KR20240059070A - Method of prediction based on graph neural network - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시예에 따라 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하기 위한 방법이 개시된다. 구체적으로 본 개시에 따르면, 컴퓨팅 장치가, 그래프 신경망 모델에 정보를 입력하고, 상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하되, 상기 그래프 신경망 모델은, 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스(class)들 각각의 발생 빈도, 및 상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응된다.According to an embodiment of the present disclosure, a method for performing prediction based on a graph neural network model is disclosed. Specifically, according to the present disclosure, a computing device inputs information into a graph neural network model, utilizes the graph neural network model, and performs prediction based on the input information, wherein the graph neural network model includes classification of nodes and It corresponds to a model learned using a loss function calculated based on the frequency of occurrence of each of the plurality of related classes and the distance information associated with the plurality of classes.
Description
본 발명은 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도 및 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 학습된 모델을 활용하여, 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of performing prediction based on a graph neural network model, and specifically, utilizes a model learned based on the frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of a node and the distance information associated with the plurality of classes. Thus, it relates to a method of performing prediction based on input information.
그래프 신경망(Graph Neural Network)은 그래프 구조와 같은 입력을 정보로 받아 각 그래프의 노드를 분류하는 작업을 잘 수행할 수 있는 인공 신경망 모델이다. 그래프 신경망을 이용한 노드 분류 문제에서는 그래프 인공 신경망을 학습시키기 위해 주로 교차 엔트로피(Cross Entropy) 손실 함수가 사용된다. 교차 엔트로피 손실 함수는 각 노드가 개별 클래스로 분류될 예측 확률을 로그 함수로 반영하여, 예측 확률이 실제 라벨 값에 수렴할수록 손실 함수의 값이 0에 가까워지는 손실 함수이다.A Graph Neural Network is an artificial neural network model that receives inputs such as the graph structure as information and can perform well the task of classifying the nodes of each graph. In node classification problems using graph neural networks, the cross entropy loss function is mainly used to learn the graph artificial neural network. The cross-entropy loss function is a loss function that reflects the predicted probability that each node will be classified into an individual class as a log function, and as the predicted probability converges to the actual label value, the value of the loss function approaches 0.
특정한 노드 분류 문제에 있어서는, 노드가 분류되는 클래스 각각의 발생 빈도 또는 분류된 클래스들이 포함하는 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 반영해야 할 필요성이 발생한다. 이러한 유형의 노드 분류 문제를 해결하는 데 있어서 교차 엔트로피 손실 함수만을 이용하여 그래프 신경망 모델을 학습시키는 경우, 개별 노드의 예측이 서로 연관되지 않고 독립적이므로 모델의 성능 향상에 한계가 발생할 수 있다. 예를 들어, 추론 단계에서 분류된 노드가 그래프 상에서 분산되어 있거나, 특정 클래스가 중복 발생하여 해당 문제에서 가능한 정답으로 기능하지 않는 경우가 있다.In a specific node classification problem, there is a need to reflect the frequency of occurrence of each class into which the node is classified or the topological distance information between nodes included in the classified classes. In solving this type of node classification problem, if a graph neural network model is trained using only the cross-entropy loss function, there may be a limit to improving the model's performance because the predictions of individual nodes are unrelated and independent. For example, there are cases where the nodes classified in the inference step are scattered on the graph, or a specific class occurs repeatedly and does not function as a possible answer to the problem.
따라서, 클래스 각각의 발생 빈도 또는 분류된 클래스에 포함된 노드들의 위상학적 거리 정보를 반영할 수 있는 손실 함수를 개발하고, 이를 활용하여 학습된 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하는 방법에 대한 당 업계의 수요가 존재한다.Therefore, we develop a loss function that can reflect the frequency of occurrence of each class or the topological distance information of nodes included in the classified class, and use this to perform predictions based on the learned graph neural network model. The industry demand exists.
본 개시는 전술한 배경 기술에 대응하여 안출된 것으로, 그래프 신경망의 노드 분류 문제에 있어서 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도 및 거리 정보를 기초로 학습된 모델을 활용하여, 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 것을 목적으로 한다.The present disclosure was developed in response to the above-described background technology, and in the node classification problem of a graph neural network, it utilizes a model learned based on the frequency of occurrence and distance information of each of a plurality of classes related to the classification of nodes, and inputs The purpose is to make predictions based on information.
한편, 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.Meanwhile, the technical problem to be achieved by the present disclosure is not limited to the technical problems mentioned above, and may include various technical problems within the scope of what is apparent to those skilled in the art from the contents described below.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 실시예에 따라, 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 그래프 신경망 모델에 정보를 입력하는 단계; 및 상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 그래프 신경망 모델은, 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스(class)들 각각의 발생 빈도, 및 상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above-described problem, a method of performing prediction based on a graph neural network model is disclosed. The method includes inputting information into a graph neural network model; And performing a prediction based on the input information using the graph neural network model, wherein the graph neural network model includes the frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of the node, and It can correspond to a learned model using a loss function calculated based on distance information associated with a plurality of classes.
대안적 실시예에서, 상기 예측은 키나아제와 화합물의 결합 가능성과 관련된 예측을 포함하고, 상기 노드는 상기 화합물에 포함된 원자에 대응된다.In an alternative embodiment, the prediction includes a prediction related to the binding potential of the compound with the kinase, and the node corresponds to an atom contained in the compound.
대안적 실시예에서, 상기 복수의 클래스들은, 상기 키나아제의 복수의 결합 위치들과 연관될 수 있다.In an alternative embodiment, the plurality of classes may be associated with a plurality of binding sites of the kinase.
대안적 실시예에서, 상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보는, 상기 복수의 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the distance information associated with the plurality of classes may include topological distance information between nodes associated with the plurality of classes.
대안적 실시예에서, 상기 손실 함수는, 학습 데이터에 포함된 노드의 라벨 값과 관련된 클래스 정보 행렬 및 상기 노드의 예측 값과 관련된 클래스 정보 행렬 사이의 노름(norm)을 기초로 연산되는 제1 손실 함수를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the loss function includes a first loss calculated based on the norm between the class information matrix associated with the label value of the node included in the training data and the class information matrix associated with the predicted value of the node. Can contain functions.
대안적 실시예에서, 상기 노드의 라벨 값과 관련된 클래스 정보 행렬은, 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬 및 상기 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬에 기초하여 연산되고, 상기 노드의 예측 값과 관련된 클래스 정보 행렬은, 상기 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬 및 상기 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬에 기초하여 연산될 수 있다.In an alternative embodiment, the class information matrix associated with the label value of the node is calculated based on a label value matrix including label values of a plurality of nodes and a distance matrix including distance information between the plurality of nodes, and , the class information matrix related to the prediction value of the node may be calculated based on a prediction value matrix including prediction values of the plurality of nodes and a distance matrix including distance information between the plurality of nodes.
대안적 실시예에서, 각각의 클래스 정보 행렬은, 클래스 각각의 발생 빈도에 대한 정보를 포함하는 대각 성분(diagonal element); 및 서로 상이한 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 포함하는 비대각 성분(off-diagonal element)을 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, each class information matrix includes: a diagonal element containing information about the frequency of occurrence of each class; and an off-diagonal element containing topological distance information between nodes associated with different classes.
대안적 실시예에서, 상기 손실 함수는, 학습 데이터의 크로스 엔트로피(cross entropy)를 기초로 연산되는 제2 손실 함수를 더 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the loss function may further include a second loss function calculated based on cross entropy of the training data.
