应用已训练模型进行预测

此功能处于 Beta 阶段。有关功能阶段的更多信息,请参阅 API 阶段

在前面的章节中,我们已经了解了如何构建链接预测训练管道并对其进行训练以生成预测模型。在 训练 后,可运行的模型类型为 LinkPrediction,并驻留在 模型目录 中。

然后,可以将训练好的模型应用于图目录中的图,以创建包含预测链接的新关系类型。这些关系还具有一个属性,该属性存储预测链接的概率,可以将其视为模型预测置信度的相对度量。

由于模型已针对使用特征管道创建的特征进行训练,因此相同的特征管道存储在模型中并在预测时执行。与训练期间一样,特征管道中节点属性步骤创建的中间节点属性是临时的,在执行后不可见。

在使用模型进行预测时,输入图中的关系会根据配置进行分离。默认情况下,配置将与用于训练管道的配置相同。在训练期间标记为上下文关系的关系再次用于计算节点属性步骤中的特征。目标关系类型用于防止预测已存在的关系。可以覆盖此配置以指定不同的上下文或要从预测中排除的不同关系集。

预测图必须包含管道所需的属性,并且使用的数组属性必须与训练图中的数组属性具有相同的维度。如果预测图和训练图不同,则它们也最好具有相似的来源和语义,以便模型能够很好地泛化。

搜索策略

为了找到最佳的新链接,GDS 提供了两种不同的搜索策略。

穷举搜索将简单地遍历所有可能的新链接,也就是说,检查所有尚未通过关系连接的节点对。对于每个此类节点对,使用训练好的模型来预测它们是否应该通过链接连接。穷举搜索将找到所有最佳链接,但运行时间可能很长。

为了避免在考虑所有可能的新的链接时可能需要运行很长时间(由于节点计数固有的二次复杂度),GDS 提供了一种近似搜索策略。

近似搜索策略允许我们利用K-最近邻算法,并使用我们模型的预测函数作为其相似性度量,以牺牲较低的运行时间来换取准确性。在此上下文中,准确性是指结果与根据我们模型预测的最佳新可能链接有多接近,即穷举搜索将做出的最佳预测。

每个节点的初始考虑链接集是随机选择的,然后基于先前预测的链接在多个迭代中进行细化。有关搜索工作原理的更多详细信息,请参阅K-最近邻文档

语法

每个模式下的链接预测语法
在命名图上以mutate模式运行链接预测
CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.mutate(
  graphName: String,
  configuration: Map
)
YIELD
  preProcessingMillis: Integer,
  computeMillis: Integer,
  postProcessingMillis: Integer,
  mutateMillis: Integer,
  relationshipsWritten: Integer,
  probabilityDistribution: Integer,
  samplingStats: Map,
  configuration: Map
表 1. 参数
名称 类型 默认值 可选 描述

graphName

字符串

n/a

存储在目录中的图的名称。

configuration

映射

{}

算法特定和/或图过滤的配置。

表 2. 配置
名称 类型 默认值 可选 描述

modelName

字符串

n/a

模型目录中链接预测模型的名称。

sourceNodeLabel

字符串

来自trainConfig

预测链接应从中开始的节点标签的名称。

targetNodeLabel

字符串

来自trainConfig

预测链接应结束的节点标签的名称。

relationshipTypes

字符串列表

来自trainConfig

现有关系的名称。默认情况下,我们使用训练中的targetRelationshipType

concurrency

整数

4

用于运行算法的并发线程数。

mutateRelationshipType

字符串

n/a

用于写入投影图的新关系的关系类型。

mutateProperty

字符串

'probability'

GDS 图中写入结果的关系属性。

sampleRate

浮点数

n/a

确定为每个节点考虑多少个链接的采样率。如果设置为 1,则考虑所有可能的链接,即穷举搜索。否则,将使用近似搜索策略。值必须介于 0(不含)和 1(含)之间。

topN [1]

整数

n/a

要输出的预测关系的限制。

threshold [1]

浮点数

0.0

要输出的关系的最小预测概率。

topK [2]

整数

10

每个节点要输出的预测关系数量的限制。此值不能小于 1。

deltaThreshold [2]

浮点数

0.001

确定何时提前停止的值(以百分比表示)。如果发生的更新少于配置值,则算法停止。值必须介于 0(不含)和 1(含)之间。

maxIterations [2]

整数

100

在此迭代次数后停止算法的硬性限制。

randomJoins [2]

整数

10

在每次迭代之间,基于随机选择尝试连接多少个新的节点邻居。

initialSampler [2]

字符串

"uniform"

用于为每个节点采样前k个随机邻居的方法。“uniform”和“randomWalk”(均不区分大小写)是有效的输入。

randomSeed [2]

