Network Controllability Perspectives on Graph Representation

计算机科学 可控性 理论计算机科学 图形 利用 网络可控性 子空间拓扑 拓扑图论 编码 图形属性 人工智能 电压图 数学 中心性 折线图 中间性中心性 组合数学 基因 生物化学 计算机安全 化学 应用数学
作者
Anwar Said,Obaid Ullah Ahmad,Waseem Abbas,Mudassir Shabbir,Xenofon Koutsoukos
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [IEEE Computer Society]
卷期号:: 1-12 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tkde.2023.3331318
摘要

Graph representations in fixed dimensional feature space are vital in applying learning tools and data mining algorithms to perform graph analytics. Such representations must encode the graph's topological and structural information at the local and global scales without posing significant computation overhead. This paper employs a unique approach grounded in networked control system theory to obtain expressive graph representations with desired properties. We consider graphs as networked dynamical systems and study their controllability properties to explore the underlying graph structure. The controllability of a networked dynamical system profoundly depends on the underlying network topology, and we exploit this relationship to design novel graph representations using controllability Gramian and related metrics. We discuss the merits of this new approach in terms of the desired properties (for instance, permutation and scale invariance) of the proposed representations. Our evaluation of various benchmark datasets in the graph classification framework demonstrates that the proposed representations either outperform (sometimes by more than 6 results to the state-of-the-art embeddings.

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