Distance Information Improves Heterogeneous Graph Neural Networks

计算机科学 编码 表现力 理论计算机科学 图形 节点(物理) 路径(计算) 人工神经网络 人工智能 生物化学 结构工程 基因 工程类 化学 程序设计语言
作者
Chuan Shi,Houye Ji,Zhiyuan Lu,Ye Tang,Pan Li,Cheng Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:36 (3): 1030-1043
标识
DOI:10.1109/tkde.2023.3300879
摘要

Heterogeneous graph neural network (HGNN) has shown superior performance and attracted considerable research interest. However, HGNN inherits the limitation of expressive power from GNN via learning $individual$ node embeddings based on their structural neighbors, largely ignoring the potential correlations between nodes and leading to sub-optimal performance. How to establish correlations among multiple node embeddings and improve the expressive power of HGNN is still an open problem. To solve the above problem, we propose a simple and effective technique called heterogeneous distance encoding (HDE) to fundamentally improve the expressive power of HGNN. Specifically, we define heterogeneous shortest path distance to describe the relative distance between nodes, and then jointly encode such distances for multiple nodes of interest to establish their correlation. By simply injecting the encoded correlation into the neighbor aggregating process, we can learn more expressive heterogeneous graph representations for downstream tasks. More importantly, the proposed HDE relies only on the graph structure and ensures the inductive ability of HGNN. We also propose an efficient HDE algorithm that can significantly reduce the computational overhead. Significant improvements on both transductive and inductive tasks over four real-world graphs demonstrate the effectiveness of HDE in improving the expressive power of HGNN.

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