数据描述的是同构图的数据,可以用于节点,边预和图属性的关系。
classData(x: Optional[Tensor] = None, edge_index: Optional[Tensor] = None,
edge_attr: Optional[Tensor] = None, y: Optional[Tensor] = None,
pos: Optional[Tensor] = None, **kwargs)
属性介绍:
data.x
: 节点特征矩阵,shape为[num_nodes, num_node_features]
data.edge_index
: 边索引(边表),shape为[2, num_edges]
,在这个包含两行的数组中,第1行与第2行中对应索引位置的值分别表示一条边的源节点和目标节点,LongTensor
类型。
data.edge_attr
:边特征矩阵,shape为[num_edges, num_edges_featrues]
,Tensor
类型
data.y
: 图级标签或节点级标签,Tensor
类型
data.pos
:节点的位置矩阵,shape为[num_nodes, num_dimensions]
,Tensor
类型
Data
类的初始化函数中参数默认值都为None
,这意味着没有哪个参数是必要的,在实际使用时需要根据待构造图的实际情况来传入相应的属性
简单的示例:
import torch
from torch_geometric.data import Data
edge_index = torch.tensor([[0, 1, 1, 2],
[1, 0, 2, 1]], dtype=torch.long)
x = torch.tensor([[-1], [0], [1]], dtype=torch.float)
data = Data(x=x, edge_index=edge_index)
>>> Data(edge_index=[2, 4], x=[3, 1])
Data还提供了很多功能函数:
print(data.keys) #包含的键
>>> ['x', 'edge_index']
print(data['x']) #图节点的值
>>> tensor([[-1.0],
[0.0],
[1.0]])
for key, item in data:
print(f'{key} found in data')
>>> x found in data
>>> edge_index found in data
'edge_attr' in data
>>> False
data.num_nodes #节点数量
>>> 3
data.num_edges #边数量
>>> 4
data.num_node_features #节点特征(维度)数
>>> 1
data.has_isolated_nodes() #是否包含孤立节点
>>> False
data.has_self_loops() #是否有自环
>>> False
data.is_directed() #是否是有向图
>>> False
# Transfer data object to GPU.
device = torch.device('cuda')
data = data.to(device)
PyG包含了很多公用的数据集,如(Cora, Citeseer, Pubmed)。
神经网络通常以批量方式进行训练。 PyG 通过创建稀疏块对角邻接矩阵(由 edge_index 定义)并在节点维度上连接特征和目标矩阵来实现小批量的并行化。 这种组合允许在一批示例中使用不同数量的节点和边:
from torch_geometric.datasets import TUDataset
from torch_geometric.loader import DataLoader
dataset = TUDataset(root='/tmp/ENZYMES', name='ENZYMES', use_node_attr=True)
loader = DataLoader(dataset, batch_size=32, shuffle=True)
for batch in loader:
batch #每次以32次的批次处理
>>> DataBatch(batch=[1082], edge_index=[2, 4066], x=[1082, 21], y=[32])
batch.num_graphs
>>> 32
Transform在计算机视觉中十分常用,主要是用于图片格式的转换和数据增强。PyG同样有其自己的transform操作,使用Data对象作为输入,返回一个新的Data对象。
可以用torch_geometric.transforms.Compose来将变换操作连起来,且可以选择在存入磁盘前操作(pre_transform)或者在访问数据集中的graph前执行(transform)。下面是是一个在ShapeNet数据集(一个包含17000个三维点云,给个点云中的每一点都有一个分类标签,标签共有16种)上做transform的实例。
from torch_geometric.datasets import ShapeNet
dataset = ShapeNet(root='/tmp/ShapeNet', categories=['Airplane'])
dataset[0]
>>> Data(pos=[2518, 3], y=[2518])
我们可以用K近邻的方法将每一个point cloud 都转换成图经由transfoms,这里选择最近的6个邻居。
import torch_geometric.transforms as T
from torch_geometric.datasets import ShapeNet
dataset = ShapeNet(root='/tmp/ShapeNet', categories=['Airplane'], pre_transform=T.KNNGraph(k=6))
dataset[0]
>>> Data(edge_index=[2, 15108], pos=[2518,3], y=[2518])
此外还可以用transform来做一些数据增强,如给每一个点的坐标都加一个小扰动。LeaL
import torch_geometric.transforms as T
from torch_geometric.datasets import ShapeNet
dataset = ShapeNet(root='/tmp/ShapeNet', categories=['Airplane'], pre_transform=T.KNNGraph(k=6),
transform=T.RandomTranslate(0.01))
dataset[0]
>>> Data(edge_index=[2, 15108], pos=[2518,3], y=[2518])
import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch_geometric
from torch_geometric.nn import MessagePassing
from torch_geometric.utils import to_networkx
import networkx as nx
from torch_geometric.data import Data
import matplotlib.pyplot as plt
import torch_geometric.transforms as T
from torch_geometric.datasets import ShapeNet
from torch_geometric.datasets import Planetoid
dataset = Planetoid(root='/tmp/Cora', name='Cora')
import torch
import torch.nn.functional as F
from torch_geometric.nn import GCNConv
class GCN(torch.nn.Module):
def __init__(self):
super().__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 = GCN().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).argmax(dim=1)
correct = (pred[data.test_mask] == data.y[data.test_mask]).sum()
acc = int(correct) / int(data.test_mask.sum())
print(f'Accuracy: {acc:.4f}')