論文資訊

論文標題：MGAE: Masked Autoencoders for Self-Supervised Learning on Graphs
論文作者：Qiaoyu Tan, Ninghao Liu, Xiao Huang, Rui Chen, Soo-Hyun Choi, Xia Hu
論文來源：2022, ArXiv
論文地址：download
論文程式碼：download

1 Introduction

　　MAE 在圖上的應用。

2 Method

　　整體框架：

2.1 Encoder

　　本文的掩藏目標是隨機掩藏一部分（30%）邊，然後考慮 GCN、GraphSage 作為主幹網路提取特徵資訊，對於被掩藏的邊將通過 Decoder 訓練得到。

　　掩藏策略：

- Undirected masking：將圖看成無向圖，刪除 $(u,v)$ 之間的邊，對應於 $A$ 中的兩條邊；
- Directed masking：將圖看成有向圖，刪除 $(u,v)$ 之間的邊，對應於 $A$ 中的一條有向邊；

　　注意：上述兩種策略邊掩藏率是設定一樣的。

2.2 Cross-correlation decoder

　　由於Encoder 採用的是基於訊息傳遞機制的 Encoder，所以最終只得到被保留部分的節點潛在嵌入。

　　Encoder $K$ 層傳播結構共生成的保留節點嵌入矩陣 $\left\{\mathbf{H}^{(1)}, \mathbf{H}^{(2)}, \cdots, \mathbf{H}^{(K)}\right\}$，對於存在的保留節點進行 cross-correlations 操作，即

　　　　$\mathbf{h}_{e_{v, u}}=\|_{k, j=1}^{K} \mathbf{h}_{v}^{(k)} \odot \mathbf{h}_{u}^{(j)}$

　　其中：

- $\|$ 表示連線；
- $\odot$ 表示元素乘法；
- $\mathbf{h}_{e_{v, u}} \in \mathbb{R}^{d K^{2}}$ 表示節點 $v$ 和節點 $u$ 之間的交叉表示，分別考慮它們的 $k$ 階鄰域和 $j$ 階鄰域；

　　為避免過於複雜，通常 $K=2$。

　　假設剩餘的節點有 $m$ 個，那麼輸入到對應的 MLP Decoder 的將有 $m(m-1)$ （無向圖）個特徵向量，最終預測 $(u,v)$ 直接邊存在的概率通過下式生成：

　　　　$y_{v, u}=\operatorname{MLP}\left(\mathbf{h}_{v}^{(K)}, \mathbf{h}_{u}^{(K)}\right)$

2.3 Reconstruction target

　　MGAE解碼器，只重建掩碼的邊，目標函式如下：

　　　　$\mathcal{L}=-\sum\limits _{(v, u) \in \mathcal{E}_{\text {mask }}} \log \frac{\exp \left(\mathbf{y}_{v u}\right)}{\sum_{z \in \mathcal{V}} \exp \left(\mathbf{y}_{v z}\right)}$

　　為加速訓練，本文采用負取樣策略。