项目链接：PGL图学习之基于UniMP算法的论文引用网络节点分类任务[系列九]

1.常规赛：图神经网络入门节点分类介绍

（1）赛题介绍

图神经网络（Graph Neural Network）是一种专门处理图结构数据的神经网络，目前被广泛应用于推荐系统、金融风控、生物计算中。图神经网络的经典问题主要有三种，包括节点分类、连接预测和图分类三种，本次比赛是主要让同学们熟悉如何图神经网络处理节点分类问题。

在过去的一个世纪里，科学出版物的数量每12年增加近一倍，对每一种出版物的主题及领域进行自动分类已成为当下十分重要的工作。本次任务的目标是预测未知论文的主题类别，如软件工程，人工智能，语言计算和操作系统等。比赛所选35个领域标签已得到论文作者和arXiv版主确认并标记。

本次比赛选用的数据集为arXiv论文引用网络——ogbn-arixv数据集的子集。ogbn-arixv数据集由大量的学术论文组成，论文之间的引用关系形成一张巨大的有向图，每一条有向边表示一篇论文引用另一篇论文，每一个节点提供100维简单的词向量作为节点特征。在论文引用网络中，我们已对训练集对应节点做了论文类别标注处理。本次任务希望参赛者通过已有的节点类别以及论文之间的引用关系，预测未知节点的论文类别。

（2）数据描述

本次赛题数据集由学术网络图构成，该图会给出每个节点的特征，以及节点与节点间关系（训练集节点的标注结果已给出）。

1.1 数据集简介

1.学术网络图数据：

该图包含164,7958条有向边，13,0644个节点，参赛者报名成功后即可通过比赛数据集页面提供edges.csv以及feat.npy下载并读取数据。图上的每个节点代表一篇论文，论文从0开始编号；图上的每一条边包含两个编号，例如 3，4代表第3篇论文引用了第4篇论文。图构造可以参照AiStudio上提供的基线系统项目了解数据读取方法。

2.训练集与测试集：

训练集的标注数据有70235条，测试集的标注数据有37311条。训练数据给定了论文编号与类别，如3，15 代表编号为3的论文类别为15。测试集数据只提供论文编号，不提供论文类别，需要参赛者预测其类别。

具体数据介绍：

数据集	简介
edges.csv	边数据：用于标记论文间引用关系
feat.npy	节点数据：每个节点含100维特征
train.csv	训练集数据
test.csv	测试集数据

1.图数据：

feat.npy为Numpy格式存储的节点特征矩阵，Shape为(130644, 100)，即130644个节点，每个节点含100维特征。其中 feat.npy可以用numpy.load(“feat.npy”)读取。edges.csv用于标记论文引用关系，为无向图，且由两列组成，没有表头。

字段	说明
第一列	边的初始节点
第二列	边的终止节点

2.训练集： train.csv

字段	说明
nid	训练节点在图上的Id
label	训练节点的标签（类别编号从0开始，共35个类别）

3.测试集： test.csv

字段	说明
nid	测试节点在图上的Id

相关资料

飞桨PGL图学习框架飞桨PGL图学习框架基本能够覆盖大部分的图网络应用，包括图表示学习以及图神经网络。

节点分类实例分享包含多种引用网络模型，如GCN、GAT、GCNII、APPNP等。

UniMP模型统一消息传递模型UniMP，同时实现了节点的特征与标签传递，显著提升了模型的泛化效果。

提交内容与格式

最终提交的submission.csv 格式如下：

字段	说明
nid	测试集节点在图上的id
label	测试集的节点类别

特别提示： 提交的结果必须是类别的id，不能是概率。

提交样例：

nid	label
2	34
3	1
4	15
…	…

注意：选手提交的csv文件的第一行为”nid,label”，顺序调转将视为无效答案。接下来每一行的两个数字依次表示测试集提供的节点id以及对应的预测论文类别，注意给出的预测类别id要属于给定范围值且必须是整数。提交的数据行数要与test.csv一致。

