Graph neural networks (GNNs) are emerging machine learning models on graphs. Permutation-equivariance and proximity-awareness are two important properties highly desirable for GNNs. Both properties are needed to tackle some challenging graph problems, such as finding communities and leaders. In this paper, we first analytically show that the existing GNNs, mostly based on the message-passing mechanism, cannot simultaneously preserve the two properties. Then, we propose Stochastic Message Passing (SMP) model, a general and simple GNN to maintain both proximity-awareness and permutation-equivariance. In order to preserve node proximities, we augment the existing GNNs with stochastic node representations. We theoretically prove that the mechanism can enable GNNs to preserve node proximities, and at the same time, maintain permutation-equivariance with certain parametrization. We report extensive experimental results on ten datasets and demonstrate the effectiveness and efficiency of SMP for various typical graph mining tasks, including graph reconstruction, node classification, and link prediction.


翻译:图形神经网络(GNNs)是图表上的新兴机器学习模型。变异性与近距离意识是GNS的两个非常可取的重要属性。两种特性都需要解决一些具有挑战性的图形问题,例如寻找社区和领导人。在本文中,我们首先分析地显示,现有的GNNs(主要基于信息传递机制)无法同时保存这两个属性。然后,我们提议Stochatic Message(SMP)模式,一个一般的和简单的GNN(SMP)模式,以保持近距离意识和变异性。为了保持近距离和变异性。为了避免近似性,我们用随机节点表示来增加现有的GNNs。我们理论上证明,该机制能够让GNNs保持节点准,同时保持与某些相近化的变异性。我们报告了十个数据集的广泛实验结果,并展示了SMP(SMP)在包括图形重建、节点分类和链接预测在内的各种典型图形采矿任务中的有效性和效率。

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