대안적 실시예에서, 상기 손실 함수는, 제1 손실 함수 및 제2 손실 함수의 가중합(weighted sum)연산으로 결정될 수 있다.In an alternative embodiment, the loss function may be determined as a weighted sum operation of the first loss function and the second loss function.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라, 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 개시된다. 상기 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금 문장 부호를 삽입하기 위한 동작들을 수행하도록 하며, 상기 동작들은: 상기 그래프 신경망 모델에 정보를 입력하는 동작; 및 상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 동작을 포함하되, 상기 그래프 신경망 모델은, 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및 상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above-described task, a computer program for performing prediction based on a graph neural network model is disclosed. When executed by one or more processors, the computer program causes the one or more processors to perform operations for inserting punctuation marks, the operations including: inputting information into the graph neural network model; And an operation of performing prediction based on the input information using the graph neural network model, wherein the graph neural network model includes the frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of the node, and the plurality of classes. It can be matched to a learned model using a loss function calculated based on the distance information associated with the data.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라, 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하기 위한 컴퓨팅 장치가 개시된다. 상기 컴퓨팅 장치는 적어도 하나의 프로세서; 및 메모리; 를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 그래프 신경망 모델에 정보를 입력하고, 상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하되, 상기 그래프 신경망 모델은, 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및 상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above-described problem, a computing device for performing prediction based on a graph neural network model is disclosed. The computing device includes at least one processor; and memory; wherein the at least one processor inputs information into the graph neural network model and performs prediction based on the input information using the graph neural network model, wherein the graph neural network model classifies nodes. It may correspond to a model learned using a loss function calculated based on the frequency of occurrence of each of the plurality of classes related to and the distance information associated with the plurality of classes.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라, 그래프 신경망 모델을 학습시키기 위한 방법이 개시된다. 상기 그래프 신경망의 학습 방법은, 복수의 노드들의 라벨 값들과 관련된 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계; 상기 복수의 노드들의 예측 값들과 관련된 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계; 상기 제1 클래스 정보 행렬 및 상기 제2 클래스 정보 행렬에 기초하여, 손실 함수를 연산하는 단계; 및 상기 손실 함수에 기초하여 상기 그래프 신경망 모델을 학습시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 클래스 정보 행렬 및 상기 제2 클래스 정보 행렬 각각은, 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및 상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above-described task, a method for training a graph neural network model is disclosed. The learning method of the graph neural network includes calculating a first class information matrix related to label values of a plurality of nodes; calculating a second class information matrix related to predicted values of the plurality of nodes; calculating a loss function based on the first class information matrix and the second class information matrix; and training the graph neural network model based on the loss function, wherein each of the first class information matrix and the second class information matrix is an occurrence frequency of each of a plurality of classes, and the plurality of classes. It may include distance information associated with .
대안적 실시예에서, 상기 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계는, 상기 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬, 및 상기 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬을 기초로 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계를 포함하고, 상기 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계는, 상기 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬, 및 상기 거리 행렬을 기초로 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, calculating the first class information matrix includes a label value matrix including label values of the plurality of nodes, and a distance matrix including distance information between the plurality of nodes. Comprising a step of calculating a first class information matrix, and calculating a second class information matrix, calculating second class information based on a prediction value matrix including prediction values of the plurality of nodes, and the distance matrix. It may include a step of calculating a matrix.
본 개시는 성능이 향상된 그래프 신경망 모델을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 개시는, 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도 및 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보(예컨대, 위상학적 거리 정보)를 고려하는 그래프 신경망 모델을 제공할 수 있다.The present disclosure can provide a graph neural network model with improved performance. For example, the present disclosure may provide a graph neural network model that considers the frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of a node and distance information (eg, topological distance information) associated with the plurality of classes.
본 개시의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 개시의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 개시가 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 "통상의 기술자"라 함)에게 있어서는 신규한 발명에 이르는 노력 없이도 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 문장 부호를 삽입하기 위한 컴퓨팅 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워크 함수를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 그래프 신경망 모델의 학습 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 키나아제 힌지와 결합하는 화합물의 수소 결합 원자의 위치를 예측하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 라벨 값 행렬, 예측 값 행렬, 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 개시의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경에 대한 간략하고 일반적인 개략도이다.The following drawings attached to be used in explaining the embodiments of the present disclosure are only some of the embodiments of the present disclosure, and for those skilled in the art (hereinafter referred to as “ordinary skilled in the art”), Other drawings can be obtained based on these drawings without effort leading to new inventions.
1 is a block diagram of a computing device for inserting punctuation marks according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a schematic diagram showing a network function according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 is a flowchart showing a process of performing prediction based on a graph neural network model according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 is a flowchart showing a method of learning a graph neural network model according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 5 is a conceptual diagram showing predicting the position of a hydrogen bond atom of a compound that binds to a kinase hinge according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a label value matrix, a prediction value matrix, and distance information between a plurality of nodes according to an embodiment of the present disclosure.
7 is a brief, general schematic diagram of an example computing environment in which embodiments of the present disclosure may be implemented.
본 개시는 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도 및 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 그래프 신경망 모델을 학습시키고, 그래프 신경망 모델을 활용하여 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 방법에 대하여 개시한다.The present disclosure trains a graph neural network model using a loss function calculated based on the frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of a node and the distance information associated with the plurality of classes, and uses the graph neural network model to learn the input A method of performing prediction based on information is disclosed.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 개시의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다.Various embodiments are now described with reference to the drawings. In this specification, various descriptions are presented to provide an understanding of the disclosure. However, it is clear that these embodiments may be practiced without these specific descriptions.
본 명세서에서 사용되는 용어 "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등은 컴퓨터-관련 엔티티, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합, 또는 소프트웨어의 실행을 지칭한다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서상에서 실행되는 처리과정(procedure), 프로세서, 객체, 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치에서 실행되는 애플리케이션 및 컴퓨팅 장치 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세서 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있다. 일 컴포넌트는 하나의 컴퓨터 내에 로컬화 될 수 있다. 일 컴포넌트는 2개 이상의 컴퓨터들 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이러한 컴포넌트들은 그 내부에 저장된 다양한 데이터 구조들을 갖는 다양한 컴퓨터 판독가능한 매체로부터 실행할 수 있다. 컴포넌트들은 예를 들어 하나 이상의 데이터 패킷들을 갖는 신호(예를 들면, 로컬 시스템, 분산 시스템에서 다른 컴포넌트와 상호작용하는 하나의 컴포넌트로부터의 데이터 및/또는 신호를 통해 다른 시스템과 인터넷과 같은 네트워크를 통해 전송되는 데이터)에 따라 로컬 및/또는 원격 처리들을 통해 통신할 수 있다.As used herein, the terms “component,” “module,” “system,” and the like refer to a computer-related entity, hardware, firmware, software, a combination of software and hardware, or an implementation of software. For example, a component may be, but is not limited to, a process running on a processor, a processor, an object, a thread of execution, a program, and/or a computer. For example, both an application running on a computing device and the computing device can be a component. One or more components may reside within a processor and/or thread of execution. A component may be localized within one computer. A component may be distributed between two or more computers. Additionally, these components can execute from various computer-readable media having various data structures stored thereon. Components may transmit signals, for example, with one or more data packets (e.g., data and/or signals from one component interacting with other components in a local system, a distributed system, to other systems and over a network such as the Internet). Depending on the data being transmitted, they may communicate through local and/or remote processes.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” and not an exclusive “or.” That is, unless otherwise specified or clear from context, “X utilizes A or B” is intended to mean one of the natural implicit substitutions. That is, either X uses A; X uses B; Or, if X uses both A and B, “X uses A or B” can apply to either of these cases. Additionally, the term “and/or” as used herein should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the related listed items.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, the terms “comprise” and/or “comprising” should be understood to mean that the corresponding feature and/or element is present. However, the terms “comprise” and/or “comprising” should be understood as not excluding the presence or addition of one or more other features, elements and/or groups thereof. Additionally, unless otherwise specified or the context is clear to indicate a singular form, the singular terms herein and in the claims should generally be construed to mean “one or more.”
그리고, “A 또는 B 중 적어도 하나”이라는 용어는, “A만을 포함하는 경우”, “B만을 포함하는 경우”, “A 와 B의 구성으로 조합된 경우”를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. And, the term “at least one of A or B” should be interpreted to mean “when it contains only A,” “when it contains only B,” or “when it is a combination of A and B.”
