预训练图神经网络中的负迁移问题及解决方案
核心观点
预训练图神经网络(GNN)在无标签数据学习方面具有潜力,但在下游任务中可能引发负迁移问题,近45.5%的下游任务受此影响。研究重点在于确定预训练时机和优化预训练策略。
研究路线与关键问题
- 预训练时机:现有研究集中于如何预训练,但未明确何时进行预训练。预训练需确保下游数据能从预训练中受益,即数据需能被预训练数据生成的图以高概率生成。
- 图生成器选择:关键在于如何获得合适的图生成器。方法包括:
- 输入空间:节点级(自我网络)和图级(如图分子)。
- 下游空间:发电机空间中所有由生成器生成的图。
W2PGNN 方法
- 预培训可行性定义:下游数据从发电机空间中生成图的概率。
- 可行性近似方法:
- 拓扑图基础:根据图拓扑结构分割并估计各部分。
- 域图基础:从不同域分割图并估计各部分。
- 实验结果:
- W2PGNN 估计的可行性在多数情况下排名最高。
- 可行性与最佳下游性能强正相关。
- W2PGNN 选择的预训练数据表现优于使用所有预训练数据。
大数据现象的诅咒
研究发现,对于预训练GNN,大量输入数据并非必要,甚至可能恶化泛化性能。大数据现象在图预训练中存在诅咒:更多训练样本和图数据集不一定会提升下游性能。
以数据为中心的优化策略
- 数据活动图预训练(APT):
- 图选择器:选择最具指导性的样本和图进行预训练。
- 协同进化:预训练模型与数据共同进化,通过预测不确定性反馈模型对数据的理解程度,优先加强不确定数据的训练。
- 实验结果:
- 节点分类任务中,模型在冻结和微调模式下分别提升9.94%和17.83%。
- 图分类任务中,模型在冻结和微调模式下分别提升7.2%和1.3%。
研究结论
- 负迁移问题:需注意预训练GNN的负迁移风险,明确预训练时机。
- 大数据诅咒:避免过度依赖大量数据,优化数据选择。
- 应用案例:
- 提供图预训练模型的应用范围。
- 评估预训练可行性。
- 选择最优预训练数据。