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  • 全新正版 图神经网络:基础、前沿与应用 吴凌飞 崔鹏 裴健 赵亮  编 9787115598721 人民邮电
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  • ISBN:    9787115598721
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      第 一部分 引言
      第 1章 表征学习  2
      1.1 导读  2
      1.2 不同领域的表征学习  3
      1.2.1 用于图像处理的表征学习  3
      1.2.2 用于语音识别的表征学习  5
      1.2.3 用于自然语言处理的表征学习  7
      1.2.4 用于网络分析的表征学习  8
      1.3 小结  9
      第 2章 图表征学习  11
      2.1 导读  11
      2.2 传统图嵌入方法  12
      2.3 现代图嵌入方法  13
      2.3.1 保留图结构和属性的图表征学习  13
      2.3.2 带有侧面信息的图表征学习  15
      2.3.3 保留高级信息的图表征学习  15
      2.4 图神经网络  16
      2.5 小结  17
      第3章 图神经网络  18
      3.1 导读  18
      3.2 图神经网络概述  19
      3.2.1 图神经网络基础  19
      3.2.2 图神经网络前沿  20
      3.2.3 图神经网络应用  22
      3.2.4 本书组织结构  23
      3.3 小结  24
      第二部分 基础
      第4章 用于节点分类的图神经网络  28
      4.1 背景和问题定义  28
      4.2 有监督的图神经网络  29
      4.2.1 图神经网络的一般框架  29
      4.2.2 图卷积网络  30
      4.2.3 图注意力网络  32
      4.2.4 消息传递神经网络  33
      4.2.5 连续图神经网络  33
      4.2.6 多尺度谱图卷积网络  35
      4.3 无监督的图神经网络  37
      4.3.1 变分图自编码器  37
      4.3.2 深度图信息最大化  39
      4.4 过平滑问题  41
      4.5 小结  42
      第5章 图神经网络的表达能力  44
      5.1 导读  44
      5.2 图表征学习和问题的提出  47
      5.3 强大的消息传递图神经网络  49
      5.3.1 用于集合的神经网络  49
      5.3.2 消息传递图神经网络  50
      5.3.3 MP-GNN的表达能力  51
      5.3.4 具有1-WL测试能力的MP-GNN  53
      5.4 比1-WL测试更强大的图神经网络架构  54
      5.4.1 MP-GNN的局限性  54
      5.4.2 注入随机属性  56
      5.4.3 注入确定性距离属性  61
      5.4.4 建立高阶图神经网络  65
      5.5 小结  69
      第6章 图神经网络的可扩展性  71
      6.1 导读  71
      6.2 引言  72
      6.3 抽样范式  72
      6.3.1 节点级抽样  74
      6.3.2 层级抽样  76
      6.3.3 图级抽样  79
      6.4 大规模图神经网络在推荐系统中的应用  82
      6.4.1 物品-物品推荐  82
      6.4.2 用户-物品推荐  83
      6.5 未来的方向  84
      第7章 图神经网络的可解释性  86
      7.1 背景:深度模型的可解释性  86
      7.1.1 可解释性和解释的定义  86
      7.1.2 解释的价值  87
      7.1.3 传统的解释方法  88
      7.1.4 机遇与挑战  90
      7.2 图神经网络的解释方法  90
      7.2.1 背景  91
      7.2.2 基于近似的解释  92
      7.2.3 基于相关性传播的解释  95
      7.2.4 基于扰动的解释  96
      7.2.5 生成式解释  97
      7.3 图神经网络的可解释模型  97
      7.3.1 基于GNN的注意力模型  98
      7.3.2 图上的解耦化表征学习  100
      7.4 图神经网络解释的评估  101
      7.4.1 基准数据集  101
      7.4.2 评价指标  103
      7.5 未来的方向  103
      第8章 图神经网络的对抗鲁棒性  105
      8.1 动机  105
      8.2 图神经网络的局限性:对抗性样本  107
      8.2.1 对抗性攻击的分类  107
      8.2.2 扰动的影响和一些启示  110
      8.2.3 讨论和未来的方向  112
      8.3 可证明的鲁棒性:图神经网络的认证  113
      8.3.1 特定模型的认证  113
      8.3.2 模型无关的认证  115
      8.3.3 高级认证和讨论  116
