前言
這篇是我在閱讀論文:
Defferrard, Michaël, Xavier Bresson, and Pierre Vandergheynst. "Convolutional neural networks on graphs with fast localized spectral filtering." Advances in neural information processing systems 29 (2016).
其中的關鍵部分,關於如何設計Graph上的filter時學習整理的相關內容,因為這部分內容公式推導比較多,且是本論文的主要貢獻,所以單獨摘出。
背景
將CNN推廣到Graph的結構要經過三個過程:
- Design of localized convolutional filter on graph
- graph coarsening procedure that grpup together similar vertices
- graph pooling operation that trades spatial resolution for highter filter resolution
本文主要專注在過程一關於設計graph上的filter的問題。
設計卷積核主要有兩種方式,即spatial approach&spectral approach,但spectral有一些前人定義好的Operator,有更完善的數學定義。以下都是基於Spectral Graph theory。
Notation
undirected and connected graph
Graph Laplacian
where
where
where
The graph Fourier transform of a signal
and its inverse as:
Graph在空間域內無法直接得到好的卷積,在經過傅裡葉變換後,可以在Fourier domain對graph做一些諸如 filtering的操作。
Spectral filtering of graph signals
The convolution oprator on graph
where
本文的關鍵就在於如何設計這個
the parameter
而以上的設計存在兩個缺陷: 1. not localized in space 2. their learning complexity is in O(n), the dimensionlaity of the data.
所以作者又提出了一種Polynomial filter:
where the
儘管以上的Polynomial方案解決了一些問題,但其在對一個graph signal
其對應到這邊得到的filter with Cheybeshev polynomial:
where the parameter
這時我們回到我們的原始問題式(1),其可被重寫為:
where