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2022 Fiscal Year Annual Research Report

グラフニューラルネットワークの理論解析と高速化

Research Project

Project/Area Number 21J22490
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

佐藤 竜馬  京都大学, 情報学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2024-03-31
Keywordsグラフニューラルネットワーク
Outline of Annual Research Achievements

本年度の主な研究成果は (1) グラフニューラルネットワークの表現能力に対する理論研究を実施 (2) 最適輸送の教科書の執筆 (3) そのほか、推薦システムや単語埋め込みなどグラフと関連のある機械学習技術について国際学会に採択・発表の三点である。
(1) グラフニューラルネットワークはノード特徴量を受け取り、これをグラフ上で滑らかにすることで性能が得られると考えられてきた。ノード特徴量が利用できない場合のグラフニューラルネットワークの性能は理論的に解明されてこなかった。本研究では、ノード特徴量が利用できない場合であっても、グラフニューラルネットワークはグラフ構造を表すノード特徴量を自力で生み出し、これを元に予測を行なうことができることを示した。本研究は国際学会に投稿中である。
(2) 最適輸送の教科書『最適輸送の理論とアルゴリズム(講談社)』を執筆・出版した。最適輸送はグラフプーリング等にも使われグラフニューラルネットワークとも関係の深い分野である。また、木上の最適輸送やネットワークフローなどグラフに直接関係するトピックについても教科書中で解説した。
(3) 推薦システム・検索システム・最適輸送・単語埋め込み・因果推論についての論文が計 7 本国際会議に採択され、1 本ジャーナルに採択された。そのうち Word Tour: One-dimensional Word Embeddings via the Traveling Salesman Problem という論文では巡回セールスマン問題というグラフ上の問題を用いて一次元単語埋め込みを計算する手法を提案したほか、Towards Principled User-side Recommender Systems では重みなし k-NN グラフの復元理論を用いてユーザーサイド推薦システムの理論的な解析を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の第一に挙げた "Graph Neural Networks can Recover the Hidden Features Solely from the Graph Structure" は既存のグラフニューラルネットワークの常識を打ち破る新たな理論を打ち立てることに成功した。グラフニューラルネットワークの理論解析という本研究課題に直接繋がる大きな成果といえる。

Strategy for Future Research Activity

現在投稿中の論文 "Graph Neural Networks can Recover the Hidden Features Solely from the Graph Structure" を国際会議で発表し、研究成果の普及に努めるほか、国内外の研究者とディスカッションを行い、この新たに見つかったグラフニューラルネットワークの特性をさらに推し進める方向性を模索したい。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Approximating 1-Wasserstein Distance with Trees2022

    • Author(s)
      Makoto Yamada, Yuki Takezawa, Ryoma Sato, Han Bao, Zornitsa Kozareva, Sujith Ravi:
    • Journal Title

      Transactions on Machine Learning Research

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Constant Time Graph Neural Networks2022

    • Author(s)
      Sato Ryoma、Yamada Makoto、Kashima Hisashi
    • Journal Title

      ACM Transactions on Knowledge Discovery from Data

      Volume: 16 Pages: 1~31

    • DOI

      10.1145/3502733

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Poincare: Recommending Publication Venues via Treatment Effect Estimation2022

    • Author(s)
      Sato Ryoma、Yamada Makoto、Kashima Hisashi
    • Journal Title

      Journal of Informetrics

      Volume: 16 Pages: 101283~101283

    • DOI

      10.1016/j.joi.2022.101283

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Active Learning from the Web2023

    • Author(s)
      Ryoma Sato
    • Organizer
      The Web Conference (WWW)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards Principled User-side Recommender Systems2022

    • Author(s)
      Ryoma Sato
    • Organizer
      ACM International Conference on Information and Knowledge Management (CIKM)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CLEAR: A Fully User-side Image Search System2022

    • Author(s)
      Ryoma Sato
    • Organizer
      ACM International Conference on Information and Knowledge Management (CIKM)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Twin Papers: A Simple Framework of Causal Inference for Citations via Coupling2022

    • Author(s)
      Ryoma Sato, Makoto Yamada, Hisashi Kashima
    • Organizer
      ACM International Conference on Information and Knowledge Management (CIKM)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Feature Robust Optimal Transport for High-dimensional Data2022

    • Author(s)
      Mathis Petrovich, Chao Liang, Ryoma Sato, Yanbin Liu, Yao-Hung Hubert Tsai, Linchao Zhu, Yi Yang, Ruslan Salakhutdinov, Makoto Yamada
    • Organizer
      European Conference on Machine Learning and Principles and Practice of Knowledge Discovery in Databases (ECML-PKDD)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Re-evaluating Word Mover’s Distance2022

    • Author(s)
      Ryoma Sato, Makoto Yamada, Hisashi Kashima
    • Organizer
      International Conference on Machine Learning (ICML)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Word Tour: One-dimensional Word Embeddings via the Traveling Salesman Problem2022

    • Author(s)
      Ryoma Sato
    • Organizer
      Annual Conference of the North American Chapter of the Association for Computational Linguistics (NAACL)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Private Recommender Systems: How Can Users Build Their Own Fair Recommender Systems without Log Data?2022

    • Author(s)
      Ryoma Sato
    • Organizer
      SIAM International Conference on Data Mining (SDM)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Private Recommender Systems: How Can Users Build Their Own Fair Recommender Systems without Log Data?2022

    • Author(s)
      佐藤竜馬
    • Organizer
      日本ソフトウェア科学会
    • Invited
  • [Book] 最適輸送の理論とアルゴリズム2023

    • Author(s)
      佐藤 竜馬
    • Total Pages
      320
    • Publisher
      講談社
    • ISBN
      4065305144

URL: 

Published: 2023-12-25  

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