node2vec (上)

作者: zidea | 来源:发表于2020-07-17 20:55 被阅读0次
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​可能大家对嵌入(embedding)词了解都是来源 NLP。

最近一直在做模型构建和训练的工作,今天大家都过于相信深度神经网,只要将数据丢给他,让模型通过自己不断努力学习来取得好的结果。如果将低质量的数据输入到模型中时,将所有工作都压在了模型上,相信模型自己会从数据中学到有用信息来取得的好的效果。虽然这样做也是可行的。但想一想我们为什么不再数据上下一些功夫,将高质量数据输入给模型以减轻他但工作,您已经在数据中添加了一些有用的信息便于模型更轻松地学到东西。



这样我们自然会想到 embedding ,通过 embedding 将数据进行压缩且保留有用信息以外,还添加数据间的关系的信息。这也就是我们为什么需要对数据输入到网络前进行 embedding,embedding 可以是独立部分,也可以是我们设计神经网络的一部分。

嵌入过程

node2vec 过程类似于 skip-gram 模型,如果熟悉 word2vec 的 skip-gram 模型,应该很容易理解 node2vec 的算法。在 node2vec 之前,大家已经都了解到了如何使用 word2vec 来生产语料库。这也是 word2vec 的主要领域,虽然现在其他例如推荐系统也用到 embedding 技术。

既然这样,那么今天最好也是以 ndoe2vec 产生语料库为例来介绍 node2vec 。node2vec 可以从中生成这个语料库,node2vec 是如何做到这一点的呢?这也是作者的智慧所在,其实这是通过采样策略来实现的。

为了从输入图生成语料库,将语料库视为一组有向无环图。在句子中每一个词可以看作一个节点,连接节点线具有方向,指向句子中的下一个单词。

这样就已经使用 word2vec 完成了词嵌入到图,不过,大多数图并不是那么简单,可以是有(或无)方向、有(或无)加权或循环的,并且结构上比文本基本上复杂得多。为了解决这个问题,node2vec 使用可调整的(通过超参数)采样策略,来采样这些有向无环子图。是通过从图的每个节点生成随机游走来完成的。深入研究采样策略如何使用超参数生成这些子图之前,我们先将其可视化:

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采样策略

上面我们不止一次提到了采样策略,那么究竟什么是采样策略,以及如何使用采样策略来创建图,接下来我们就来深入研究一下。
Node2vec 的采样策略包括 4 个参数:

  • Number of walks(步数):从图中的每个节点生成的随机步数

  • Walk length(步行长度):每次随机游走中有多少个节点

  • P:返回上一个节点时超参数

  • Q:到下一个节点的超参数

前两个参数类似于 skip-gram 的参数 (context window 大小,迭代次数等),所以应该不用做过多解释了。用于生成随机游走的算法,将遍历图形中的每个节点,并将生成长度为<number of="" walk="" style="margin: 0px; padding: 0px;">的<walk length="" style="margin: 0px; padding: 0px;">随机游走。通过下图来帮助大家更好地理解 Q 和 P 这两个参数。
图中,从节点<t style="margin: 0px; padding: 0px;"> 到节点<v style="margin: 0px; padding: 0px;"> 的随机游走。</v></t></walk></number>

<number of="" walk="" style="margin: 0px; padding: 0px;"><walk length="" style="margin: 0px; padding: 0px;"></walk></number>

image

v 节点<v style="margin: 0px; padding: 0px;">到其相邻节点概率为 edge weight <edge weight="" style="margin: 0px; padding: 0px;">* α,其中 α 为超参数。P 为从 v </edge></v>返回到 t <t style="margin: 0px; padding: 0px;">的概率。Q 控制探索图的未发现节点(x1,x2 和 x3)的可能性。以一种直观的方式,这有点类似于 t-SNE 中的困惑参数,可以强调图的局部/全局结构。当然也不要忘了还要考虑权重,因此最终行驶概率是以下函数:</t>

  • 步行中的上一个节点

  • P和Q

  • 边缘重量

这部分内容很重要,因为是 node2vec 的本质,如果不完全了解采样策略背后的思想。使用采样策略。

在机器学习图数据几乎无处不在,但虽然 node2vec 算法现在还不那么流行,因为是基于图相信会有好的未来。该算法灵活性源于可以调整超参数,而且可以决定要嵌入哪种信息来构造适合不同场景的 node2vec。

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