      8.4 提高图神经网络的鲁棒性  117
      8.4.1 改进图  117
      8.4.2 改进训练过程  118
      8.4.3 改进图神经网络的架构  120
      8.4.4 讨论和未来的方向  121
      8.5 从鲁棒性的角度进行适当评估  122
      8.6 小结  124
      第三部分 前沿
      第9章 图分类  128
      9.1 导读  128
      9.2 用于图分类的图神经网络:典型工作和现代架构  129
      9.2.1 空间方法  129
      9.2.2 频谱方法  132
      9.3 池化层:从节点级输出学习图级输出  133
      9.3.1 基于注意力的池化层  134
      9.3.2 基于聚类的池化层  134
      9.3.3 其他池化层  134
      9.4 图神经网络和高阶层在图分类中的局限性  135
      9.5 图神经网络在图分类中的应用  137
      9.6 基准数据集  137
      9.7 小结  138
      第 10章 链接预测  139
      10.1 导读  139
      10.2 传统的链接预测方法  140
      10.2.1 启发式方法  140
      10.2.2 潜在特征方法  143
      10.2.3 基于内容的方法  145
      10.3 基于GNN的链接预测方法  145
      10.3.1 基于节点的方法  145
      10.3.2 基于子图的方法  147
      10.3.3 比较基于节点的方法和基于子图的方法  150
      10.4 链接预测的理论  151
      10.4.1 γ–衰减启发式理论  151
      10.4.2 贴标签技巧  155
      10.5 未来的方向  158
      10.5.1 加速基于子图的方法  158
      10.5.2 设计更强大的贴标签技巧  159
      10.5.3 了解何时使用独热特征  159
      第 11章 图生成  160
      11.1 导读  160
      11.2 经典的图生成模型  160
      11.2.1 Erd s-Rényi模型  161
      11.2.2 随机块模型  162
      11.3 深度图生成模型  163
      11.3.1 表征图  163
      11.3.2 变分自编码器方法  164
      11.3.3 深度自回归方法  168
      11.3.4 生成对抗网络方法  174
      11.4 小结  178
      第 12章 图转换  179
      12.1 图转换问题的形式化  179
      12.2 节点级转换  180
      12.2.1 节点级转换的定义  180
      12.2.2 交互网络  180
      12.2.3 时空卷积循环神经网络  181
      12.3 边级转换  182
      12.3.1 边级转换的定义  182
      12.3.2 图转换生成对抗网络  183
      12.3.3 多尺度图转换网络  184
      12.3.4 图转换策略网络  185
      12.4 节点-边共转换  186
      12.4.1 节点-边共转换的定义  186
      12.4.2 基于编辑的节点-边共转换  190
      12.5 其他基于图的转换  193
      12.5.1 序列到图的转换  193
      12.5.2 图到序列的转换  194
      12.5.3 上下文到图的转换  195
      12.6 小结  196
      第 13章 图匹配  197
      13.1 导读  197
      13.2 图匹配学习  198
      13.2.1 问题的定义  199
      13.2.2 基于深度学习的图匹配模型  200
      13.2.3 基于GNN的图匹配模型  201
      13.3 图相似性学习  205
      13.3.1 问题的定义  205
      13.3.2 图-图回归任务  206
      13.3.3 图-图分类任务  209
      13.4 小结  210
      第 14章 图结构学习  211
      14.1 导读  211
      14.2 传统的图结构学习  212
      14.2.1 无监督图结构学习  212
      14.2.2 有监督图结构学习  214
      14.3 图神经网络的图结构学习  215
      14.3.1 图结构和表征的联合学习  216
      14.3.2 与其他问题的联系  225
      14.4 未来的方向  226
      14.4.1 鲁棒的图结构学习  226
      14.4.2 可扩展的图结构学习  226
      14.4.3 异质图的图结构学习  227
      14.5 小结  227
      第 15章 动态图神经网络  228
      15.1 导读  228
      15.2 背景和表示法  229
      15.2.1 图神经网络  229
      15.2.2 序列模型  230
      15.2.3 编码器-解码器框架和模型训练  233
      15.3 动态图的类型  233
      15.3.1 离散型与连续型  234
      15.3.2 演变类型  235