2.BaseLine代码讲解

2.1 代码整体逻辑

1. 读取提供的数据集，包含构图以及读取节点特征（用户可自己改动边的构造方式）

2. 配置化生成模型，用户也可以根据教程进行图神经网络的实现。

3. 开始训练

4. 执行预测并产生结果文件

环境配置

该项目依赖飞桨paddlepaddle==1.8.4, 以及pgl==1.2.0。请按照版本号下载对应版本就可运行。

2.1.1 Config部分注解

from easydict import EasyDict as edict

'''模块说明：
    easydict这个模块下的EasyDict，可以使得创建的字典像访问属性一样
    eg:
    dicts = {'A': 1}
    print(dicts['A'])  => 1

    使用EasyDict之后:
    dicts = EasyDict(dicts)
    print(dicts.A)  => 1
'''

#模型参数字典
config = {
    "model_name": "GCNII",        #模型名称，可以参考model.py、modelfied.py文件里面有 gcn gat appnp unimp等模型
    "num_layers": 1,           # 网络层数--这个实现在模型类的forward里边，通过循环实现
    "dropout": 0.5,            # 训练时，参数drop概率
    "learning_rate": 0.0002,    # 训练优化的学习率
    "weight_decay": 0.0005,    # 权重正则化率
    "edge_dropout": 0.00,      # 边drop概率
}

config = edict(config)  # 利用EasyDict便利字典的读取

2.1.2 数据读取与处理部分

创建一个命名索引元组

from collections import namedtuple
'''模块说明：
    collections是一个python基础数据结构的扩充库：
    包含以下几种扩展：
        1. namedtuple(): 生成可以使用名字来访问元素内容的tuple子类
        2. deque: 双端队列，可以快速的从另外一侧追加和推出对象
        3. Counter: 计数器，主要用来计数
        4. OrderedDict: 有序字典
        5. defaultdict: 带有默认值的字典
       
    而现在用到的namedtuple(): 则是生成可以使用名字来访问元素内容的tuple子类
    eg:
        websites = [
                    ('math', 98, '张三'),
                    ('physics', 74, '李四'),
                    ('english', 85, '王二')
                   ]

        Website = namedtuple('Website', ['class', 'score', 'name'])

        for website in websites:
            website = Website._make(website)
            print website

        show:
            Website(class='math', score=98, name='张三')
            Website(class='physics', score=74, name='李四')
            Website(class='english', score=85, name='王二')
'''

#创建一个可以使用名字来访问元素内容的tuple--作为Dataset数据集
#包含图、类别数、训练索引集、训练标签、验证索引集、验证标签、测试索引集
Dataset = namedtuple("Dataset", 
               ["graph", "num_classes", "train_index",
                "train_label", "valid_index", "valid_label", "test_index"])

2.1.3 边数据的加载与处理

#加载边数据
def load_edges(num_nodes, self_loop=True, add_inverse_edge=True):
    '''
        input:
            num_nodes: 节点数
            self_loop: 是否加载自环边
            add_inverse_edge: 是否添加反转的边--我的理解是正反都添加--即对应无向图的情况
    '''
    #从数据中读取边
    edges = pd.read_csv("work/edges.csv", header=None, names=["src", "dst"]).values
    
    #反转边添加
    if add_inverse_edge:
        edges = np.vstack([edges, edges[:, ::-1]])  # vstack沿竖直方向拼接--如：A =[1, 2] , B = [2, 3]; vstack([A, B]) => [[1, 2], [2, 3]]
        # eg: edges=[[1, 3], [2, 5], [6, 7]] => edges[:, ::-1]=[[3, 1], [5, 2], [7, 6]]
        # 再拼接就得到了正反边的一个集合了

    #自环边添加
    if self_loop:
        src = np.arange(0, num_nodes)          # 定义n和节点作为起点
        dst = np.arange(0, num_nodes)          # 定义n个节点作为终点--且与src一一对应
        self_loop = np.vstack([src, dst]).T    # 再将两个行向量拼接(此时shape:[2, num_nodes]), 然后再转置T=>得到shape:[num_node, 2]这是的数据0->0， 1->1 ...就得到了自环边的数据
        edges = np.vstack([edges, self_loop])  # 将自环边数据添加到本身的边数据中
     
