グラフモデルのスケーリング法則:新しい視点
この研究は、モデルとデータのサイズがグラフモデルのパフォーマンスにどう影響するかを調べてるよ。
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目次
ディープラーニングは、ソーシャルネットワークや分子構造など、さまざまなタイプのグラフを分析するために欠かせないものになってるけど、こういった高度なモデルがスケールアップしたときの性能についてはあんまり知られてないんだ。この研究は、モデルのサイズやデータセットのサイズがグラフモデルのパフォーマンスにどう影響するかを見てるよ。
ニューラルスケーリング法則とは?
ニューラルスケーリング法則は、モデルのサイズやトレーニングデータのサイズを変えることでパフォーマンスがどう変わるかを理解する手助けをしてくれる。これらの法則には2つの主要な部分があるんだ:
- モデルスケーリング法則:モデルのサイズを大きくすると、パフォーマンスがどう変わるかを示してる。
- データスケーリング法則:トレーニングデータセットのサイズを増やすと、パフォーマンスがどう変わるかを示してる。
これらのスケーリング法則は、大きなモデルを構築し、小さなモデルに基づいてどれくらいのパフォーマンスを発揮できるかを予測するのに役立つよ。
グラフモデルにとってスケーリング法則が重要な理由
自然言語処理やコンピュータビジョンの分野では、スケーリング法則がモデルの改善に成功してるけど、グラフ機械学習ではそうじゃないんだ。グラフはその構造やサイズがユニークだから、他の分野の一般的なスケーリング法則を適用するのが難しい。
グラフのユニークな課題
グラフは形やサイズがめちゃくちゃ違うんだ。たとえば、あるグラフには数個の接続しかないかもしれないけど、別のは何千もあることもある。この不規則性のせいで、データセット内のグラフの数を単に数えるだけじゃ、サイズを効果的に測れないかもしれない。
グラフにおけるスケーリング法則の調査
この研究は、スケーリング法則がグラフに適用されるかどうかをテストすることから始まるよ。モデルサイズとデータセットサイズがパフォーマンスにどう影響するかを見てるし、モデルの深さを増やすことでパフォーマンスが変わることもわかった。これが他の分野と比べてグラフモデルにおいてユニークな役割を持ってるんだ。
モデルスケーリングの問題
モデルのサイズを大きくしてパフォーマンスを向上させようとすると、時々リターンが減少することがあるんだ。つまり、一定のサイズに達すると、モデルが大きくなりすぎてパフォーマンスが下がることがある。この低下はオーバーフィッティングが原因で、モデルがトレーニングデータをうまく学習しすぎて新しいデータには苦労するんだ。
モデルの深さとパフォーマンスの探求
深いモデルは異なるパフォーマンス指標を出すことがわかったよ。たとえば、層が多いモデルは、特定のタスクによっては浅いモデルよりも良いパフォーマンスを発揮したり、逆に悪くなったりすることがある。これは他の分野ではモデルの深さがスケーリング法則に大きな影響を与えなかったのと対照的だね。
データスケーリングのメトリックの見直し
トレーニングセットにどれだけのグラフがあるかを数える代わりに、エッジの総数を使うことを提案するよ。エッジの数はデータのボリュームをより正確に測るのに役立つし、各グラフがどれだけ複雑かを反映してるからね。
発見の応用
これらの洞察は、ノードの分類や接続の予測など、さまざまなグラフタスクに直接適用できるよ。エッジの総数をデータメトリックとして使うことで、さまざまなグラフタスクにおけるスケーリングの挙動を統一できるかもしれない。
研究の限界
私たちの発見にも限界があるんだ。たとえば、言語や画像データに比べて、グラフ用の大規模データセットにアクセスできないんだ。それに、私たちは主に教師あり学習に焦点を当ててて、すべての特徴が単一のカテゴリーにあると仮定していて、混合特徴タイプを考慮してないんだ。
結論と今後の研究
この調査を通じて、ニューラルスケーリング法則がグラフにも適用できることがわかったし、これらのモデルを効果的にスケールさせる方法についても明確な視点を提供できたよ。今後の研究では、大規模なデータセットや多様な特徴タイプの不足といった限界に対処することを見ていくべきだね。私たちの発見は、大きくて効果的なグラフモデルを開発するためのガイダンスを提供することを目指してるよ。
タイトル: Towards Neural Scaling Laws on Graphs
概要: Deep graph models (e.g., graph neural networks and graph transformers) have become important techniques for leveraging knowledge across various types of graphs. Yet, the neural scaling laws on graphs, i.e., how the performance of deep graph models changes with model and dataset sizes, have not been systematically investigated, casting doubts on the feasibility of achieving large graph models. To fill this gap, we benchmark many graph datasets from different tasks and make an attempt to establish the neural scaling laws on graphs from both model and data perspectives. The model size we investigated is up to 100 million parameters, and the dataset size investigated is up to 50 million samples. We first verify the validity of such laws on graphs, establishing proper formulations to describe the scaling behaviors. For model scaling, we identify that despite the parameter numbers, the model depth also plays an important role in affecting the model scaling behaviors, which differs from observations in other domains such as CV and NLP. For data scaling, we suggest that the number of graphs can not effectively measure the graph data volume in scaling law since the sizes of different graphs are highly irregular. Instead, we reform the data scaling law with the number of nodes or edges as the metric to address the irregular graph sizes. We further demonstrate that the reformed law offers a unified view of the data scaling behaviors for various fundamental graph tasks including node classification, link prediction, and graph classification. This work provides valuable insights into neural scaling laws on graphs, which can serve as an important tool for collecting new graph data and developing large graph models.
著者: Jingzhe Liu, Haitao Mao, Zhikai Chen, Tong Zhao, Neil Shah, Jiliang Tang
最終更新: 2024-11-29 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://arxiv.org/abs/2402.02054
ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2402.02054
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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