      15.3.3 预测问题、内插法和外推法  235
      15.4 用图神经网络对动态图进行建模  236
      15.4.1 将动态图转换为静态图  236
      15.4.2 用于DTDG的图神经网络  238
      15.4.3 用于CTDG的图神经网络  240
      15.5 应用  242
      15.5.1 基于骨架的人类活动识别  243
      15.5.2 交通预测  244
      15.5.3 时序知识图谱补全  245
      15.6 小结  247
      第 16章 异质图神经网络  248
      16.1 HGNN简介  248
      16.1.1 HG的基本概念  249
      16.1.2 异质性给HG嵌入带来的独特挑战  250
      16.1.3 对HG嵌入最新发展的简要概述  251
      16.2 浅层模型  251
      16.2.1 基于分解的方法  252
      16.2.2 基于随机游走的方法  253
      16.3 深度模型  254
      16.3.1 基于消息传递的方法  254
      16.3.2 基于编码器-解码器的方法  257
      16.3.3 基于对抗的方法  257
      16.4 回顾  259
      16.5 未来的方向  259
      16.5.1 结构和属性保存  259
      16.5.2 更深入的探索  260
      16.5.3 可靠性  260
      16.5.4 应用  261
      第 17章 自动机器学习  262
      17.1 背景  262
      17.1.1 AutoGNN的表示法  264
      17.1.2 AutoGNN的问题定义  264
      17.1.3 AutoGNN的挑战  265
      17.2 搜索空间  265
      17.2.1 架构搜索空间  266
      17.2.2 训练超参数搜索空间  268
      17.2.3 高效的搜索空间  269
      17.3 搜索算法  269
      17.3.1 随机搜索  269
      17.3.2 进化搜索  270
      17.3.3 基于强化学习的搜索  270
      17.3.4 可微搜索  271
      17.3.5 高效的表现评估  272
      17.4 未来的方向  273
      第 18章 自监督学习  275
      18.1 导读  275
      18.2 自监督学习概述  276
      18.3 将SSL应用于图神经网络:对训练策略、损失函数和代理任务进行分类  277
      18.3.1 训练策略  278
      18.3.2 损失函数  281
      18.3.3 代理任务  283
      18.4 节点级代理任务  283
      18.4.1 基于结构的节点级代理任务  284
      18.4.2 基于特征的节点级代理任务  285
      18.4.3 混合代理任务  285
      18.5 图级代理任务  287
      18.5.1 基于结构的图级代理任务  287
      18.5.2 基于特征的图级代理任务  291
      18.5.3 混合代理任务  291
      18.6 节点-图级代理任务  293
      18.7 讨论  294
      18.8 小结  295
      第四部分 广泛和新兴的应用
      第 19章 现代推荐系统中的图神经网络  298
      19.1 图神经网络在推荐系统中的实践  298
      19.1.1 简介  298
      19.1.2 预测用户-物品偏好的经典方法  302
      19.1.3 用户-物品推荐系统中的物品推荐:二分图的视角  302
      19.2 案例研究1:动态的GNN学习  304
      19.2.1 动态序贯图  304
      19.2.2 DSGL  304
      19.2.3 模型预测  307
      19.2.4 实验和讨论  308
      19.3 案例研究2:设备-云协作的GNN学习  309
      19.3.1 提议的框架  309
      19.3.2 实验和讨论  312
      19.4 未来的方向  313
      第 20章 计算机视觉中的图神经网络  315
      20.1 导读  315
      20.2 将视觉表征为图  316
      20.2.1 视觉节点表征  316
      20.2.2 视觉边表征  317
      20.3 案例研究1:图像  318
      20.3.1 物体检测  318
      20.3.2 图像分类  319
      20.4 案例研究2:视频  320
      20.4.1 视频动作识别  320
      20.4.2 时序动作定位  322
      20.5 其他相关工作:跨媒体  322
      20.5.1 视觉描述  322
      20.5.2 视觉问答  323
      20.5.3 跨媒体检索  324
      20.6 图神经网络在计算机视觉中的前沿问题  324
      20.6.1 用于计算机视觉的高级图神经网络  325
      20.6.2 图神经网络在计算机视觉中的更广泛应用  325
      20.7 小结  326