당업자들은 추가적으로 여기서 개시된 실시예들과 관련되어 설명된 다양한 예시적 논리적 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 수단들, 로직들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양쪽 모두의 조합들로 구현될 수 있음을 인식해야 한다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환성을 명백하게 예시하기 위해, 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 구성들, 수단들, 로직들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능성 측면에서 일반적으로 위에서 설명되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 전반적인 시스템에 부과된 특정 어플리케이션(application) 및 설계 제한들에 달려 있다. 숙련된 기술자들은 각각의 특정 어플리케이션들을 위해 다양한 방법들로 설명된 기능성을 구현할 수 있다. 다만, 그러한 구현의 결정들이 본 개시내용의 영역을 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Those skilled in the art will additionally recognize that the various illustrative logical blocks, components, modules, circuits, means, logic, and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented using electronic hardware, computer software, or a combination of both. It must be recognized that it can be implemented with To clearly illustrate the interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, configurations, means, logics, modules, circuits, and steps have been described above generally in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented in hardware or software will depend on the specific application and design constraints imposed on the overall system. A skilled technician can implement the described functionality in a variety of ways for each specific application. However, such implementation decisions should not be construed as causing a departure from the scope of the present disclosure.
제시된 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예 들로 한정되는 것이 아니다. 본 개시는 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable anyone skilled in the art to use or practice the present disclosure. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art. The general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the disclosure. Therefore, the present disclosure is not limited to the embodiments presented herein. This disclosure is to be interpreted in the broadest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
본 개시에서 네트워크 함수와 인공 신경망 및 뉴럴 네트워크(neural network)는 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. In this disclosure, network function, artificial neural network, and neural network may be used interchangeably.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하기 위한 컴퓨팅 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a computing device for performing prediction based on a graph neural network model according to an embodiment of the present disclosure.
도 1에 도시된 컴퓨팅 장치(100)의 구성은 간략화 하여 나타낸 예시일 뿐이다. 본 개시의 일 실시예에서 컴퓨팅 장치(100)는 컴퓨팅 장치(100)의 컴퓨팅 환경을 수행하기 위한 다른 구성들이 포함될 수 있고, 개시된 구성들 중 일부만이 컴퓨팅 장치(100)를 구성할 수도 있다. The configuration of the computing device 100 shown in FIG. 1 is only a simplified example. In one embodiment of the present disclosure, the computing device 100 may include different components for performing the computing environment of the computing device 100, and only some of the disclosed components may configure the computing device 100.
컴퓨팅 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(130), 네트워크부(150)를 포함할 수 있다.The computing device 100 may include a processor 110, a memory 130, and a network unit 150.
프로세서(110)는 하나 이상의 코어로 구성될 수 있으며, 컴퓨팅 장치의 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 범용 그래픽 처리 장치 (GPGPU: general purpose graphics processing unit), 텐서 처리 장치(TPU: tensor processing unit) 등의 데이터 분석, 딥러닝을 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(130)에 저장된 컴퓨터 프로그램을 판독하여 본 개시의 일 실시예에 따른 기계 학습을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 본 개시의 일실시예에 따라 프로세서(110)는 신경망의 학습을 위한 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(110)는 딥러닝(DL: deep learning)에서 학습을 위한 입력 데이터의 처리, 입력 데이터에서의 피처 추출, 오차 계산, 역전파(backpropagation)를 이용한 신경망의 가중치 업데이트 등의 신경망의 학습을 위한 계산을 수행할 수 있다. The processor 110 may be composed of one or more cores, and may include a central processing unit (CPU), a general purpose graphics processing unit (GPGPU), and a tensor processing unit (TPU) of a computing device. unit) may include a processor for data analysis and deep learning. The processor 110 may read a computer program stored in the memory 130 and perform data processing for machine learning according to an embodiment of the present disclosure. According to an embodiment of the present disclosure, the processor 110 may perform an operation for learning a neural network. The processor 110 is used for learning neural networks, such as processing input data for learning in deep learning (DL), extracting features from input data, calculating errors, and updating the weights of the neural network using backpropagation. Calculations can be performed.
프로세서(110)의 CPU, GPGPU, 및 TPU 중 적어도 하나가 네트워크 함수의 학습을 처리할 수 있다. 예를 들어, CPU 와 GPGPU가 함께 네트워크 함수의 학습, 네트워크 함수를 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에서 복수의 컴퓨팅 장치의 프로세서를 함께 사용하여 네트워크 함수의 학습, 네트워크 함수를 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에서 수행되는 컴퓨터 프로그램은 CPU, GPGPU 또는 TPU 실행가능 프로그램일 수 있다At least one of the CPU, GPGPU, and TPU of the processor 110 may process learning of the network function. For example, CPU and GPGPU can work together to process learning of network functions and data classification using network functions. Additionally, in one embodiment of the present disclosure, the processors of a plurality of computing devices can be used together to process learning of network functions and data classification using network functions. Additionally, a computer program executed in a computing device according to an embodiment of the present disclosure may be a CPU, GPGPU, or TPU executable program.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 프로세서(110)는 그래프 신경망 모델을 노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습시키고, 그래프 신경망 모델을 활용하여 입력된 정보를 기초로 예측을 수행할 수 있다According to an embodiment of the present disclosure, the processor 110 utilizes a loss function calculated based on the graph neural network model, the frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of the node, and the distance information associated with the plurality of classes. You can learn it and perform predictions based on the input information using a graph neural network model.
예를 들어, 그래프 신경망의 예측은 키나아제와 화합물의 결합 가능성과 관련된 예측을 포함할 수 있다. 이 경우 화합물에 포함된 원자 전체가 노드가 될 수 있고, 또는 화합물에 포함된 원자 중 수소결합을 할 수 있는 N(질소)원자 및 O(산소)원자만이 노드가 될 수 있다. 또한 클래스는 키나아제에 존재하는 복수의 결합 위치, 클래스들과 연관된 거리 정보는 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적(Topological)거리 정보와 연관될 수 있다. 그러나 본 개시의 그래프 신경망의 예측는 상술한 키나아제와 화합물의 결합 가능성 예시에 한정하지 아니한다. 프로세서(110)가 그래프 신경망을 학습시키고 예측을 수행하는 구체적인 방법은 도 3을 참조하여 후술한다.For example, predictions of a graph neural network may include predictions related to the likelihood of a compound binding to a kinase. In this case, all atoms included in the compound can become nodes, or among the atoms included in the compound, only N (nitrogen) atoms and O (oxygen) atoms that can form hydrogen bonds can become nodes. Additionally, a class may be associated with a plurality of binding positions present in a kinase, and distance information associated with the classes may be associated with topological distance information between nodes associated with the classes. However, the prediction of the graph neural network of the present disclosure is not limited to the example of the possibility of combination of a kinase and a compound described above. A specific method by which the processor 110 trains the graph neural network and performs prediction will be described later with reference to FIG. 3.
프로세서(110)는 그래프 신경망의 예측을 위하여, 학습 데이터에 포함된 노드의 라벨 값과 관련된 클래스 정보 행렬 및 상기 노드의 예측 값과 관련된 클래스 정보 행렬 사이의 노름(norm)을 기초로 제1 손실 함수를 연산할 수 있다. 이 때, 손실 함수를 연산하기 위한 라벨 값과 관련된 클래스 정보 행렬은 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬에 기초하여 연산될 수 있다. 또한 노드의 예측 값과 관련된 클래스 정보 행렬은, 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬에 기초하여 연산될 수 있다. 제1 손실 함수를 연산하는 구체적인 과정은 도 3을 참조하여 후술한다.For prediction of a graph neural network, the processor 110 generates a first loss function based on the norm between the class information matrix related to the label value of the node included in the learning data and the class information matrix related to the predicted value of the node. can be calculated. At this time, the class information matrix related to the label value for calculating the loss function may be calculated based on the label value matrix including the label values of a plurality of nodes and the distance matrix including distance information between the plurality of nodes. . Additionally, a class information matrix related to the predicted value of a node may be calculated based on a predicted value matrix including predicted values of a plurality of nodes and a distance matrix including distance information between a plurality of nodes. The specific process of calculating the first loss function will be described later with reference to FIG. 3.
