MIP-Explainer: An Explainability Method for Graph Neural Networks Based on Mutual Information

可解释性 计算机科学 人工智能 杠杆(统计) 图形 正规化(语言学) 人工神经网络 机器学习 算法 深层神经网络 理论计算机科学 相互信息 网络拓扑 数学 摄动(天文学) 模式识别(心理学) 线性模型 代表(政治) 事先信息 高斯分布
作者
Huijiang Wang,Q. X. Li,Jing Tan,Linlin Su,Jinyan Wang
标识
DOI:10.1109/smc58881.2025.11343134
摘要

Graph Neural Networks (GNNs) garnered significant success in modeling graphs due to their powerful capabilities in representation learning and reasoning. However, the lack of explainability in GNNs largely limits their application in security, sensitive, and other such scenarios. Due to their interpretability and high fidelity, surrogate methods in explainability techniques have sparked some explorations, but many challenges are still not well-addressed. 1) Most surrogate based explainers generate local neighborhoods by randomly perturbing node features, ignoring the graph topology perturbations. 2) As the graph grows, the combinations of perturbations increase exponentially, whereas only a few perturbation combinations are close to the prediction. 3) The application of multiple relaxation steps and regularization terms in practice may diminish the intrinsic interpretability of surrogate models in previous works. Towards this end, we propose a novel framework named MIP-Explainer, which consists of Selector and Explainer modules. In the Selector module, we leverage mutual information to perturb the graph structure, efficiently generating local neighborhoods of the data. In the Explainer module, we propose an intuitive and interpretable linear model to these local neighborhoods, without incorporating any relaxation or regularization terms. Extensive experiments on real-world and synthetic datasets show the effectiveness of our MIP-Explainer by outperforming state-of-the-art baselines.
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