      第 21章 自然语言处理中的图神经网络  327
      21.1 导读  327
      21.2 将文本建模为图  329
      21.2.1 自然语言处理中的图表征  329
      21.2.2 从图的角度完成自然语言处理任务  330
      21.3 案例研究1:基于图的文本聚类和匹配  332
      21.3.1 基于图聚类的热点事件发现和组织  332
      21.3.2 使用图分解和卷积进行长文档匹配  333
      21.4 案例研究2:基于图的多跳阅读理解  335
      21.5 未来的方向  338
      21.6 小结  339
      第 22章 程序分析中的图神经网络  341
      22.1 导读  341
      22.2 程序分析中的机器学习  342
      22.3 程序的图表征  343
      22.4 用于程序图的图神经网络  345
      22.5 案例研究1:检测变量误用缺陷  346
      22.6 案例研究2:预测动态类型化语言中的类型  348
      22.7 未来的方向  350
      第 23章 软件挖掘中的图神经网络  352
      23.1 导读  352
      23.2 将软件建模为图  353
      23.2.1 宏观与微观层面的表征  353
      23.2.2 将宏观和微观层面的表征结合起来  354
      23.3 相关的软件挖掘任务  355
      23.4 软件挖掘任务实例:源代码总结  357
      23.4.1 基于GNN的源代码总结快速入门  357
      23.4.2 改进的方向  363
      23.5 小结  364
      第 24章 药物开发中基于图神经网络的生物医学知识图谱挖掘  366
      24.1 导读  366
      24.2 现有的生物医学知识图谱  367
      24.3 知识图谱的推理  369
      24.3.1 传统的KG推理技术  370
      24.3.2 基于GNN的KG推理技术  371
      24.4 药物开发中基于KG的假设生成  374
      24.4.1 基于KG的药物再利用的机器学习框架  374
      24.4.2 基于KG的药物再利用在COVID-19中的应用  375
      24.5 未来的方向  376
      24.5.1 KG质量控制  376
      24.5.2 可扩展的推理  377
      24.5.3 KG与其他生物医学数据的结合  378
      第 25章 预测蛋白质功能和相互作用的图神经网络  383
      25.1 从蛋白质的相互作用到功能简介  383
      25.1.1 登上舞台:蛋白质-蛋白质相互作用网络  384
      25.1.2 问题形式化、假设和噪声:从历史的视角  384
      25.1.3 浅层机器学习模型  385
      25.1.4 好戏上演:图神经网络  386
      25.2 三个典型的案例研究  387
      25.2.1 案例研究1:蛋白质-蛋白质和蛋白质-药物相互作用的预测  387
      25.2.2 案例研究2:蛋白质功能和功能重要的残差的预测  389
      25.2.3 案例研究3:使用图自编码器从生物网络的表征中学习多关系链接预测  391
      25.3 未来的方向  393
      第 26章 异常检测中的图神经网络  395
      26.1 导读  395
      26.2 基于GNN的异常检测的问题  397
      26.2.1 特定于数据的问题  397
      26.2.2 特定于任务的问题  399
      26.2.3 特定于模型的问题  399
      26.3 流水线  400
      26.3.1 图的构建和转换  400
      26.3.2 图表征学习  401
      26.3.3 预测  402
      26.4 分类法  403
      26.5 案例研究  404
      26.5.1 案例研究1:用于恶意账户检测的图嵌入  404
      26.5.2 案例研究2:基于层次注意力机制的套现用户检测  404
      26.5.3 案例研究3:用于恶意程序检测的注意力异质图神经网络  405
      26.5.4 案例研究4:通过图神经网络学习程序表征和相似性度量的图匹配框架,用于检测未知的恶意程序  406
      26.5.5 案例研究5:使用基于注意力的时间GCN进行动态图的异常检测  408
      26.5.6 案例研究6:使用GAS进行垃圾评论检测  408
      26.6 未来的方向  409
      第 27章 智慧城市中的图神经网络  410
      27.1 用于智慧城市的图神经网络  410
      27.1.1 导读  410
      27.1.2 图神经网络在智慧城市中的应用场景  411
      27.1.3 将城市系统表征为图  413
      27.1.4 案例研究1:图神经网络在交通和城市规划中的应用  415
      27.1.5 案例研究2:图神经网络在城市事件和异常情况预测中的应用  417
      27.1.6 案例研究3:图神经网络在城市人类行为分析中的应用  417
      27.2 未来的方向  419
      参考文献  420

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