    return edges

2.1.4 数据的完整加载与处理

def load():
    # 从数据中读取点特征和边，以及数据划分
    node_feat = np.load("work/feat.npy")    # 读取节点特征--每个节点100个特征
    num_nodes = node_feat.shape[0]          # shape[0] 正好对应节点个数
    edges = load_edges(num_nodes=num_nodes, self_loop=True, add_inverse_edge=True)   # 根据实际传入的节点数，返回合理的边--这里包含自环边以及正向和反向的边

    graph = pgl.graph.Graph(num_nodes=num_nodes, edges=edges, node_feat={"feat": node_feat})  # 创建图：节点数、边数据、以及节点特征的字典
    
    indegree = graph.indegree()    # 计算当前图的所有节点的入度--返回一个list==>等价于graph.indegree(nodes=None)，nodes指定，返回指定的入度

    norm = np.maximum(indegree.astype("float32"), 1)  # 取最大入度中的一个然后返回
    norm = np.power(norm, -0.5)   # 利用这个最大入读计算一个归一化参数
    graph.node_feat["norm"] = np.expand_dims(norm, -1) # 将归一化参数添加到节点的norm特征中, shape[1], 只含有一个元素的序列，但不算标量：如，a 和 [a]
    
    df = pd.read_csv("work/train.csv")      # 读取总的训练数据
    node_index = df["nid"].values           # 读取总的节点的索引序列（集）
    node_label = df["label"].values         # 读取总的节点的label序列
    train_part = int(len(node_index) * 0.8) # 划分训练数据集--80%--这里是计算一个训练集数目值
    train_index = node_index[:train_part]   # 利用训练集数目进行划分--0:train_part
    train_label = node_label[:train_part]   # 训练label划分
    valid_index = node_index[train_part:]   # 验证数据valid_index划分
    valid_label = node_label[train_part:]   # 验证valid_label划分

    test_index = pd.read_csv("work/test.csv")["nid"].values  # 读取测试集--也就是赛题提交数据--指定读取['nid']列数据
    
    # 这是一个可以使用名字来访问元素内容的tuple子类
    # 所以直接对应传入数据即可
    dataset = Dataset(graph=graph, 
                    train_label=train_label,
                    train_index=train_index,
                    valid_index=valid_index,
                    valid_label=valid_label,
                    test_index=test_index, num_classes=35)

    return dataset # 最后返回dataset数据

2.1.5 数据读取与分割

这一部分的分割和load中的命名索引元组有关！

dataset = load()  # 执行load函数获取完整的dataset（可命名索引的tuple）数据

# 从dataset中读取出相应数据
train_index = dataset.train_index                               # 读取训练索引序列
train_label = np.reshape(dataset.train_label, [-1 , 1])         # 读取训练label序列
train_index = np.expand_dims(train_index, -1)                   # 在最后一位添加一个维度，保证数据向量化[[a]]

val_index = dataset.valid_index                                 # 读取验证索引序列
val_label = np.reshape(dataset.valid_label, [-1, 1])            # 读取训练label序列
val_index = np.expand_dims(val_index, -1)                       # 在最后一位添加一个维度，保证数据向量化[[a]]

test_index = dataset.test_index                                 # 读取训练索引序列
test_index = np.expand_dims(test_index, -1)                     # 在最后一位添加一个维度，保证数据向量化[[a]]
test_label = np.zeros((len(test_index), 1), dtype="int64")      # 用于保存最终结果--提前用zeros创建一个空白矩阵，并指明数据类型

2.1.6 模型加载部分

为了避免分解太多，这里也包含了执行器相关的部分代码注释！

import pgl
import model      # model.py
import paddle.fluid as fluid
import numpy as np
import time
from build_model import build_model  # build_model.py

use_gpu = True
place = fluid.CUDAPlace(0) if use_gpu else fluid.CPUPlace()   # 工作环境--这里有修改--需要用cpu只需要把use_gpu设置为False即可


train_program = fluid.default_main_program()                # 创建主program  -- paddle静态图都是在相应的program中运行的 -- 通常为start
startup_program = fluid.default_startup_program()           # 创建start_program -- 是我们运行的开始


