Publication

A Topological characterisation of Weisfeiler-Leman equivalence classes

2022
Conference Papers

Résumé

Graph Neural Networks (GNNs) are learning models aimed at processing graphs and signals on graphs. The most popular and successful GNNs are based on message passing schemes. Such schemes inherently have limited expressive power when it comes to distinguishing two non-isomorphic graphs. In this article, we rely on the theory of covering spaces to fully characterize the classes of graphs that GNNs cannot distinguish. We then generate arbitrarily many non-isomorphic graphs that cannot be distinguished by GNNs, leading to the GraphCovers dataset. We also show that the number of indistinguishable graphs in our dataset grows super-exponentially with the number of nodes. Finally, we test the GraphCovers dataset on several GNN architectures, showing that none of them can distinguish any two graphs it contains.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/63d77854-b17b-4fd3-bc6b-234a4f07fc51

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Proximité ontologique

Mathématiques

Mathématiques discrètes: Théorie des graphes

Concepts associés (26)

Line graph

En théorie des graphes, le line graph L(G) d'un graphe non orienté G, est un graphe qui représente la relation d'adjacence entre les arêtes de G. Le nom line graph vient d'un article de Harary et Norman publié en 1960. La même construction avait cependant déjà été utilisée par Whitney en 1932 et Krausz en 1943. Il est également appelé graphe adjoint. Un des premiers et des plus importants théorèmes sur les line graphs est énoncé par Hassler Whitney en 1932, qui prouve qu'en dehors d'un unique cas exceptionnel, la structure de G peut être entièrement retrouvée à partir de L(G) dans le cas des graphes connexes.

Isomorphisme de graphes

En mathématiques, dans le cadre de la théorie des graphes, un isomorphisme de graphes est une bijection entre les sommets de deux graphes qui préserve les arêtes. Ce concept est en accord avec la notion générale d'isomorphisme, une bijection qui préserve les structures. Plus précisément, un isomorphisme f entre les graphes G et H est une bijection entre les sommets de G et ceux de H, telle qu'une paire de sommets {u, v} de G est une arête de G si et seulement si {ƒ(u), ƒ(v)} est une arête de H.

Graphe planaire

Dans la théorie des graphes, un graphe planaire est un graphe qui a la particularité de pouvoir se représenter sur un plan sans qu'aucune arête (ou arc pour un graphe orienté) n'en croise une autre. Autrement dit, ces graphes sont précisément ceux que l'on peut plonger dans le plan, ou encore les graphes dont le nombre de croisements est nul. Les méthodes associées à ces graphes permettent de résoudre des problèmes comme l'énigme des trois maisons et d'autres plus difficiles comme le théorème des quatre couleurs.

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