Geometric deep learning
几何深度学习
基本信息
- 批准号:2248365
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2020
- 资助国家:英国
- 起止时间:2020 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Structures encountered in our everyday lives such as social networks, proteins and molecules, products sold online, and others are best interpreted as a graph due to the unique relationships between datapoints, such as the number of retweets between two users on Twitter or the type of bond between two atoms. As opposed to classical deep learning which was designed for Euclidean, more 'grid-like' geometry, graph machine learning (a subset of geometric deep learning) is a field of machine learning that takes advantage of additional non-Euclidean structure to improve models with applications in drug discovery, sociology and more.This project aims to enhance graph machine learning methods with ideas from differential geometry, the study of smooth shapes and manifolds. While early works in graph machine learning largely take inspiration from generalising existing deep learning models such as convolutional neural networks, differential geometry offers an orthogonal source of increasing sophistication due to its vast, and in this context largely unexplored, wealth of concepts and theoretical results established over many years. The first work in this project "Understanding over-squashing and bottlenecks on graph via curvature" uses new theoretical results on graphs based on Ricci curvature, a key concept from differential geometry, to design and evaluate a new pre-processing method on graphs that improved performance of existing graph neural networks on all datasets tested. Future works will include designing new model architectures using curvature to evolve how information travels across a graph alongside the model processes the features (a curvature-based neural network resembling a Beltrami flow), and extending existing differential equation-based graph models to use stochastic differential equations, allowing for the modelling of graph datasets that evolve randomly through time. All these directions of research are first-of-their-kind and form part of an exciting renaissance of using different geometries to expand the applications in which machine learning can be used.This project falls within the ESPRC Geometry and Topology research area under the Mathematical Sciences theme, as the novelty of the research has a solid footing in differential geometry and geometric deep learning. It also is likely to intersect with other themes, as we aim to directly apply powerful concepts from geometry to the world of machine learning to propose new, efficient methods and models in fields such as biology and sociology.
我们日常生活中遇到的结构,如社交网络、蛋白质和分子、在线销售的产品等,最好用图形来解释,因为数据点之间的独特关系,例如两个用户在Twitter上转发的次数或两个原子之间的键类型。与为欧几里德设计的经典深度学习不同,图形机器学习(几何深度学习的一个子集)是机器学习的一个领域,它利用额外的非欧几里德结构来改进模型,并将其应用于药物开发、社会学等领域。该项目旨在通过微分几何、光滑形状和流形的研究来增强图形机器学习方法。虽然图形机器学习的早期工作主要是从推广现有的深度学习模型(如卷积神经网络)中获得灵感,但微分几何提供了一个日益复杂的正交来源,因为它包含了多年建立的丰富的概念和理论结果,在这种背景下,这些概念和理论结果基本上是未经探索的。该项目的第一个工作是通过曲率了解图的过度挤压和瓶颈问题,利用基于微分几何的关键概念Ricci曲率的新的图理论结果来设计和评估一种新的图预处理方法,该方法在所有测试的数据集上改善了现有图神经网络的性能。未来的工作将包括利用曲率设计新的模型体系结构,以演变信息如何在模型处理特征的同时穿过图形(类似于Beltrami流的基于曲率的神经网络),以及将现有的基于微分方程的图形模型扩展到使用随机微分方程,从而允许对随时间随机演变的图形数据集进行建模。所有这些研究方向都是此类研究中的第一个,是使用不同几何来扩展机器学习应用的令人兴奋的复兴的一部分。该项目属于ESPRC几何和拓扑研究领域,主题为数学科学,因为该研究的新颖性在微分几何和几何深度学习方面有坚实的基础。它还可能与其他主题交叉,因为我们的目标是将来自几何的强大概念直接应用于机器学习的世界,以在生物学和社会学等领域提出新的、有效的方法和模型。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
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专利数量(0)
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