# 以下是配置执行器执行空间(block)的操作部分--个人觉得，如果只是使用，记住使用规范即可
# program_guard接口配合使用python的 with 语句来将 with block 里的算子和变量添加进指定的全局主程序（main program）和启动程序（startup program）。
with fluid.program_guard(train_program, startup_program):   # 以下执行的算子等都会放入到train_program->startup_program的block中
    with fluid.unique_name.guard():   # 开启一个命名空间--常用program_guard一起使用
        # 这里使用到build_model.py中的函数，执行模型和参数的配置，并返回相关的data变量
        # 这个过程的算子都会被记录到（train_program, startup_program）对应的工作空间中
        gw, loss, acc, pred = build_model(dataset,   
                            config=config,
                            phase="train",
                            main_prog=train_program)


# 创建一个新的Program作为test_program
test_program = fluid.Program()
with fluid.program_guard(test_program, startup_program):   # 含义如上，这里是开启(test_program, startup_program)的工作空间，并记录相应的算子、变量
    with fluid.unique_name.guard():                        # 开启一个命名空间
        # 返回test的模型参数等 
        _gw, v_loss, v_acc, v_pred = build_model(dataset,
            config=config,
            phase="test",
            main_prog=test_program)

# 总结——program_guard确定工作环境--unique_name开启一个相应的命名空间，相辅相成。

test_program = test_program.clone(for_test=True)  # 克隆test_program

exe = fluid.Executor(place)   # 创建一个解释器

2.1.7. 模型训练过程

这个部分就相对比较简单，就是利用执行器喂参数和算子就可以啦！

epoch = 4000                       # 训练轮次
exe.run(startup_program)           # 执行器运行-->优先执行

# 将图数据变成 feed_dict 用于传入Paddle Excecutor
# 图数据原型：graph = pgl.graph.Graph(num_nodes=num_nodes, edges=edges, node_feat={"feat": node_feat})  # 创建图：节点数、边数据、以及节点特征的字典
feed_dict = gw.to_feed(dataset.graph)    # 调用to_feed方法，将图数据转换为feed_dict，用于执行器的输入参数

# 训练开始
for epoch in range(epoch):
    # Full Batch 训练  ==  单batch_size训练--全数据一次投入
    # 设定图上面那些节点要获取
    # node_index: 训练节点的nid    
    # node_label: 训练节点对应的标签
    feed_dict["node_index"] = np.array(train_index, dtype="int64")   # 往feed_dict中添加键值对数据--每一个轮次数据都会重新赋值更新
    feed_dict["node_label"] = np.array(train_label, dtype="int64")
    
    train_loss, train_acc = exe.run(train_program,      # 执行器执行--执行train_program这个program空间内的算子和参数
                                feed=feed_dict,         # 传入的数据：graph..., node_index, node_label
                                fetch_list=[loss, acc], # 需要计算返回的数据
                                return_numpy=True)      # 返回numpy数据

    # Full Batch 验证  ==  单batch_size验证--全数据一次投入
    # 设定图上面那些节点要获取
    # node_index: 训练节点的nid    
    # node_label: 训练节点对应的标签
    feed_dict["node_index"] = np.array(val_index, dtype="int64")   # 往feed_dict中添加键值对数据--每一个轮次数据都会重新赋值更新
    feed_dict["node_label"] = np.array(val_label, dtype="int64")

    val_loss, val_acc = exe.run(test_program,            # 执行器执行--执行test_program这个program空间内的算子和参数
                            feed=feed_dict,              # 传入的数据：graph..., node_index, node_label
                            fetch_list=[v_loss, v_acc],  # 需要计算返回的数据
                            return_numpy=True)           # 返回numpy数据

    print("Epoch", epoch, "Train Acc", train_acc[0], "Valid Acc", val_acc[0])   # 打印训练数据

