Balanced Confidence Calibration for Graph Neural Networks

计算机科学 人工神经网络 校准 图形 置信区间 人工智能 机器学习 理论计算机科学 数学 统计
作者
Hao Yang,Min Wang,Qi Wang,Mingrui Lao,Yun Zhou
出处
期刊: 卷期号:: 3747-3757
标识
DOI:10.1145/3637528.3671741
摘要

This paper delves into the confidence calibration in prediction when using Graph Neural Networks (GNNs), which has emerged as a notable challenge in the field. Despite their remarkable capabilities in processing graph-structured data, GNNs are prone to exhibit lower confidence in their predictions than what the actual accuracy warrants. Recent advances attempt to address this by minimizing prediction entropy to enhance confidence levels. However, this method inadvertently risks leading to over-confidence in model predictions. Our investigation in this work reveals that most existing GNN calibration methods predominantly focus on the highest logit, thereby neglecting the entire spectrum of prediction probabilities. To alleviate this limitation, we introduce a novel framework called Balanced Calibrated Graph Neural Network (BCGNN), specifically designed to establish a balanced calibration between over-confidence and under-confidence in GNNs' prediction. To theoretically support our proposed method, we further demonstrate the mechanism of the BCGNN framework in effective confidence calibration and significant trustworthiness improvement in prediction. We conduct extensive experiments to examine the developed framework. The empirical results show our method's superior performance in predictive confidence and trustworthiness, affirming its practical applicability and effectiveness in real-world scenarios.

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