프로세서(110)는 손실 함수를 연산하고 그래프 신경망 모델을 손실 함수에 기초하여 학습시킨 후, 그래프 신경망에 데이터를 입력하고 예측을 수행할 수 있다. 예를 들어, 입력되는 데이터는 키나아제의 서열 정보, 키나아제의 구조 정보 또는 키나아제에 결합하는 화합물의 구조 정보와 관련된 데이터를 포함할 수 있으나, 본 개시는 이에 한정하지 아니한다.The processor 110 may calculate a loss function and train a graph neural network model based on the loss function, then input data to the graph neural network and perform prediction. For example, the input data may include data related to the sequence information of the kinase, the structural information of the kinase, or the structural information of the compound that binds to the kinase, but the present disclosure is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 프로세서(110)은 그래프 신경망 모델을 학습시키기 위해, 노드들의 라벨 값과 관련된 제1 클래스 정보 행렬 및 노드들의 예측 값들과 관련된 제2 클래스 정보 행렬에 기초하여, 손실 함수를 연산할 수 있다. 그 후, 프로세서는 연산된 손실 함수에 기반하여 그래프 신경망 모델을 학습시킬 수 있다. 본 개시에 따른 그래프 신경망 모델을 학습시키는 방법은 도 4를 참조하여 후술한다.According to one embodiment of the present disclosure, in order to train a graph neural network model, the processor 110 calculates a loss based on a first class information matrix related to the label values of the nodes and a second class information matrix related to the predicted values of the nodes. Functions can be computed. The processor may then train a graph neural network model based on the computed loss function. A method of training a graph neural network model according to the present disclosure will be described later with reference to FIG. 4.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 메모리(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(100)는 인터넷(internet) 상에서 상기 메모리(130)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다. 전술한 메모리에 대한 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.According to an embodiment of the present disclosure, the memory 130 is a flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, or card type memory (e.g. (e.g. SD or -Only Memory), and may include at least one type of storage medium among magnetic memory, magnetic disk, and optical disk. The computing device 100 may operate in connection with web storage that performs a storage function of the memory 130 on the Internet. The description of the memory described above is merely an example, and the present disclosure is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 네트워크부(150)는 공중전화 교환망(PSTN: Public Switched Telephone Network), xDSL(x Digital Subscriber Line), RADSL(Rate Adaptive DSL), MDSL(Multi Rate DSL), VDSL(Very High Speed DSL), UADSL(Universal Asymmetric DSL), HDSL(High Bit Rate DSL) 및 근거리 통신망(LAN) 등과 같은 다양한 유선 통신 시스템들을 사용할 수 있다.The network unit 150 according to an embodiment of the present disclosure includes Public Switched Telephone Network (PSTN), x Digital Subscriber Line (xDSL), Rate Adaptive DSL (RADSL), Multi Rate DSL (MDSL), and VDSL ( A variety of wired communication systems can be used, such as Very High Speed DSL), Universal Asymmetric DSL (UADSL), High Bit Rate DSL (HDSL), and Local Area Network (LAN).
또한, 본 명세서에서 제시되는 네트워크부(150)는 CDMA(Code Division Multi Access), TDMA(Time Division Multi Access), FDMA(Frequency Division Multi Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multi Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA) 및 다른 시스템들과 같은 다양한 무선 통신 시스템들을 사용할 수 있다. In addition, the network unit 150 presented in this specification includes Code Division Multi Access (CDMA), Time Division Multi Access (TDMA), Frequency Division Multi Access (FDMA), Orthogonal Frequency Division Multi Access (OFDMA), and SC-FDMA ( A variety of wireless communication systems can be used, such as Single Carrier-FDMA) and other systems.
본 개시에서 네트워크부(150)는 임의의 형태의 유무선 통신 시스템을 사용할 수 있다.In the present disclosure, the network unit 150 may use any type of wired or wireless communication system.
본 명세서에서 설명된 기술들은 위에서 언급된 네트워크들뿐만 아니라, 다른 네트워크들에서도 사용될 수 있다.The techniques described herein can be used in the networks mentioned above, as well as other networks.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 네트워크 함수를 나타낸 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a network function according to an embodiment of the present disclosure.
본 명세서에 걸쳐, 연산 모델, 신경망, 네트워크 함수, 뉴럴 네트워크(neural network)는 상호 교환 가능한 의미로 사용될 수 있다. 신경망은 일반적으로 노드라 지칭될 수 있는 상호 연결된 계산 단위들의 집합으로 구성될 수 있다. 이러한 노드들은 뉴런(neuron)들로 지칭될 수도 있다. 신경망은 적어도 하나 이상의 노드들을 포함하여 구성된다. 신경망들을 구성하는 노드(또는 뉴런)들은 하나 이상의 링크에 의해 상호 연결될 수 있다.Throughout this specification, computational model, neural network, network function, and neural network may be used interchangeably. A neural network can generally consist of a set of interconnected computational units, which can be referred to as nodes. These nodes may also be referred to as neurons. A neural network consists of at least one node. Nodes (or neurons) that make up neural networks may be interconnected by one or more links.
신경망 내에서, 링크를 통해 연결된 하나 이상의 노드들은 상대적으로 입력 노드 및 출력 노드의 관계를 형성할 수 있다. 입력 노드 및 출력 노드의 개념은 상대적인 것으로서, 하나의 노드에 대하여 출력 노드 관계에 있는 임의의 노드는 다른 노드와의 관계에서 입력 노드 관계에 있을 수 있으며, 그 역도 성립할 수 있다. 상술한 바와 같이, 입력 노드 대 출력 노드 관계는 링크를 중심으로 생성될 수 있다. 하나의 입력 노드에 하나 이상의 출력 노드가 링크를 통해 연결될 수 있으며, 그 역도 성립할 수 있다. Within a neural network, one or more nodes connected through a link may form a relative input node and output node relationship. The concepts of input node and output node are relative, and any node in an output node relationship with one node may be in an input node relationship with another node, and vice versa. As described above, input node to output node relationships can be created around links. One or more output nodes can be connected to one input node through a link, and vice versa.
하나의 링크를 통해 연결된 입력 노드 및 출력 노드 관계에서, 출력 노드의 데이터는 입력 노드에 입력된 데이터에 기초하여 그 값이 결정될 수 있다. 여기서 입력 노드와 출력 노드를 상호 연결하는 링크는 가중치(weight)를 가질 수 있다. 가중치는 가변적일 수 있으며, 신경망이 원하는 기능을 수행하기 위해, 사용자 또는 알고리즘에 의해 가변 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 노드에 하나 이상의 입력 노드가 각각의 링크에 의해 상호 연결된 경우, 출력 노드는 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드들에 입력된 값들 및 각각의 입력 노드들에 대응하는 링크에 설정된 가중치에 기초하여 출력 노드 값을 결정할 수 있다.In a relationship between an input node and an output node connected through one link, the value of the data of the output node may be determined based on the data input to the input node. Here, the link connecting the input node and the output node may have a weight. Weights may be variable and may be varied by the user or algorithm in order for the neural network to perform the desired function. For example, when one or more input nodes are connected to one output node by respective links, the output node is set to the values input to the input nodes connected to the output node and the links corresponding to each input node. The output node value can be determined based on the weight.
상술한 바와 같이, 신경망은 하나 이상의 노드들이 하나 이상의 링크를 통해 상호 연결되어 신경망 내에서 입력 노드 및 출력 노드 관계를 형성한다. 신경망 내에서 노드들과 링크들의 개수 및 노드들과 링크들 사이의 연관관계, 링크들 각각에 부여된 가중치의 값에 따라, 신경망의 특성이 결정될 수 있다. 예를 들어, 동일한 개수의 노드 및 링크들이 존재하고, 링크들의 가중치 값이 상이한 두 신경망이 존재하는 경우, 두 개의 신경망들은 서로 상이한 것으로 인식될 수 있다.As described above, in a neural network, one or more nodes are interconnected through one or more links to form an input node and output node relationship within the neural network. The characteristics of the neural network may be determined according to the number of nodes and links within the neural network, the correlation between the nodes and links, and the value of the weight assigned to each link. For example, if the same number of nodes and links exist and two neural networks with different weight values of the links exist, the two neural networks may be recognized as different from each other.