2.1.8 模型进阶

1. 自己动手实现图神经网络

这里以想自己实现一个CustomGCN为例子，首先，我们在model.py 创建一个类CustomGCN

import paddle.fluid.layers as L

class CustomGCN(object):
    """实现自己的CustomGCN"""
    def __init__(self, config, num_class):
        # 分类的数目
        self.num_class = num_class
        # 分类的层数，默认为1
        self.num_layers = config.get("num_layers", 1)
        # 中间层 hidden size 默认64
        self.hidden_size = config.get("hidden_size", 64)
        # 默认dropout率0.5
        self.dropout = config.get("dropout", 0.5)
        
    def forward(self, graph_wrapper, feature, phase):
        """定义前向图神经网络
        
        graph_wrapper: 图的数据的容器
        feature: 节点特征
        phase: 标记训练或者测试阶段
        """
        # 通过Send Recv来定义GCN
        def send_func(src_feat, dst_feat, edge_feat):
            # 发送函数简单将输入src发送到输出节点dst。
            return { "output": src_feat["h"] }
            
        def recv_func(msg):
            # 对消息函数进行简单求均值
            return L.sequence_pool(msg["output"], "average")
		
        # 调用发送
        message = graph_wrapper.send(send_func,
                               nfeat_list=[ ("h", feature)])
                          
        # 调用接收
        output = graph_wrapper.recv(message, recv_func)
        
        # 对输出过一层MLP
        output = L.fc(output, size=self.num_class, name="final_output")

然后，我们只要改一下本notebook脚本的config，把model_type改成CustomGCN就能跑起来了。

config = {
    "model_name": "CustomGCN",
}

2. 残差-GAT改写

class ResGAT(object):
    """Implement of ResGAT"""
    def __init__(self, config, num_class):
        self.num_class = num_class 
        self.num_layers = config.get("num_layers", 1)
        self.num_heads = config.get("num_heads", 8)
        self.hidden_size = config.get("hidden_size", 8)
        self.feat_dropout = config.get("feat_drop", 0.6)
        self.attn_dropout = config.get("attn_drop", 0.6)
        self.edge_dropout = config.get("edge_dropout", 0.0)

    def forward(self, graph_wrapper, feature, phase):
        # feature [num_nodes, 100]
        if phase == "train": 
            edge_dropout = self.edge_dropout
        else:
            edge_dropout = 0
        feature = L.fc(feature, size=self.hidden_size * self.num_heads, name="init_feature")
        for i in range(self.num_layers):
            ngw = pgl.sample.edge_drop(graph_wrapper, edge_dropout) 
            
            res_feature = feature
            # res_feature [num_nodes, hidden_size * n_heads]
            feature = conv.gat(ngw,
                                feature,
                                self.hidden_size,
                                activation=None,
                                name="gat_layer_%s" % i,
                                num_heads=self.num_heads,
                                feat_drop=self.feat_dropout,
                                attn_drop=self.attn_dropout)
            # feature [num_nodes, num_heads * hidden_size]
            feature = res_feature + feature 
            # [num_nodes, num_heads * hidden_size] + [ num_nodes, hidden_size * n_heads]
            feature = L.relu(feature)
            feature = L.layer_norm(feature, name="ln_%s" % i)

        ngw = pgl.sample.edge_drop(graph_wrapper, edge_dropout) 
        feature = conv.gat(ngw,
                     feature,
                     self.num_class,
                     num_heads=1,
                     activation=None,
                     feat_drop=self.feat_dropout,
                     attn_drop=self.attn_dropout,
                     name="output")
        return feature

更多进阶模型就在2.2节

2.2模型代码讲解：model.py的内容解析

2.2.1 GCN模型代码讲解

1. GCN需要用到的一个计算归一参数的方法

def get_norm(indegree):
    '''
        入度归一化函数： 返回一个浮点数类型的最小值为1.0的入度值序列
        入度值：可以表示无向图中当前节点的邻边，而对于有向图则是指向当前节点的边数
    '''

    float_degree = L.cast(indegree, dtype="float32")  # data的类型转换后的值返回给float_degree，值返回
    float_degree = L.clamp(float_degree, min=1.0)     # 值裁剪--将其中小于1的值赋值为1.0 -->个人的考虑是，添加自环边的入度
    norm = L.pow(float_degree, factor=-0.5)           # 倒数开根号，获取归一化的入度
    # TODO: 度为float类型？
    # CALL: 为了后边方便用于计算，float数据更适合后边所需的运算

