作品简介

这是一本从原理、算法、实现、应用4个维度详细讲解图神经网络的著作,在图神经网络领域具有重大的意义。

本书作者是图神经网络领域的资深技术专家,作者所在的公司极验也是该领域的领先者。本书是作者和极验多年研究与实践经验的总结,内容系统、扎实、深入浅出,得到了白翔、俞栋等多位学术界和企业界领军人物的高度评价及强烈推荐。

全书共10章:

第1~4章全面介绍了图、图数据、卷积神经网络以及表示学习等基础知识,是阅读本书的预备知识;

第5~6章从理论的角度出发,讲解了图信号处理和图卷积神经网络,深入剖析了图卷积神经网络的性质,并提供了GCN实现节点分类的实例;

第7~9章全面讲解了图神经网络的各种变体及范式、图分类机制及其实践,以及基于GNN的图表示学习;

第10章介绍了图神经网络的*研究和应用。

刘忠雨,毕业于华中科技大学,资深图神经网络技术专家,极验科技人工智能实验室主任和首席技术官。在机器学习、深度学习以及图学习领域有6年以上的算法架构和研发经验,主导研发了极验行为验证、深知业务风控、叠图等产品,极验科技目前服务于全球26万家企业。

李彦霖,毕业于武汉大学,极验人工智能实验室技术专家。一直从事机器学习、深度学习、图学习领域的研究工作。在深度神经网络算法研发、图神经网络在计算机视觉以及风控中的应用等领域实践经验丰富。

周洋,工学博士,毕业于武汉大学,目前在华中师范大学任教。曾受邀到北卡罗莱纳大学访学,长期在大数据挖掘前沿领域进行探索和研究,并应用于地理时空大数据、交通地理等诸多方向,已发表SCI&SSCI及核心期刊论文10余篇。

作品目录

  • 前言
  • 第1章 图的概述
  • 1.1 图的基本定义
  • 1.1.1 图的基本类型
  • 1.1.2 邻居和度
  • 1.1.3 子图与路径
  • 1.2 图的存储与遍历
  • 1.2.1 邻接矩阵与关联矩阵
  • 1.2.2 图的遍历
  • 1.3 图数据的应用场景
  • 1.4 图数据深度学习
  • 第2章 神经网络基础
  • 2.1 机器学习基本概念
  • 2.1.1 机器学习分类
  • 2.1.2 机器学习流程概述
  • 2.1.3 常见的损失函数
  • 2.1.4 梯度下降算法
  • 2.2 神经网络
  • 2.2.1 神经元
  • 2.2.2 多层感知器
  • 2.3 激活函数
  • 2.3.1 S型激活函数
  • 2.3.2 ReLU及其变种
  • 2.4 训练神经网络
  • 2.4.1 神经网络的运行过程
  • 2.4.2 反向传播
  • 2.4.3 优化困境
  • 第3章 卷积神经网络
  • 3.1 卷积与池化
  • 3.1.1 信号处理中的卷积
  • 3.1.2 深度学习中的卷积操作
  • 3.1.3 池化
  • 3.2 卷积神经网络
  • 3.2.1 卷积神经网络的结构
  • 3.2.2 卷积神经网络的特点
  • 3.3 特殊的卷积形式
  • 3.1.1 1×1卷积
  • 3.3.2 转置卷积
  • 3.3.3 空洞卷积
  • 3.3.4 分组卷积
  • 3.3.5 深度可分离卷积
  • 3.4 卷积网络在图像分类中的应用
  • 3.4.1 VGG
  • 3.4.2 Inception系列
  • 3.4.3 ResNet
  • 第4章 表示学习
  • 4.1 表示学习
  • 4.1.1 表示学习的意义
  • 4.1.2 离散表示与分布式表示
  • 4.1.3 端到端学习是一种强大的表示学习方法
  • 4.2 基于重构损失的方法—自编码器
  • 4.2.1 自编码器
  • 4.2.2 正则自编码器
  • 4.2.3 变分自编码器
  • 4.3 基于对比损失的方法—Word2vec
  • 第5章 图信号处理与图卷积神经网络
  • 5.1 矩阵乘法的三种方式
  • 5.2 图信号与图的拉普拉斯矩阵
  • 5.3 图傅里叶变换
  • 5.4 图滤波器
  • 5.4.1 空域角度
  • 5.4.2 频域角度
  • 5.5 图卷积神经网络
  • 5.6 GCN实战
  • 第6章 GCN的性质
  • 6.1 GCN与CNN的联系
  • 6.2 GCN能够对图数据进行端对端学习
  • 6.3 GCN是一个低通滤波器
  • 6.4 GCN的问题—过平滑
  • 第7章 GNN的变体与框架
  • 7.1 GraphSAGE
  • 7.1.1 采样邻居
  • 7.1.2 聚合邻居
  • 7.1.3 GraphSAGE算法过程
  • 7.2 GAT
  • 7.2.1 注意力机制
  • 7.2.2 图注意力层
  • 7.2.3 多头图注意力层
  • 7.3 R-GCN
  • 7.3.1 知识图谱
  • 7.3.2 R-GCN
  • 7.4 GNN的通用框架
  • 7.4.1 MPNN
  • 7.4.2 NLNN
  • 7.4.3 GN
  • 7.5 GraphSAGE实战
  • 第8章 图分类
  • 8.1 基于全局池化的图分类
  • 8.2 基于层次化池化的图分类
  • 8.2.1 基于图坍缩的池化机制
  • 8.2.2 基于TopK的池化机制
  • 8.2.3 基于边收缩的池化机制
  • 8.3 图分类实战
  • 第9章 基于GNN的图表示学习
  • 9.1 图表示学习
  • 9.2 基于GNN的图表示学习
  • 9.2.1 基于重构损失的GNN
  • 9.2.2 基于对比损失的GNN
  • 9.3 基于图自编码器的推荐系统
  • 第10章 GNN的应用简介
  • 10.1 GNN的应用简述
  • 10.2 GNN的应用案例
  • 10.2.1 3D视觉
  • 10.2.2 基于社交网络的推荐系统
  • 10.2.3 视觉推理
  • 10.3 GNN的未来展望
  • 附录A 符号声明
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