAGE：歸納式圖表示學習 31
3．2．4 消息傳遞神經(jīng)網(wǎng)絡 34
3．2．5 圖注意力網(wǎng)絡 37
3．2．6 圖同構(gòu)網(wǎng)絡：Weisfeiler-Lehman 測試與圖神經(jīng)網(wǎng)絡的表達力 39
3．3 小試牛刀：圖卷積網(wǎng)絡實戰(zhàn) 42
3．4 小結(jié) 46
第 4 章 深入理解圖卷積網(wǎng)絡 47
4．1 圖卷積與拉普拉斯平滑：圖卷積網(wǎng)絡的過平滑問題 47
4．2 圖卷積網(wǎng)絡與個性化 PageRank 50
4．3 圖卷積網(wǎng)絡與低通濾波 52
4．3．1 圖卷積網(wǎng)絡的低通濾波效果 52
4．3．2 圖濾波神經(jīng)網(wǎng)絡 54
4．3．3 簡化圖卷積網(wǎng)絡 55
4．4 小結(jié) 56
第 5 章 圖神經(jīng)網(wǎng)絡模型的擴展 57
5．1 深層圖卷積網(wǎng)絡 57
5．1．1 殘差連接 58
5．1．2 JK-Net 60
5．1．3 DropEdge 與 PairNorm 60
5．2 圖的池化 61
5．2．1 聚類與池化 62
5．2．2 可學習的池化：DiffPool 63
5．2．3 Top-k 池化和 SAGPool 65
5．3 圖的無監(jiān)督學習 67
5．3．1 圖的自編碼器 67
5．3．2 最大互信息 70
5．3．3 其他 72
5．3．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的預訓練 72
5．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡的大規(guī)模學習 74
5．4．1 點采樣 75
5．4．2 層采樣 76
5．4．3 圖采樣 78
5．5 不規(guī)則圖的深度學習模型 80
5．6 小結(jié) 81
第 6 章 其他圖嵌入方法 83
6．1 基于矩陣分解的圖嵌入方法 83
6．1．1 拉普拉斯特征映射 83
6．1．2 圖分解 84
6．2 基于隨機游走的圖嵌入方法 86
6．2．1 DeepWalk 86
6．2．2 node2vec 87
6．2．3 隨機游走與矩陣分解的統(tǒng)一 88
6．3 從自編碼器的角度看圖嵌入 88
6．4 小結(jié) 89
第 7 章 知識圖譜與異構(gòu)圖神經(jīng)網(wǎng)絡 91
7．1 知識圖譜的定義和任務 92
7．1．1 知識圖譜 92
7．1．2 知識圖譜嵌入 92
7．2 距離變換模型 94
7．2．1 TransE 模型 94
7．2．2 TransH 模型 95
7．2．3 TransR 模型 96
7．2．4 TransD 模型 97
7．3 語義匹配模型 97
7．3．1 RESCAL 模型 98
7．3．2 DistMult 模型 98
7．3．3 HolE 模型 98
7．3．4 語義匹配能量模型 99
7．3．5 神經(jīng)張量網(wǎng)絡模型 99
7．3．6 ConvE 模型 100
7．4 知識圖譜上的圖神經(jīng)網(wǎng)絡 100
7．4．1 關(guān)系圖卷積網(wǎng)絡 100
7．4．2 帶權(quán)重的圖卷積編碼器 101
7．4．3 知識圖譜與圖注意力模型 102
7．4．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡與傳統(tǒng)知識圖譜嵌入的結(jié)合：CompGCN 103
7．5 小結(jié) 103
第 8 章 圖神經(jīng)網(wǎng)絡模型的應用 105
8．1 圖數(shù)據(jù)上的一般任務 105
8．1．1 節(jié)點分類 106
8．1．2 鏈路預測 106
8．1．3 圖分類 107
8．2 生化醫(yī)療相關(guān)的應用 108
8．2．1 預測分子的化學性質(zhì)和化學反應 108
8．2．2 圖生成模型與藥物發(fā)現(xiàn) 109
8．2．3 藥物/蛋白質(zhì)交互圖的利用 116
8．3 自然語言處理相關(guān)的應用 117
8．4 推薦系統(tǒng)上的應用 121
8．5 計算機視覺相關(guān)的應用 123
8．6 其他應用 124
8．7 小結(jié) 124
參考文獻 127