    return norm  # 返回一个归一化的度，用于公式计算
  

2. GCN模型代码注解

class GCN(object):
    """Implement of GCN
    """
    def __init__(self, config, num_class):
        self.num_class = num_class                          # 节点种类
        self.num_layers = config.get("num_layers", 1)       # 模型层数
        self.hidden_size = config.get("hidden_size", 64)    # 中间层输出大小--不一定只有一层中间层哈--跟num_layers有关
        self.dropout = config.get("dropout", 0.5)           # fc层的drop率
        self.edge_dropout = config.get("edge_dropout", 0.0) # 边drop率--为了获取一个忽略指定数目的随机子图（忽略部分边属性，然后生成一个新的子图用于训练--仅仅用于训练而已）

    def forward(self, graph_wrapper, feature, phase):
        '''
            graph_wrapper: 一个图容器，用于存储图信息，并可以迭代训练与预测
            feature：图的节点特征
            phase：指令--train or eval or test等

            功能:
                实现将输入的图进行一个简单的处理--通过n层图卷积实现特征提取，然后经过一个dropout层抑制过拟合；
                最后经过第二个图卷积获取类别数的输出，根据相应的处理得到需要的预测结果。

                如:softmax进行一个类别处理，利用argmax的到分类的类别【具体过程详见build_model.py】

                '
                    注意： 在GCN中，需要计算一个norm值，用于GCN的推断训练，以及后期的预测【详见GCN推导的公式】
                '
        '''
        
        # GCN这个layer的返回值：张量shape:（num_nodes，hidden_​​size）
        for i in range(self.num_layers):  # 根据层数进行迭代

            if phase == "train":  # 训练模式--才有边drop

                # 每次调用edge_drop(graph_wrapper, self.edge_dropout)结果可能不同
                ngw = pgl.sample.edge_drop(graph_wrapper, self.edge_dropout)   # 传入输入图，然后根据edge_dropout随机生成忽略某些边属性的新子图
                norm = get_norm(ngw.indegree())   # 归一化出度--得到计算参数
            else:  # eval/test模式

                ngw = graph_wrapper   # 新子图就是原始图
                norm = graph_wrapper.node_feat["norm"]  # 


            # 利用pgl自带的网络进行配置
            feature = pgl.layers.gcn(ngw,    # 传入图
                feature, # 相应的特征--训练过程中，最多只是对边有修改，并不涉及节点变化
                self.hidden_size,  # 输出大小
                activation="relu", # 激活函数
                norm=norm,         # 归一化值--用于gcn公式计算
                name="layer_%s" % i)  # 层名称

            # 在此后紧跟dropout进行，防止过拟合
            # 根据给定的丢弃概率，dropout操作符按丢弃概率随机将一些神经元输出设置为0，其他的仍保持不变。
            feature = L.dropout(   
                    feature,      # 上一级的输出
                    self.dropout, # drop率
                    dropout_implementation='upscale_in_train')  # drop配置upscale_in_train表示，仅在训练时drop，评估预测不实现drop
        
        # 将以上迭代部分做完后，再通过下边这个部分输出结果
        if phase == "train":   # 训练模式下

            ngw = pgl.sample.edge_drop(graph_wrapper, self.edge_dropout)  # 同前边一样的过滤一些边--基本效果同普通的dropout，这里作用于边而已
            norm = get_norm(ngw.indegree())
        else:
            ngw = graph_wrapper
            norm = graph_wrapper.node_feat["norm"]
           

        # 再通过一层图卷积层
        feature = conv.gcn(ngw,  
                     feature,
                     self.num_class,   # 输出结果就是我们实际节点训练或预测输出的类别情况：详见PS1
                     activation=None,
                     norm=norm,
                     name="output")    # 最后返回一个shape[-1]=num_class的数据，然后我们对数据处理只需要经过一个softmax，再argmax就得到了预测得到了节点的类别了

        return feature 

2.2.2 GAT模型代码讲解

篇幅限制，略见原项目

2.2.3 APPNP模型代码讲解

篇幅限制，略见原项目

2.2.4 SGC模型代码讲解——(APPNP模型补充)

篇幅限制，略见原项目

2.2.5 GCNII模型代码讲解

篇幅限制，略见原项目

2.3 build_model.py的内容解析——可以学习的重点

这样的方式搭建加载模型和算子，能使后边的工作轻松不少，值得学习哦！

篇幅限制，略见原项目

3.Res_Unimp_Large算法实现

#导入相关包
!pip install --upgrade python-dateutil
!pip install easydict
!pip install pgl==1.2.1 
!pip install pandas>=0.25
# !pip install pyarrow==0.13.0
!pip install chardet==3.0.4

import sys 
import pgl
import paddle.fluid as fluid
import numpy as np
import time
import pandas as pd

