A Note on Over-Smoothing for Graph Neural Networks

平滑的 嵌入 数学证明 人工神经网络 图形 判别式 计算机科学 Dirichlet分布 拉普拉斯矩阵 图嵌入 数学 理论计算机科学 算法 离散数学 人工智能 计算机视觉 数学分析 几何学 边值问题
作者
Chen Cai,Yusu Wang
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:92
标识
DOI:10.48550/arxiv.2006.13318
摘要

Graph Neural Networks (GNNs) have achieved a lot of success on graph-structured data. However, it is observed that the performance of graph neural networks does not improve as the number of layers increases. This effect, known as over-smoothing, has been analyzed mostly in linear cases. In this paper, we build upon previous results \cite{oono2019graph} to further analyze the over-smoothing effect in the general graph neural network architecture. We show when the weight matrix satisfies the conditions determined by the spectrum of augmented normalized Laplacian, the Dirichlet energy of embeddings will converge to zero, resulting in the loss of discriminative power. Using Dirichlet energy to measure "expressiveness" of embedding is conceptually clean; it leads to simpler proofs than \cite{oono2019graph} and can handle more non-linearities.
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