신경망은 하나 이상의 노드들의 집합으로 구성될 수 있다. 신경망을 구성하는 노드들의 부분 집합은 레이어(layer)를 구성할 수 있다. 신경망을 구성하는 노드들 중 일부는, 최초 입력 노드로부터의 거리들에 기초하여, 하나의 레이어(layer)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 최초 입력 노드로부터 거리가 n인 노드들의 집합은, n 레이어를 구성할 수 있다. 최초 입력 노드로부터 거리는, 최초 입력 노드로부터 해당 노드까지 도달하기 위해 거쳐야 하는 링크들의 최소 개수에 의해 정의될 수 있다. 그러나, 이러한 레이어의 정의는 설명을 위한 임의적인 것으로서, 신경망 내에서 레이어의 차수는 상술한 것과 상이한 방법으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 노드들의 레이어는 최종 출력 노드로부터 거리에 의해 정의될 수도 있다.A neural network may consist of a set of one or more nodes. A subset of nodes that make up a neural network can form a layer. Some of the nodes constituting the neural network may form one layer based on the distances from the first input node. For example, a set of nodes with a distance n from the initial input node may constitute n layers. The distance from the initial input node can be defined by the minimum number of links that must be passed to reach the node from the initial input node. However, this definition of a layer is arbitrary for explanation purposes, and the order of a layer within a neural network may be defined in a different way than described above. For example, a layer of nodes may be defined by distance from the final output node.
최초 입력 노드는 신경망 내의 노드들 중 다른 노드들과의 관계에서 링크를 거치지 않고 데이터가 직접 입력되는 하나 이상의 노드들을 의미할 수 있다. 또는, 신경망 네트워크 내에서, 링크를 기준으로 한 노드 간의 관계에 있어서, 링크로 연결된 다른 입력 노드들을 가지지 않는 노드들을 의미할 수 있다. 이와 유사하게, 최종 출력 노드는 신경망 내의 노드들 중 다른 노드들과의 관계에서, 출력 노드를 가지지 않는 하나 이상의 노드들을 의미할 수 있다. 또한, 히든 노드는 최초 입력 노드 및 최후 출력 노드가 아닌 신경망을 구성하는 노드들을 의미할 수 있다. The initial input node may refer to one or more nodes in the neural network through which data is directly input without going through links in relationships with other nodes. Alternatively, in the relationship between nodes based on links within a neural network, it may refer to nodes that do not have other input nodes connected by links. Similarly, the final output node may refer to one or more nodes that do not have an output node in their relationship with other nodes among the nodes in the neural network. Additionally, hidden nodes may refer to nodes constituting a neural network other than the first input node and the last output node.
본 개시의 일 실시예에 따른 신경망은 입력 레이어의 노드의 개수가 출력 레이어의 노드의 개수와 동일할 수 있으며, 입력 레이어에서 히든 레이어로 진행됨에 따라 노드의 수가 감소하다가 다시 증가하는 형태의 신경망일 수 있다. 또한, 본 개시의 다른 일 실시예에 따른 신경망은 입력 레이어의 노드의 개수가 출력 레이어의 노드의 개수 보다 적을 수 있으며, 입력 레이어에서 히든 레이어로 진행됨에 따라 노드의 수가 감소하는 형태의 신경망일 수 있다. 또한, 본 개시의 또 다른 일 실시예에 따른 신경망은 입력 레이어의 노드의 개수가 출력 레이어의 노드의 개수보다 많을 수 있으며, 입력 레이어에서 히든 레이어로 진행됨에 따라 노드의 수가 증가하는 형태의 신경망일 수 있다. 본 개시의 또 다른 일 실시예에 따른 신경망은 상술한 신경망들의 조합된 형태의 신경망일 수 있다.The neural network according to an embodiment of the present disclosure is a neural network in which the number of nodes in the input layer may be the same as the number of nodes in the output layer, and the number of nodes decreases and then increases again as it progresses from the input layer to the hidden layer. You can. In addition, the neural network according to another embodiment of the present disclosure may be a neural network in which the number of nodes in the input layer may be less than the number of nodes in the output layer, and the number of nodes decreases as it progresses from the input layer to the hidden layer. there is. In addition, the neural network according to another embodiment of the present disclosure may be a neural network in which the number of nodes in the input layer may be greater than the number of nodes in the output layer, and the number of nodes increases as it progresses from the input layer to the hidden layer. You can. A neural network according to another embodiment of the present disclosure may be a neural network that is a combination of the above-described neural networks.
딥 뉴럴 네트워크(DNN: deep neural network, 심층신경망)는 입력 레이어와 출력 레이어 외에 복수의 히든 레이어를 포함하는 신경망을 의미할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크를 이용하면 데이터의 잠재적인 구조(latent structures)를 파악할 수 있다. 즉, 사진, 글, 비디오, 음성, 음악의 잠재적인 구조(예를 들어, 어떤 물체가 사진에 있는지, 글의 내용과 감정이 무엇인지, 음성의 내용과 감정이 무엇인지 등)를 파악할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크는 컨볼루션 뉴럴 네트워크(CNN: convolutional neural network), 리커런트 뉴럴 네트워크(RNN: recurrent neural network), 오토 인코더(auto encoder), GAN(Generative Adversarial Networks), 장단기 메모리(Long Short-Term Memory; LSTM), 트랜스포머(Transformer), 제한 볼츠만 머신(RBM: restricted boltzmann machine), 심층 신뢰 네트워크(DBN: deep belief network), Q 네트워크, U 네트워크, 샴 네트워크, 적대적 생성 네트워크(GAN: Generative Adversarial Network) 등을 포함할 수 있다. 전술한 딥 뉴럴 네트워크의 기재는 예시일 뿐이며 본 개시는 이에 제한되지 않는다. A deep neural network (DNN) may refer to a neural network that includes multiple hidden layers in addition to the input layer and output layer. Deep neural networks allow you to identify latent structures in data. In other words, it is possible to identify the potential structure of a photo, text, video, voice, or music (e.g., what object is in the photo, what the content and emotion of the text are, what the content and emotion of the voice are, etc.) . Deep neural networks include convolutional neural network (CNN), recurrent neural network (RNN), auto encoder, Generative Adversarial Networks (GAN), and Long Short-Term Memory. ; LSTM, Transformer, restricted Boltzmann machine (RBM), deep belief network (DBN), Q network, U network, Siamese network, Generative Adversarial Network (GAN) It may include etc. The description of the deep neural network described above is only an example and the present disclosure is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에서 네트워크 함수는 오토 인코더(autoencoder)를 포함할 수도 있다. 오토 인코더는 입력 데이터와 유사한 출력 데이터를 출력하기 위한 인공 신경망의 일종일 수 있다. 오토 인코더는 적어도 하나의 히든 레이어를 포함할 수 있으며, 홀수 개의 히든 레이어가 입출력 레이어 사이에 배치될 수 있다. 각각의 레이어의 노드의 수는 입력 레이어의 노드의 수에서 병목 레이어(인코딩)라는 중간 레이어로 축소되었다가, 병목 레이어에서 출력 레이어(입력 레이어와 대칭)로 축소와 대칭되어 확장될 수도 있다. 오토 인코더는 비선형 차원 감소를 수행할 수 있다. 입력 레이어 및 출력 레이어의 수는 입력 데이터의 전처리 이후에 차원과 대응될 수 있다. 오토 인코더 구조에서 인코더에 포함된 히든 레이어의 노드의 수는 입력 레이어에서 멀어질수록 감소하는 구조를 가질 수 있다. 병목 레이어(인코더와 디코더 사이에 위치하는 가장 적은 노드를 가진 레이어)의 노드의 수는 너무 작은 경우 충분한 양의 정보가 전달되지 않을 수 있으므로, 특정 수 이상(예를 들어, 입력 레이어의 절반 이상 등)으로 유지될 수도 있다.In one embodiment of the present disclosure, the network function may include an autoencoder. An autoencoder may be a type of artificial neural network to output output data similar to input data. The autoencoder may include at least one hidden layer, and an odd number of hidden layers may be placed between input and output layers. The number of nodes in each layer may be reduced from the number of nodes in the input layer to an intermediate layer called the bottleneck layer (encoding), and then expanded symmetrically and reduced from the bottleneck layer to the output layer (symmetrical to the input layer). Autoencoders can perform nonlinear dimensionality reduction. The number of input layers and output layers can be corresponded to the dimension after preprocessing of the input data. In an auto-encoder structure, the number of nodes in the hidden layer included in the encoder may have a structure that decreases as the distance from the input layer increases. If the number of nodes in the bottleneck layer (the layer with the fewest nodes located between the encoder and decoder) is too small, not enough information may be conveyed, so if it is higher than a certain number (e.g., more than half of the input layers, etc.) ) may be maintained.
