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Núcleo gráfico

En minería de estructuras , un núcleo de grafos es una función de núcleo que calcula un producto interno en grafos . [1] Los núcleos de grafos pueden entenderse intuitivamente como funciones que miden la similitud de pares de grafos. Permiten que los algoritmos de aprendizaje kernelizados , como las máquinas de vectores de soporte, trabajen directamente en grafos, sin tener que hacer extracción de características para transformarlos en vectores de características de valor real y longitud fija . Encuentran aplicaciones en bioinformática , en quimioinformática (como un tipo de núcleos de moléculas [2] ) y en análisis de redes sociales . [1]

Los conceptos de núcleos de grafos existen desde 1999, cuando D. Haussler [3] introdujo los núcleos convolucionales en estructuras discretas. El término núcleos de grafos fue acuñado de manera más oficial en 2002 por RI Kondor y J. Lafferty [4] como núcleos en grafos, es decir, funciones de similitud entre los nodos de un único grafo, con el grafo de hipervínculos de la World Wide Web como una aplicación sugerida. En 2003, Gärtner et al. [5] y Kashima et al. [6] definieron los núcleos entre grafos. En 2010, Vishwanathan et al. dieron su marco unificado. [1] En 2018, Ghosh et al. [7] describieron la historia de los núcleos de grafos y su evolución a lo largo de dos décadas.

Aplicaciones

Se ha demostrado que el núcleo gráfico marginado permite predicciones precisas de la energía de atomización de pequeñas moléculas orgánicas. [8]

Ejemplos de núcleos

Un ejemplo de un núcleo entre grafos es el núcleo de paseo aleatorio [5] [6] , que conceptualmente realiza paseos aleatorios en dos grafos simultáneamente, luego cuenta la cantidad de caminos que fueron producidos por ambos paseos. Esto es equivalente a hacer paseos aleatorios en el producto directo del par de grafos, y a partir de esto, se puede derivar un núcleo que se puede calcular de manera eficiente. [1]

Otro ejemplo es el kernel de grafos Weisfeiler-Leman [9] , que calcula múltiples rondas del algoritmo Weisfeiler-Leman y luego calcula la similitud de dos grafos como el producto interno de los vectores de histogramas de ambos grafos. En esos vectores de histogramas, el kernel recopila la cantidad de veces que aparece un color en el grafo en cada iteración. Nótese que, en teoría, el kernel Weisfeiler-Leman tiene una dimensión infinita, ya que la cantidad de colores posibles asignados por el algoritmo Weisfeiler-Leman es infinita. Al restringirse a los colores que aparecen en ambos grafos, el cálculo sigue siendo factible.

Véase también

Referencias

  1. ^ abcd SVN Vishwanathan; Nicol N. Schraudolph; Risi Kondor; Karsten M. Borgwardt (2010). "Núcleos de grafos" (PDF) . Revista de investigación en aprendizaje automático . 11 : 1201–1242.
  2. ^ L. Ralaivola; SJ Swamidass; H. Saigo; P. Baldi (2005). "Núcleos de grafos para informática química". Redes neuronales . 18 (8): 1093–1110. doi :10.1016/j.neunet.2005.07.009. PMID  16157471.
  3. ^ Haussler, David (1999). Núcleos de convolución en estructuras discretas . CiteSeerX 10.1.1.110.638 . 
  4. ^ Risi Imre Kondor; John Lafferty (2002). Núcleos de difusión en gráficos y otros espacios de entrada discretos (PDF) . Proc. Int'l Conf. on Machine Learning (ICML).
  5. ^ por Thomas Gärtner; Peter A. Flach; Stefan Wrobel (2003). Sobre los núcleos de grafos: resultados de dureza y alternativas eficientes . Proc. la 16.ª Conferencia Anual sobre Teoría del Aprendizaje Computacional (COLT) y el 7.º Taller sobre núcleos. doi :10.1007/978-3-540-45167-9_11.
  6. ^ ab Hisashi Kashima; Koji Tsuda; Akihiro Inokuchi (2003). Núcleos marginalizados entre gráficos etiquetados (PDF) . Proc. la 20.ª Conferencia Internacional sobre Aprendizaje Automático (ICML).
  7. ^ Ghosh, Swarnendu; Das, Nibaran; Gonçalves, Teresa; Quaresma, Paulo; Kundu, Mahantapas (2018). "El viaje de los núcleos de grafos a través de dos décadas". Computer Science Review . 27 : 88–111. doi :10.1016/j.cosrev.2017.11.002.
  8. ^ Yu-Hang Tang; Wibe A. de Jong (2019). "Predicción de la energía de atomización utilizando el núcleo gráfico y el aprendizaje activo". The Journal of Chemical Physics . 150 (4): 044107. arXiv : 1810.07310 . Código Bibliográfico :2019JChPh.150d4107T. doi :10.1063/1.5078640. PMID  30709286.
  9. ^ Shervashidze, Nino, et al. "Núcleos de grafos de Weisfeiler-Lehman". Journal of Machine Learning Research 12.9 (2011).