3.1图网络配置

这里已经有很多强大的模型配置了，你可以尝试简单的改一下config的字段。
例如，换成GAT的配置

篇幅限制，略见原项目

3.2数据加载模块

这里主要是用于读取数据集，包括读取图数据构图，以及训练集的划分。

篇幅限制，略见原项目

3.3 组网模块

这里是组网模块，目前已经提供了一些预定义的模型，包括GCN, GAT, APPNP等。可以通过简单的配置，设定模型的层数，hidden_size等。你也可以深入到model.py里面，去奇思妙想，写自己的图神经网络。
篇幅限制，略见原项目

3.4 开始训练过程

图神经网络采用FullBatch的训练方式，每一步训练就会把所有整张图训练样本全部训练一遍。

篇幅限制，略见原项目

部分结果展示：

Epoch 987 Train Acc 0.7554459 Valid Acc 0.7546095
Epoch 988 Train Acc 0.7537374 Valid Acc 0.75717235
Epoch 989 Train Acc 0.75497127 Valid Acc 0.7573859
Epoch 990 Train Acc 0.7611409 Valid Acc 0.75653166
Epoch 991 Train Acc 0.75316787 Valid Acc 0.75489426
Epoch 992 Train Acc 0.749561 Valid Acc 0.7547519
Epoch 993 Train Acc 0.7571544 Valid Acc 0.7551079
Epoch 994 Train Acc 0.7516492 Valid Acc 0.75581974
Epoch 995 Train Acc 0.7563476 Valid Acc 0.7563181
Epoch 996 Train Acc 0.7504627 Valid Acc 0.7538976
Epoch 997 Train Acc 0.7476152 Valid Acc 0.75439596
Epoch 998 Train Acc 0.7539272 Valid Acc 0.7528298
Epoch 999 Train Acc 0.7532153 Valid Acc 0.75396883

3.5对测试集进行预测-生成提交文件

训练完成后，我们对测试集进行预测。预测的时候，由于不知道测试集合的标签，我们随意给一些测试label。最终我们获得测试数据的预测结果。

feed_dict["node_index"] = np.array(test_index, dtype="int64")
feed_dict["node_label"] = np.array(test_label, dtype="int64") #假标签
test_prediction = exe.run(test_program,
                            feed=feed_dict,
                            fetch_list=[v_pred],
                            return_numpy=True)[0]
submission = pd.DataFrame(data={
                            "nid": test_index.reshape(-1),
                            "label": test_prediction.reshape(-1)
                        })
submission.to_csv("submission.csv", index=False)

4.方案优化

主要改进思路嘛是在对预测结果进行简单投票和绝对多数投票下了点功夫，我只用了10个预测样本进行融合，预测的样本更多的话，提交结果的分数可能也越高，具体流程如下图所示。

注意图中简单投票和绝对多数投票的样本是任意数目

优秀方案参考：

创新点：
1.对node_feat进行循环处理；
2.增加标签节点

4.2 简单投票（本地）

这里将训练出来的文件进行简单投票
import csv
from collections import Counter

def vote_merge(filelst):
    result = {}
    fw = open('D:/subexl/76/merge.csv', encoding='utf-8', mode='w', newline='')
    csv_writer = csv.writer(fw)
    csv_writer.writerow(['nid', 'label'])
    for filepath in filelst:
        cr = open(filepath, encoding='utf-8', mode='r')
        csv_reader = csv.reader(cr)
        for i, row in enumerate(csv_reader):
            if i == 0:
                continue
            idx, cls = row
            if idx not in result:
                result[idx] = []
            result[idx].append(cls)

    for nid, clss in result.items():
        counter = Counter(clss)
        true_cls = counter.most_common(1)
        csv_writer.writerow([nid, true_cls[0][0]])