뉴럴 네트워크는 교사 학습(supervised learning), 비교사 학습(unsupervised learning), 반교사학습(semi supervised learning), 또는 강화학습(reinforcement learning) 중 적어도 하나의 방식으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습은 뉴럴 네트워크가 특정한 동작을 수행하기 위한 지식을 뉴럴 네트워크에 적용하는 과정일 수 있다. A neural network may be trained in at least one of supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, or reinforcement learning. Learning of a neural network may be a process of applying knowledge for the neural network to perform a specific operation to the neural network.
뉴럴 네트워크는 출력의 오류를 최소화하는 방향으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습에서 반복적으로 학습 데이터를 뉴럴 네트워크에 입력시키고 학습 데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 출력과 타겟의 에러를 계산하고, 에러를 줄이기 위한 방향으로 뉴럴 네트워크의 에러를 뉴럴 네트워크의 출력 레이어에서부터 입력 레이어 방향으로 역전파(backpropagation)하여 뉴럴 네트워크의 각 노드의 가중치를 업데이트 하는 과정이다. 교사 학습의 경우 각각의 학습 데이터에 정답이 라벨링되어있는 학습 데이터를 사용하며(즉, 라벨링된 학습 데이터), 비교사 학습의 경우는 각각의 학습 데이터에 정답이 라벨링되어 있지 않을 수 있다. 즉, 예를 들어 데이터 분류에 관한 교사 학습의 경우의 학습 데이터는 학습 데이터 각각에 카테고리가 라벨링 된 데이터 일 수 있다. 라벨링된 학습 데이터가 뉴럴 네트워크에 입력되고, 뉴럴 네트워크의 출력(카테고리)과 학습 데이터의 라벨을 비교함으로써 오류(error)가 계산될 수 있다. 다른 예로, 데이터 분류에 관한 비교사 학습의 경우 입력인 학습 데이터가 뉴럴 네트워크 출력과 비교됨으로써 오류가 계산될 수 있다. 계산된 오류는 뉴럴 네트워크에서 역방향(즉, 출력 레이어에서 입력 레이어 방향)으로 역전파 되며, 역전파에 따라 뉴럴 네트워크의 각 레이어의 각 노드들의 연결 가중치가 업데이트 될 수 있다. 업데이트 되는 각 노드의 연결 가중치는 학습률(learning rate)에 따라 변화량이 결정될 수 있다. 입력 데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 계산과 에러의 역전파는 학습 사이클(epoch)을 구성할 수 있다. 학습률은 뉴럴 네트워크의 학습 사이클의 반복 횟수에 따라 상이하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 뉴럴 네트워크의 학습 초기에는 높은 학습률을 사용하여 뉴럴 네트워크가 빠르게 일정 수준의 성능을 확보하도록 하여 효율성을 높이고, 학습 후기에는 낮은 학습률을 사용하여 정확도를 높일 수 있다.Neural networks can be trained to minimize output errors. In neural network learning, learning data is repeatedly input into the neural network, the output of the neural network and the error of the target for the learning data are calculated, and the error of the neural network is transferred from the output layer of the neural network to the input layer in the direction of reducing the error. This is the process of updating the weight of each node in the neural network through backpropagation. In the case of teacher learning, learning data in which the correct answer is labeled in each learning data is used (i.e., labeled learning data), and in the case of non-teacher learning, the correct answer may not be labeled in each learning data. That is, for example, in the case of teacher learning regarding data classification, the learning data may be data in which each learning data is labeled with a category. Labeled training data is input to the neural network, and the error can be calculated by comparing the output (category) of the neural network with the label of the training data. As another example, in the case of non-teachable learning for data classification, the error can be calculated by comparing the input training data with the neural network output. The calculated error is backpropagated in the reverse direction (i.e., from the output layer to the input layer) in the neural network, and the connection weight of each node in each layer of the neural network can be updated according to backpropagation. The amount of change in the connection weight of each updated node may be determined according to the learning rate. The neural network's calculation of input data and backpropagation of errors can constitute a learning cycle (epoch). The learning rate may be applied differently depending on the number of repetitions of the learning cycle of the neural network. For example, in the early stages of neural network training, a high learning rate can be used to increase efficiency by allowing the neural network to quickly achieve a certain level of performance, and in the later stages of training, a low learning rate can be used to increase accuracy.
뉴럴 네트워크의 학습에서 일반적으로 학습 데이터는 실제 데이터(즉, 학습된 뉴럴 네트워크를 이용하여 처리하고자 하는 데이터)의 부분집합일 수 있으며, 따라서, 학습 데이터에 대한 오류는 감소하나 실제 데이터에 대해서는 오류가 증가하는 학습 사이클이 존재할 수 있다. 과적합(overfitting)은 이와 같이 학습 데이터에 과하게 학습하여 실제 데이터에 대한 오류가 증가하는 현상이다. 예를 들어, 노란색 고양이를 보여 고양이를 학습한 뉴럴 네트워크가 노란색 이외의 고양이를 보고는 고양이임을 인식하지 못하는 현상이 과적합의 일종일 수 있다. 과적합은 머신러닝 알고리즘의 오류를 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다. 이러한 과적합을 막기 위하여 다양한 최적화 방법이 사용될 수 있다. 과적합을 막기 위해서는 학습 데이터를 증가시키거나, 레귤라이제이션(regularization), 학습의 과정에서 네트워크의 노드 일부를 비활성화하는 드롭아웃(dropout), 배치 정규화 레이어(batch normalization layer)의 활용 등의 방법이 적용될 수 있다.In the learning of neural networks, the training data can generally be a subset of real data (i.e., the data to be processed using the learned neural network), and thus the error for the training data is reduced, but the error for the real data is reduced. There may be an incremental learning cycle. Overfitting is a phenomenon in which errors in actual data increase due to excessive learning on training data. For example, a phenomenon in which a neural network that learned a cat by showing a yellow cat fails to recognize that it is a cat when it sees a non-yellow cat may be a type of overfitting. Overfitting can cause errors in machine learning algorithms to increase. To prevent such overfitting, various optimization methods can be used. To prevent overfitting, methods such as increasing the learning data, regularization, dropout to disable some of the network nodes during the learning process, and use of a batch normalization layer can be applied. You can.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다.Figure 3 is a flowchart showing a process of performing prediction based on a graph neural network model according to an embodiment of the present disclosure.
배경기술에서 상술하였듯, 특정한 노드 분류 문제에 있어서는 노드가 분류되는 클래스 각각의 발생 빈도 또는 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 반영해야 할 필요성이 발생한다.As described above in the background, in a specific node classification problem, there is a need to reflect the frequency of occurrence of each class into which the node is classified or the topological distance information between nodes associated with the classes.
도 5에 도시된 화합물의 구조를 예로 들어 설명하면, 화합물이 키나아제에 결합하기 위해서는 일반적으로 화합물이 키나아제의 힌지 영역과 수소 결합할 수 있는 세부 구조를 가져야 한다. 키나아제의 힌지에서 화합물과 수소결합을 형성하는 부분은 문지기 잔기(gate-keeper residue, GK)를 기준으로, 문지기 잔기의 다음 잔기(GK+1)의 백본 카보닐 산소(수소결합 수용체), 문지기 잔기로부터 3번째 떨어진 잔기(GK+3)의 백본 카보닐 산소(수소결합 수용체)와 아미드 질소(수소결합 공여체)이다. 이에 따라 최대 3개의 위치에서 화합물이 키나아제 힌지와 수소 결합을 형성하므로, 화합물에서 키나아제의 힌지 영역과 수소결합하는 원자를 예측하는 문제에서는 클래스의 발생 빈도가 제한되어야 한다. 또한 각 클래스로 분류되는 노드들 사이의 위상학적 거리도 고려되어야 한다.Taking the structure of the compound shown in Figure 5 as an example, in order for a compound to bind to a kinase, the compound must generally have a detailed structure capable of hydrogen bonding with the hinge region of the kinase. The part in the hinge of the kinase that forms a hydrogen bond with the compound is based on the gate-keeper residue (GK), the backbone carbonyl oxygen (hydrogen bond acceptor) of the next residue (GK+1) of the gate-keeper residue, and the gate-keeper residue. The backbone carbonyl oxygen (hydrogen bond acceptor) and amide nitrogen (hydrogen bond donor) of the third residue (GK+3) from Accordingly, since the compound forms hydrogen bonds with the kinase hinge region at up to three positions, the frequency of occurrence of the class must be limited in the problem of predicting which atoms in a compound hydrogen bond with the hinge region of the kinase. Additionally, the topological distance between nodes classified into each class must be considered.