整数

n/a

用于控制算法随机性的种子值。请注意,设置此参数时,concurrency必须设置为 1。

1. 仅适用于穷举搜索

2. 仅适用于近似搜索策略。有关更多详细信息,请参阅kNN 的语法部分

表 3. 结果
名称 类型 描述

preProcessingMillis

整数

预处理图的毫秒数。

computeMillis

整数

运行算法的毫秒数。

postProcessingMillis

整数

计算全局指标的毫秒数。

mutateMillis

整数

向投影图添加属性的毫秒数。

relationshipsWritten

整数

创建的关系数。

probabilityDistribution

映射

预测概率分布的描述。

samplingStats

映射

预测采样方式的描述。

configuration

映射

用于运行算法的配置。

在命名图上以stream模式运行链接预测
CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.stream(
  graphName: String,
  configuration: Map
)
YIELD
  node1: Integer,
  node2: Integer,
  probability: Float
表 4. 参数
名称 类型 默认值 可选 描述

graphName

字符串

n/a

存储在目录中的图的名称。

configuration

映射

{}

算法特定和/或图过滤的配置。

表 5. 配置
名称 类型 默认值 可选 描述

modelName

字符串

n/a

模型目录中LinkPrediction模型的名称。

nodeLabels

字符串列表

['*']

使用给定的节点标签过滤命名图。将包含具有任何给定标签的节点。

relationshipTypes

字符串列表

['*']

使用给定的关系类型过滤命名图。将包含具有任何给定类型的关系。

concurrency

整数

4

用于运行算法的并发线程数。

jobId

字符串

内部生成

一个 ID,可以提供它以便更容易跟踪算法的进度。

logProgress

布尔值

true

如果禁用,则不会记录进度百分比。

sampleRate

浮点数

n/a

确定为每个节点考虑多少个链接的采样率。如果设置为 1,则考虑所有可能的链接,即穷举搜索。否则,将使用近似搜索策略。值必须介于 0(不含)和 1(含)之间。

topN [3]

整数

n/a

要输出的预测关系的限制。

threshold [3]

浮点数

0.0

要输出的关系的最小预测概率。

topK [4]

整数

10

每个节点要输出的预测关系数量的限制。此值不能小于 1。

deltaThreshold [4]

浮点数

0.001

确定何时提前停止的值(以百分比表示)。如果发生的更新少于配置值,则算法停止。值必须介于 0(不含)和 1(含)之间。

maxIterations [4]

整数

100

在此迭代次数后停止算法的硬性限制。

randomJoins [4]

整数

10

在每次迭代之间,基于随机选择尝试连接多少个新的节点邻居。

initialSampler [4]

字符串

"uniform"

用于为每个节点采样前k个随机邻居的方法。“uniform”和“randomWalk”(均不区分大小写)是有效的输入。

randomSeed [4]

整数

n/a

用于控制算法随机性的种子值。请注意,设置此参数时,concurrency必须设置为 1。

3. 仅适用于穷举搜索

4. 仅适用于近似搜索策略。有关更多详细信息,请参阅kNN 的语法部分

表 6. 结果
名称 类型 描述

node1

整数

第一个节点的节点 ID。

node2

整数

第二个节点的节点 ID。

probability

浮点数

节点之间链接的预测概率。

在本例中,我们将演示如何使用训练好的模型来预测投影图中的新关系。为此,我们必须首先在模型目录中注册一个已训练的模型。我们将使用我们在训练示例中训练的模型,我们将其命名为lp-pipeline-model。该算法排除图中现有关系以及自环的预测。

有两种不同的策略可以选择在预测新链接时要考虑哪些节点对,即穷举搜索和近似搜索。前者考虑所有可能的新的链接,而后者将使用随机策略,仅考虑其中的一部分以更快地运行。我们将在下面的mutate示例中分别用示例解释每种策略。

写入和mutate过程产生的关系是无向的,就像输入一样。但是,不会产生并行关系。例如,如果在进行近似搜索时,a — b 位于a 的前几个预测中,而b — a 位于b 的前几个预测中,则仍然只会产生一个无向关系a — b。流过程只会产生一次节点对。

首先,我们将使用estimate过程估算运行算法的成本。这可以使用任何执行模式来完成。在本例中,我们将使用stream模式。估算算法有助于了解在图上运行算法的内存影响。当您稍后在其中一种执行模式下实际运行算法时,系统将执行估算。如果估算表明执行很有可能超出其内存限制,则会禁止执行。有关此内容的更多信息,请参阅自动估算和执行阻塞

有关estimate的一般详细信息,请参阅内存估算

以下内容将估算应用模型所需的内存。
CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.stream.estimate('myGraph', {
  modelName: 'lp-pipeline-model',
  topN: 5,
  threshold: 0.5
})
YIELD requiredMemory
表 7. 结果
requiredMemory

"24 KiB"

stream执行模式下,算法返回每个节点对的链接概率。这允许我们直接检查结果或在 Cypher 中对其进行后处理,而不会产生任何副作用。

有关stream模式的一般详细信息,请参阅

CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.stream('myGraph', {
  modelName: 'lp-pipeline-model',
  topN: 5,
  threshold: 0.5
})
 YIELD node1, node2, probability
 RETURN gds.util.asNode(node1).name AS person1, gds.util.asNode(node2).name AS person2, probability
 ORDER BY probability DESC, person1

