Graph Representation Learning via Graphical Mutual Information Maximization

计算机科学 相互信息 正确性 自编码 特征学习 图嵌入 图形 人工智能 理论计算机科学 无监督学习 最大化 机器学习 人工神经网络 算法 数学 数学优化
作者
Zhen Peng,Wenbing Huang,Minnan Luo,Qinghua Zheng,Yu Rong,Tingyang Xu,Junzhou Huang
标识
DOI:10.1145/3366423.3380112
摘要

The richness in the content of various information networks such as social networks and communication networks provides the unprecedented potential for learning high-quality expressive representations without external supervision. This paper investigates how to preserve and extract the abundant information from graph-structured data into embedding space in an unsupervised manner. To this end, we propose a novel concept, Graphical Mutual Information (GMI), to measure the correlation between input graphs and high-level hidden representations. GMI generalizes the idea of conventional mutual information computations from vector space to the graph domain where measuring mutual information from two aspects of node features and topological structure is indispensable. GMI exhibits several benefits: First, it is invariant to the isomorphic transformation of input graphs—an inevitable constraint in many existing graph representation learning algorithms; Besides, it can be efficiently estimated and maximized by current mutual information estimation methods such as MINE; Finally, our theoretical analysis confirms its correctness and rationality. With the aid of GMI, we develop an unsupervised learning model trained by maximizing GMI between the input and output of a graph neural encoder. Considerable experiments on transductive as well as inductive node classification and link prediction demonstrate that our method outperforms state-of-the-art unsupervised counterparts, and even sometimes exceeds the performance of supervised ones.
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