도 3에 따르면, 본 개시에 따른 그래프 신경망 모델을 기초로 예측을 수행하는 과정은 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬을 기초로 라벨 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계(S310), 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬을 기초로 예측 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계(S320), 라벨 클래스 정보 행렬 및 예측 클래스 정보 행렬 사이의 노름(norm)을 연산하는 단계(S330), 연산된 노름(norm)값이 최소가 되는 방향으로 그래프 신경망 모델을 학습하는 단계(S340), 학습된 그래프 신경망 모델을 활용하여, 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 단계(S350)를 포함한다.According to FIG. 3, the process of performing prediction based on the graph neural network model according to the present disclosure is to create a label based on a label value matrix containing label values of a plurality of nodes and a matrix containing distance information between a plurality of nodes. A step of calculating a class information matrix (S310), a step of calculating a predicted class information matrix based on a prediction value matrix including prediction values of a plurality of nodes and a matrix including distance information between a plurality of nodes (S320) , a step of calculating the norm between the label class information matrix and the predicted class information matrix (S330), a step of learning a graph neural network model in the direction where the calculated norm value is minimized (S340), and the learned It includes a step (S350) of performing a prediction based on the input information using a graph neural network model.
S310단계에서, 복수의 노드들의 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬을 기초로 라벨 클래스 정보 행렬이 연산된다.In step S310, a label class information matrix is calculated based on a label value matrix including label values of a plurality of nodes and a matrix including distance information between the plurality of nodes.
노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬은 각각의 노드들 및 노드들에 라벨링된 클래스 정보에 대한 행렬일 수 있다.The label value matrix containing the label values of the nodes may be a matrix for each node and class information labeled on the nodes.
예를 들어, 키나아제의 힌지 부위에 결합하는 화합물의 노드 분류 문제의 경우, 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬은 화합물의 각 노드들에 클래스 정보 즉 화합물과 결합하는 키나아제의 결합 위치에 대한 정보가 라벨링된 행렬일 수 있다. 구체적으로, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명하면, 도 5에 도시된 화합물을 구성하는 원자들은 키나아제의 결합 위치에 따라 4개의 클래스로 분류될 수 있다. 즉 화합물 내 N(질소 원자), O(산소 원자) 중에서, 문지기(gate keeper, GK)에 해당하는 아미노산 잔기로부터 첫번째(GK+1)로 가까운 아미노산 잔기의 백본 카르보닐 산소(backbone carbonyl Oxygen)에 수소 결합하는 원자는 클래스1, 화합물 내 N, O 중에서 문지기에 해당하는 아미노산 잔기로부터 세번째(GK+3)로 가까운 아미노산 잔기의 백본 아마이드 질소(backbone amide Nitrogen)에 수소 결합하는 원자는 클래스2, 화합물 내 N, O 중에서 문지기에 해당하는 아미노산 잔기로부터 세번째(GK+3)로 가까운 아미노산 잔기의 백본 카르보닐 산소에 수소 결합하는 원자는 클래스3, 그리고 화합물 내 N, O 중에서 클래스1 내지 클래스3에 해당하지 않는 원자는 클래스4로 분류될 수 있다.For example, in the case of a node classification problem of a compound that binds to the hinge region of a kinase, a label value matrix containing the label values of a plurality of nodes provides class information to each node of the compound, that is, the binding position of the kinase that binds to the compound. The information may be a labeled matrix. Specifically, when explaining using Figures 5 and 6, the atoms constituting the compound shown in Figure 5 can be classified into four classes according to the binding position of the kinase. That is, among the N (nitrogen atom) and O (oxygen atom) in the compound, from the amino acid residue corresponding to the gate keeper (GK) to the backbone carbonyl oxygen of the amino acid residue closest to the first (GK+1) The atom that hydrogen bonds to is class 1, and the atom that hydrogen bonds to the backbone amide nitrogen of the amino acid residue third (GK+3) closest to the amino acid residue corresponding to the gatekeeper among N and O in the compound is class 2, the compound. Among the N and O in the compound, the atom that hydrogen bonds to the backbone carbonyl oxygen of the third (GK+3) closest amino acid residue from the amino acid residue corresponding to the gatekeeper is class 3, and among the N and O in the compound, it corresponds to classes 1 to 3. Atoms that do not can be classified as class 4.
도 5에 도시된 화합물에서 키나아제의 힌지 영역과 결합할 수 있는 후보 원자는, 1, 5, 8, 10, 15, 19, 25, 35, 37, 39 번 원자이다. 키나아제의 결합 위치에 결합하는지 여부를 원-핫 벡터(one-hot vector)로 표현할 때, 라벨 값 행렬은 각 원자에 대한 정보를 행으로 하고 키나아제의 결합 위치에 결합하는지 여부에 대한 정보를 열로 한, (노드 수 X 클래스 수)크기를 가진 행렬일 수 있다. 해당 정보에 상응하는 라벨 값 행렬은 도 6이 도시하고 있다.Candidate atoms that can bind to the hinge region of the kinase in the compound shown in FIG. 5 are atoms 1, 5, 8, 10, 15, 19, 25, 35, 37, and 39. When expressing whether or not it binds to the binding site of a kinase as a one-hot vector, the label value matrix has information about each atom as a row and information about whether or not it binds to the binding site of a kinase as a column. , it can be a matrix with a size of (number of nodes Figure 6 shows the label value matrix corresponding to the information.
복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬은, 노드들이 분류되는 복수의 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 포함하는 행렬일 수 있다. 예를 들어, 화합물의 노드 분류 문제의 예시에서, 거리 정보를 포함하는 행렬은 화합물에 포함된 원자들의 위상학적 거리를 표현한 (노드 수 X 노드 수)크기를 가진 행렬일 수 있다.A matrix containing distance information between a plurality of nodes may be a matrix containing topological distance information between nodes associated with a plurality of classes into which the nodes are classified. For example, in the example of the node classification problem of a compound, the matrix containing distance information may be a matrix with a size (number of nodes
복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬을 , 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬을 라고 할 때, 라벨 클래스 정보 행렬은 [수학식 1]과 같이 연산될 수 있다.A label value matrix containing the label values of multiple nodes. , a matrix containing distance information between a plurality of nodes When we say that, the label class information matrix can be calculated as in [Equation 1].
이 때, R행렬은 (클래스 수 X 클래스 수)의 크기를 가지는 행렬이며, 행렬의 각 대각 원소(diagonal element) 는 i번째 클래스의 출현 빈도를 의미하고, 비대각 원소(off-diagonal element)인 는 i번째 클래스의 노드들과 j번째 클래스의 노드들의 위상학적 거리의 합을 의미한다.At this time, the R matrix is a matrix with a size of (number of classes means the frequency of occurrence of the ith class, and is an off-diagonal element. means the sum of the topological distances of the nodes of the i-th class and the nodes of the j-th class.
도 5를 참조하여 구체적으로 예를 들면, 도 5에서 화합물과 수소결합을 형성할 수 있는 키나아제의 힌지 영역의 위치는 3곳이고 최대 3개의 원자들이 키나아제의 힌지 영역과 결합하므로, 화합물에 포함된 원자에 대응되는 각 노드들은 3개의 클래스로 분류될 수 있다. 이 때, 라벨 행렬 R은 [수학식 2]과 같이 연산될 수 있다.For a specific example with reference to Figure 5, in Figure 5, there are three positions in the hinge region of the kinase that can form hydrogen bonds with the compound, and a maximum of three atoms are bonded to the hinge region of the kinase, so the Each node corresponding to an atom can be classified into three classes. At this time, the label matrix R can be calculated as in [Equation 2].
