图神经网络：PyTorch geometric使用

       这次尝试在配置PyTorch geometric的时候出现了一些问题，常见的依赖包安装命令以及官网命令都出现了一些错误，于是在同学的帮助下更换了源完成了安装：

（在Anaconda Prompt中实现）

pip install torch==1.9.0+cpu torchvision==0.10.0+cpu torchaudio==0.9.0 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

pip install torch-scatter -f https://data.pyg.org/whl/torch-1.9.0+cpu.html
pip install torch-sparse -f https://data.pyg.org/whl/torch-1.9.0+cpu.html
pip install torch-cluster -f https://data.pyg.org/whl/torch-1.9.0+cpu.html
pip install torch-spline-conv -f https://data.pyg.org/whl/torch-1.9.0+cpu.html
pip install torch-geometric

         这次也意识到了安装虚拟环境的重要性，在以后的学习机器学习的过程中会更加注重这些。

PyCharm中选择虚拟环境

 一  图卷积基础原理 

  

 二  PyTorch geometric（PYG）

PyTorch Geometric已经包含有很多常见的基准数据集，包括：

• Cora：一个根据科学论文之间相互引用关系而构建的Graph数据集合，论文分为7类：Genetic_Algorithms，Neural_Networks，Probabilistic_Methods，Reinforcement_Learning，Rule_Learning，Theory，共2708篇；
• Citeseer：一个论文之间引用信息数据集，论文分为6类：Agents、AI、DB、IR、ML和HCI，共包含3312篇论文；
• Pubmed：生物医学方面的论文搜寻以及摘要数据集。

import torch
import torch.nn.functional as F
from torch_geometric.nn import MessagePassing
from torch_geometric.utils import add_self_loops, degree

# dataset
from torch_geometric.datasets import Planetoid
dataset = Planetoid(root='/tmp/Cora', name='Cora')


class GCNConv(MessagePassing):
    def __init__(self, in_channels, out_channels):
        super(GCNConv, self).__init__(aggr='add')
        self.lin = torch.nn.Linear(in_channels, out_channels)

    def forward(self, x, edge_index):

        # 1: 增加自连接到邻接矩阵
        edge_index, _ = add_self_loops(edge_index, num_nodes=x.size(0))

        # 2: 对节点的特征矩阵进行线性变换
        x = self.lin(x)

        # 3-5: Start propagating messages.
        return self.propagate(edge_index, size=(x.size(0), x.size(0)), x=x)

    def message(self, x_j, edge_index, size):

        # Step 3: Normalize node features.
        row, col = edge_index
        deg = degree(row, size[0], dtype=x_j.dtype)
        deg_inv_sqrt = deg.pow(-0.5)
        norm = deg_inv_sqrt[row] * deg_inv_sqrt[col]

        return norm.view(-1, 1) * x_j

    def update(self, aggr_out):

        # Step 5: Return new node embeddings.
        return aggr_out

class Net(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.conv1 = GCNConv(dataset.num_node_features, 16)
        self.conv2 = GCNConv(16, dataset.num_classes)

    def forward(self, data):
        x, edge_index = data.x, data.edge_index

        x = self.conv1(x, edge_index)
        x = F.relu(x)
        x = F.dropout(x, training=self.training)
        x = self.conv2(x, edge_index)

        return F.log_softmax(x, dim=1)

device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
model = Net().to(device)
data = dataset[0].to(device)
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.01, weight_decay=5e-4)

model.train()
for epoch in range(200):
    optimizer.zero_grad()
    out = model(data)
    loss = F.nll_loss(out[data.train_mask], data.y[data.train_mask])
    loss.backward()
    optimizer.step()

model.eval()
_, pred = model(data).max(dim=1)
correct = float(pred[data.test_mask].eq(data.y[data.test_mask]).sum().item())
acc = correct / data.test_mask.sum().item()
print('Accuracy: {:.4f}'.format(acc))

由于数据集需要去github上下载，但是网络比较不稳定，出现了runtimeout报错：

 planetoid.py里面第48行：

url = 'https://github.com/kimiyoung/planetoid/raw/master/data' 

改成 url='https://gitee.com/jiajiewu/planetoid/raw/master/data'
（gitee国内更容易访问）

最后运行结果为：

参考资料：

一文读懂图卷积GCN - 知乎

图神经网络库PyTorch geometric（PYG）零基础上手教程 - 知乎

Planetoid无法直接下载Cora等数据集的3个解决方式