Graph Neural Network Causal Explanation via Neural Causal Models

人工神经网络 因果模型 计算机科学 图形 人工智能 理论计算机科学 数学 统计
作者
Arman Behnam,Binghui Wang
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:2
标识
DOI:10.48550/arxiv.2407.09378
摘要

Graph neural network (GNN) explainers identify the important subgraph that ensures the prediction for a given graph. Until now, almost all GNN explainers are based on association, which is prone to spurious correlations. We propose {\name}, a GNN causal explainer via causal inference. Our explainer is based on the observation that a graph often consists of a causal underlying subgraph. {\name} includes three main steps: 1) It builds causal structure and the corresponding structural causal model (SCM) for a graph, which enables the cause-effect calculation among nodes. 2) Directly calculating the cause-effect in real-world graphs is computationally challenging. It is then enlightened by the recent neural causal model (NCM), a special type of SCM that is trainable, and design customized NCMs for GNNs. By training these GNN NCMs, the cause-effect can be easily calculated. 3) It uncovers the subgraph that causally explains the GNN predictions via the optimized GNN-NCMs. Evaluation results on multiple synthetic and real-world graphs validate that {\name} significantly outperforms existing GNN explainers in exact groundtruth explanation identification
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