if __name__ == '__main__':
    vote_merge([
 #       "D:/subexl/75/0.76436.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.7635.csv",
  #      "D:/subexl/75/0.75666.csv",
   #     "D:/subexl/75/0.75736.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.75755.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.75801.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.75868.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.75978.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.76171.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.76288.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.76412.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.759664.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.75973517.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.75980633.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.76322347.csv",
 #       "D:/subexl/75/0.763223471.csv",
        "D:/subexl/76/0.75736.csv",
        "D:/subexl/76/0.75755.csv",
        "D:/subexl/76/0.75801.csv",
        "D:/subexl/76/0.75868.csv",
        "D:/subexl/76/0.75978.csv",
        "D:/subexl/76/0.76436.csv",
        "D:/subexl/76/0.759664.csv",
        "D:/subexl/76/0.75973517.csv",
        "D:/subexl/76/0.75980633.csv",
        "D:/subexl/76/0.76322347.csv",
        "D:/subexl/76/0.763223471.csv",
        "D:/subexl/76/submission.csv",
                ])

4.3 绝对多数投票（本地）

绝对多数投票法很简单，分类器的投票数超过半数便认可预测结果，否则拒绝。将简单投票后的结果再与新训练出来的文件进行绝对多数投票。
在这里，我将所有提交文件的名称改为“测试精度.csv”，例如0.76087.csv；然后按照精度大小排序，首先使用绝对多数投票法进行投票，若某一投票不过半数，直接取精度最高csv的预测结果。

import os
import numpy as np
from scipy import stats
import pandas as pd
#path放的是你所有的提交文件
path = 'D:/subexl/75'
filelist = os.listdir(path)

#下面这行代码按照测试精度进行排序
filelist = sorted(filelist, key= lambda x:float(x[:-4]), reverse=True)
print(filelist)

#n为测试集条目数
n = 37311
num_files = len(filelist)
a = np.zeros([num_files, n], dtype='i8')
for i, filename in enumerate(filelist):
    filepath = os.path.join(path, filename)
    a[i, :] = np.array(np.loadtxt(filepath, dtype=int, delimiter=',', skiprows=1, usecols=1, encoding='utf-8'))

res = np.zeros([n, 1])
for j in range(n):
    counts = np.bincount(a[:,j])
    maxnum = np.argmax(counts)
    
    # 判读最大投票数是否过半数
    if counts[maxnum] > num_files//2:
        res[j] = maxnum
    else:
        res[j] = a[0,j]

#写入文件
data=pd.read_csv('D:/subexl/75/0.75897.csv')
data['label'] = res
data.to_csv('E:/submission.csv',index=False,header=True)

5.总结

1. APPNP这个网络，貌似直接使用表现不是很好–我这边的话是这样；当然改一改可能会有奇迹

2. 关于后边两个model中最后两个模型，k_hop这个参数，设计的大的化可能会导致显存溢出哦？虽然对精度有些提升但是也要看自身想要什么结果啦！
   【GCNII——实际两层, “k_hop”, 64, “hidden_size”, 64; 就会爆显存哦–notebook：16G——GPU】

3. 不如先跑最简单的那个模型，把学习率调小一点，层数2~3，epoch的话4000左右吧，最后还是要看学习率实际大小。
   【学习率太小可能在某些位置迭代不不下去，就是loss可能在一个陷阱里徘徊，下不去！】

---

0. 学习了easydict库和collections库!
1. 从官方数据处理部分，学习到利用np的vstack实现自环边以及知道有向边如何添加反向边的数据——这样的一种代码实现边数据转换的方式！
2. 从模型加载部分，学习了多program执行的操作，理清了program与命名空间之间的联系！
3. 从模型训练部分，强化了执行器执行时，需要传入正确的program以及feed_dict，在pgl中可以使用图Graph自带的to_feed方法返回一个feed_dict数据字典作为初始数据，后边再按需添加新数据！
4. 从model.py学习了模型的组网，以及pgl中conv类下的网络模型方法的调用，方便组网！
5. 重点来了：从build_model.py学习了模型的参数的加载组合，实现统一的处理和返回统一的算子以及参数！