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內(nèi)容簡介

　　圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能領(lǐng)域的一個新興方向，它不僅迅速得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，而且被成功地應(yīng)用在工業(yè)界的多個領(lǐng)域。本書介紹了圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識和前沿研究，不僅包括它們的發(fā)展歷史和經(jīng)典模型，還包括圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在深層網(wǎng)絡(luò)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、大規(guī)模訓(xùn)練、知識圖譜推理等方面的前沿研究，以及它們在不同領(lǐng)域（如推薦系統(tǒng)、生化醫(yī)療、自然語言處理等）的實際應(yīng)用。本書既可作為人工智能領(lǐng)域研究和開發(fā)人員的技術(shù)參考書，也可作為對圖上的深度學(xué)習(xí)感興趣的高年級本科生和研究生的入門書。

作者簡介

　　馬騰飛，IBM全球研究院總部研究員，東京大學(xué)博士，研究方向為機器學(xué)習(xí)、自然語言處理等。近期的研究集中在圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在醫(yī)療、生化、金融等領(lǐng)域的應(yīng)用。在ICLR、NeurIPS、AAAI等人工智能國際頂級會議上發(fā)表論文30多篇，并與他人合作，在AAAI、KDD等會議上多次講授圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前沿專題。

圖書目錄

第 1 章當深度學(xué)習(xí)遇上圖：圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興起 1
1．1 什么是圖1
1．2 深度學(xué)習(xí)與圖 2
1．2．1 圖數(shù)據(jù)的特殊性質(zhì) 3
1．2．2 將深度學(xué)習(xí)擴展到圖上的挑戰(zhàn) 4
1．3 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 5
1．3．1 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的歷史 5
1．3．2 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類 7
1．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 8
1．4．1 圖數(shù)據(jù)上的任務(wù) 8
1．4．2 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域 8
1．5 小結(jié) 11
第 2 章預(yù)備知識 13
2．1 圖的基本概念 13
2．2 簡易圖譜論 15
2．2．1 拉普拉斯矩陣 16
2．2．2 拉普拉斯二次型 17
2．2．3 拉普拉斯矩陣與圖擴散 18
2．2．4 圖論傅里葉變換 19
2．3 小結(jié) 20
第 3 章圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型介紹 21
3．1 基于譜域的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 21
3．1．1 譜圖卷積網(wǎng)絡(luò) 21
3．1．2 切比雪夫網(wǎng)絡(luò) 24
3．1．3 圖卷積網(wǎng)絡(luò) 25
3．1．4 譜域圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的局限和發(fā)展 27
3．2 基于空域的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 28
3．2．1 早期的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與循環(huán)圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 28
3．2．2 再談圖卷積網(wǎng)絡(luò) 29
3．2．3 GraphSAGE：歸納式圖表示學(xué)習(xí) 31
3．2．4 消息傳遞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 34
3．2．5 圖注意力網(wǎng)絡(luò) 37
3．2．6 圖同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：Weisfeiler-Lehman 測試與圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表達力 39
3．3 小試牛刀：圖卷積網(wǎng)絡(luò)實戰(zhàn) 42
3．4 小結(jié) 46
第 4 章深入理解圖卷積網(wǎng)絡(luò) 47
4．1 圖卷積與拉普拉斯平滑：圖卷積網(wǎng)絡(luò)的過平滑問題 47
4．2 圖卷積網(wǎng)絡(luò)與個性化 PageRank 50
4．3 圖卷積網(wǎng)絡(luò)與低通濾波 52
4．3．1 圖卷積網(wǎng)絡(luò)的低通濾波效果 52
4．3．2 圖濾波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 54
4．3．3 簡化圖卷積網(wǎng)絡(luò) 55
4．4 小結(jié) 56
第 5 章圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的擴展 57
5．1 深層圖卷積網(wǎng)絡(luò) 57
5．1．1 殘差連接 58
5．1．2 JK-Net 60
5．1．3 DropEdge 與 PairNorm 60
5．2 圖的池化 61
5．2．1 聚類與池化 62
5．2．2 可學(xué)習(xí)的池化：DiffPool 63
5．2．3 Top-k 池化和 SAGPool 65
5．3 圖的無監(jiān)督學(xué)習(xí) 67
5．3．1 圖的自編碼器 67
5．3．2 最大互信息 70
5．3．3 其他 72
5．3．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)訓(xùn)練 72
5．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模學(xué)習(xí) 74
5．4．1 點采樣 75
5．4．2 層采樣 76
5．4．3 圖采樣 78
5．5 不規(guī)則圖的深度學(xué)習(xí)模型 80
5．6 小結(jié) 81
第 6 章其他圖嵌入方法 83
6．1 基于矩陣分解的圖嵌入方法 83
6．1．1 拉普拉斯特征映射 83
6．1．2 圖分解 84
6．2 基于隨機游走的圖嵌入方法 86
6．2．1 DeepWalk 86
6．2．2 node2vec 87
6．2．3 隨機游走與矩陣分解的統(tǒng)一 88
6．3 從自編碼器的角度看圖嵌入 88
6．4 小結(jié) 89
第 7 章知識圖譜與異構(gòu)圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 91
7．1 知識圖譜的定義和任務(wù) 92
7．1．1 知識圖譜 92
7．1．2 知識圖譜嵌入 92
7．2 距離變換模型 94
7．2．1 TransE 模型 94
7．2．2 TransH 模型 95
7．2．3 TransR 模型 96
7．2．4 TransD 模型 97
7．3 語義匹配模型 97
7．3．1 RESCAL 模型 98
7．3．2 DistMult 模型 98
7．3．3 HolE 模型 98
7．3．4 語義匹配能量模型 99
7．3．5 神經(jīng)張量網(wǎng)絡(luò)模型 99
7．3．6 ConvE 模型 100
7．4 知識圖譜上的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 100
7．4．1 關(guān)系圖卷積網(wǎng)絡(luò) 100
7．4．2 帶權(quán)重的圖卷積編碼器 101
7．4．3 知識圖譜與圖注意力模型 102
7．4．4 圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)知識圖譜嵌入的結(jié)合：CompGCN 103
7．5 小結(jié) 103
第 8 章圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用 105
8．1 圖數(shù)據(jù)上的一般任務(wù) 105
8．1．1 節(jié)點分類 106
8．1．2 鏈路預(yù)測 106
8．1．3 圖分類 107
8．2 生化醫(yī)療相關(guān)的應(yīng)用 108
8．2．1 預(yù)測分子的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng) 108
8．2．2 圖生成模型與藥物發(fā)現(xiàn) 109
8．2．3 藥物/蛋白質(zhì)交互圖的利用 116
8．3 自然語言處理相關(guān)的應(yīng)用 117
8．4 推薦系統(tǒng)上的應(yīng)用 121
8．5 計算機視覺相關(guān)的應(yīng)用 123
8．6 其他應(yīng)用 124
8．7 小結(jié) 124
參考文獻 127