我们指定threshold仅包含概率大于 50% 的预测,并指定topN将输出进一步限制为前 5 个关系。由于默认的samplingRate为1,因此我们使用穷举搜索

表 8. 结果
person1 person2 probability

"Alice"

"Chris"

0.6207332784

"Mark"

"Chris"

0.5986795167

"Mark"

"Alice"

0.5662968371

"Alice"

"Karin"

0.5607462866

"Alice"

"Greg"

0.5579582123

我们可以看到,模型认为上述对应该连接。其他节点对的概率较低,因此已从结果中过滤掉。

在本例中,我们将演示如何将预测写入您的投影图。我们将使用我们在训练示例中训练的模型lp-pipeline-model

CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.mutate('myGraph', {
  modelName: 'lp-pipeline-model',
  relationshipTypes: ['KNOWS'],
  mutateRelationshipType: 'KNOWS_EXHAUSTIVE_PREDICTED',
  topN: 5,
  threshold: 0.5
}) YIELD relationshipsWritten, samplingStats

我们指定threshold仅包含概率大于 50% 的预测,并指定topN将输出进一步限制为前 5 个关系。由于默认的samplingRate为1,因此我们使用穷举搜索。因为我们使用的是UNDIRECTED方向,所以我们将向内存中的图写入两倍的关系。

表 9. 结果
relationshipsWritten samplingStats

10

{linksConsidered=16, strategy="exhaustive"}

正如我们在samplingStats中看到的,我们使用了穷举搜索策略,并在预测过程中检查了 16 个可能的链接。实际上,由于图中总共有8 * (8 - 1) / 2 = 28个可能的链接,我们已经有了 12 个,这意味着我们检查了所有可能的新的链接。尽管考虑了 16 个链接,但我们只变异了最佳的五个(因为topN = 5)并且高于我们的阈值,实际上只有一个链接通过了阈值(请参阅)。

如果我们的图非常大,可能会有很多新的潜在链接。因此,运行预测可能需要很长时间。因此,使用仅查看所有可能的新链接子集的搜索策略可能是一个更可行的选择。

为了避免可能需要花费很长时间来考虑所有可能的新链接,我们可以使用近似搜索策略

CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.mutate('myGraph', {
  modelName: 'lp-pipeline-model',
  relationshipTypes: ['KNOWS'],
  mutateRelationshipType: 'KNOWS_APPROX_PREDICTED',
  sampleRate: 0.5,
  topK: 1,
  randomJoins: 2,
  maxIterations: 3,
  // necessary for deterministic results
  concurrency: 1,
  randomSeed: 42
})
 YIELD relationshipsWritten, samplingStats

为了使用近似策略,我们确保将sampleRate显式设置为小于1.0的值。对于这个小例子,我们通过将maxIterations设置为3randomJoins设置为2来限制搜索。此外,我们将topK设置为1,以便为每个节点获得一个预测链接。因为我们使用的是UNDIRECTED方向,所以我们将向内存图写入两倍的关系。

表 10. 结果
relationshipsWritten samplingStats

16

{didConverge=true, linksConsidered=56, ranIterations=3, strategy="approximate"}

正如我们在samplingStats中看到的,我们使用了近似搜索策略,并在预测期间检查了56个可能的链接。虽然在这个小例子中,我们实际上考虑的链接比穷举情况下更多,但在更大的图中通常不会这样。由于我们写入的关系是无向的,因此当我们搜索每个节点的最佳(topK = 1)预测时,报告的relationshipsWritten为16。

使用上下文过滤器进行训练中,我们在fullGraph上训练了另一个模型lp-pipeline-model-filtered,该模型使用上下文City节点和上下文LIVESBORN关系。

我们可以在预测中利用此模型,可以选择性地覆盖预测中的节点标签或关系类型过滤器配置。在本例中,我们没有这样做,而是继承了lp-pipeline-model-filtering模型的训练配置中的过滤配置。换句话说,我们预测Person-KNOWS-Person关系,此外还使用City节点和LIVESBORN关系用于节点属性步骤。

CALL gds.beta.pipeline.linkPrediction.predict.stream('fullGraph', {
  modelName: 'lp-pipeline-model-filtered',
  topN: 5,
  threshold: 0.5
})
 YIELD node1, node2, probability
 RETURN gds.util.asNode(node1).name AS person1, gds.util.asNode(node2).name AS person2, probability
 ORDER BY probability DESC, person1

我们指定threshold仅包含概率大于 50% 的预测,并指定topN将输出进一步限制为前 5 个关系。由于默认的samplingRate为1,因此我们使用穷举搜索

表 11. 结果
person1 person2 probability

"Alice"

"Chris"

0.7174928596

"Mark"

"Chris"

0.6573294858

"Mark"

"Alice"

0.5617915136

"Alice"

"Karin"

0.54489345

"Alice"

"Greg"

0.5364068805

我们可以看到,我们的模型预测的排名前 5 的链接与未过滤模型lp-pipeline-model预测的相同。但是,由于训练和预测中使用了额外的上下文信息,因此概率略有不同。