이 때, 행렬의 대각 원소인 은 각 3개의 클래스의 출현 빈도를 의미하고, 비대각 원소인 은 각각 클래스1의 노드들과 클래스2의 노드들의 위상학적 거리의 합, 클래스1의 노드들과 클래스3의 노드들의 위상학적 거리의 합, 클래스2의 노드들과 클래스3의 노드들의 위상학적 거리의 합을 의미할 수 있다.At this time, the diagonal elements of the matrix are means the frequency of occurrence of each of the three classes, and is an off-diagonal element is the sum of the topological distances of the nodes of class 1 and the nodes of class 2, the sum of the topological distances of the nodes of class 1 and the nodes of class 3, and the topological distance of the nodes of class 2 and the nodes of class 3, respectively. It can mean the sum of .
S320단계에서, 프로세서(110)는 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬을 기초로 예측 클래스 정보 행렬을 연산할 수 있다. 복수의 노드들이 각 클래스로 분류될 확률에 대한 정보 즉 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬을, , 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 행렬을 라고 할 때, 예측 클래스 정보 행렬 은 [수학식 3]과 같이 연산될 수 있다.In step S320, the processor 110 may calculate a prediction class information matrix based on a prediction value matrix including prediction values of a plurality of nodes and a matrix including distance information between the plurality of nodes. A prediction value matrix containing information about the probability that a plurality of nodes will be classified into each class, that is, prediction values, , a matrix containing distance information between a plurality of nodes When we say, the predicted class information matrix can be calculated as in [Equation 3].
행렬 의 각 성분은 각 노드의 예측된 로짓(logit)값을 소프트맥스(softmax)활성함수로 변형시킨 값일 수 있으나, 본 개시는 이에 한정하지 아니한다.procession Each component of may be a value obtained by transforming the predicted logit value of each node into a softmax activation function, but the present disclosure is not limited to this.
S330단계에서, 프로세서(110)는 라벨 클래스 정보 행렬 및 예측 클래스 정보 행렬 사이의 노름(norm)을 연산하여, 그 값을 그래프 인공 신경망의 손실 함수로 지정할 수 있다. 이 때 그래프 신경망의 손실 함수는 [수학식 4]와 같이 연산될 수 있다.In step S330, the processor 110 uses the label class information matrix and predicted class information matrix By calculating the norm between the values, the value can be specified as the loss function of the graph artificial neural network. At this time, the loss function of the graph neural network can be calculated as in [Equation 4].
S340단계에서, 프로세서(110)는 S330단계에서 연산된 손실 함수가 최소가 되는 방향으로 그래프 신경망 모델을 학습시킬 수 있다. 손실 함수가 라벨 클래스 정보 행렬과 예측 클래스 정보 행렬을 포함하고 있고, 각각의 클래스 정보 행렬은 클래스의 발생 빈도에 대한 정보 및 클래스의 노드들 사이의 위상학적 거리에 대한 정보를 포함하고 있다. 따라서 [수학식 5]를 손실 함수로 하여 그래프 신경망 모델을 학습시키는 경우, 클래스의 발생 빈도에 대한 제약조건과 위상학적 거리에 대한 제약조건을 반영하여 학습시키는 것이 가능하다.In step S340, the processor 110 may train the graph neural network model in a direction that minimizes the loss function calculated in step S330. The loss function includes a label class information matrix and a prediction class information matrix, and each class information matrix includes information about the frequency of occurrence of the class and information about the topological distance between nodes of the class. Therefore, when learning a graph neural network model using [Equation 5] as the loss function, it is possible to train it by reflecting the constraints on the frequency of occurrence of the class and the constraints on the topological distance.
또 다른 실시예로, 라벨 클래스 정보 행렬 전체와 예측 클래스 정보 행렬 전체에 대하여 노름(norm)을 구하는 대신, 행렬의 각 요소를 분리하여 각각의 노름(norm)을 연산함으로써, 다양한 문제에 맞추어 손실 함수를 설계할 수 있다. 예를 들어, 각각의 행렬의 대각 원소만을 사용하여 L2 노름(norm)을 연산하여 각 클래스의 출현 빈도를 고려하는 손실 함수를 설계하거나, 각각의 행렬의 비대각 원소만을 사용하여 L2 노름(norm)을 연산하여 각 클래스와 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 고려하는 손실 함수를 설계할 수 있다. 그러나 본 개시는 위와 같은 예시에 한정하지 않고, 다양한 형태의 손실함수들이 수학식으로부터 도출될 수 있다.In another embodiment, instead of calculating the norm for the entire label class information matrix and the entire prediction class information matrix, each element of the matrix is separated and each norm is calculated, thereby creating a loss function tailored to various problems. can be designed. For example, design a loss function that considers the frequency of occurrence of each class by calculating the L2 norm using only the diagonal elements of each matrix, or calculate the L2 norm using only the off-diagonal elements of each matrix. By calculating , you can design a loss function that considers topological distance information between nodes associated with each class. However, the present disclosure is not limited to the above example, and various types of loss functions can be derived from the equation.
S350단계에서, 프로세서(110)는 S340단계에서 학습된 그래프 신경망 모델을 활용하여, 입력된 정보를 기초로 예측을 수행할 수 있다. 위의 화합물과 키나아제의 예시를 따르면, 프로세서(110)는 학습된 그래프 신경망 모델을 활용하여 화합물의 구조에 대한 정보를 입력받아 각 노드가 키나아제의 힌지 영역 중 어느 곳과 결합하는지를 예측할 수 있다.In step S350, the processor 110 may perform prediction based on the input information using the graph neural network model learned in step S340. Following the above example of a compound and a kinase, the processor 110 can receive information about the structure of the compound using a learned graph neural network model and predict which of the hinge regions of the kinase each node binds to.
본 개시의 일 실시예에서, 프로세서(110)는 위와 같이 라벨 클래스 정보 행렬 및 예측 클래스 정보 행렬을 기초로 계산된 손실 함수를 제1 손실 함수라고 지정하고, 제1 손실 함수와 함께 크로스 엔트로피(cross entropy)를 기초로 연산되는 제2 손실 함수를 함께 사용하여 그래프 신경망 모델을 학습시킬 수 있다. 크로스 엔트로피 손실 함수는 그래프 신경망의 성능을 향상시키기 위해 주로 사용되는 손실 함수이므로, 두 종류의 손실 함수를 함께 사용함으로써 최종적으로 훈련된 그래프 신경망의 성능이 더 높아질 수 있다. 이 때, 모델을 학습시키기 위한 최종 손실 함수는 [수학식 5]와 같이 표현될 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the processor 110 designates the loss function calculated based on the label class information matrix and the prediction class information matrix as the first loss function as above, and generates a cross entropy (cross entropy) together with the first loss function. A graph neural network model can be trained by using a second loss function calculated based on entropy. Since the cross-entropy loss function is a loss function mainly used to improve the performance of graph neural networks, the performance of the final trained graph neural network can be higher by using the two types of loss functions together. At this time, the final loss function for training the model can be expressed as [Equation 5].
이 때,는 크로스 엔트로피 손실 함수, 는 본 개시에 따른 클래스들 각각의 발생 빈도 및 거리 정보가 반영된 손실 함수일 수 있다.At this time, is the cross-entropy loss function, may be a loss function that reflects the frequency of occurrence and distance information of each class according to the present disclosure.
또 다른 실시예로, 그래프 신경망 모델을 학습시키기 위한 손실 함수는 제1 손실 함수와 제2 손실 함수의 가중합 연산으로 결정될 수 있다. 이 때, 모델을 학습시키기 위한 최종 손실 함수는 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.In another embodiment, a loss function for training a graph neural network model may be determined by calculating a weighted sum of a first loss function and a second loss function. At this time, the final loss function for training the model can be expressed as [Equation 6].
이 때, 는 제2 손실 함수 즉 크로스 엔트로피 손실 함수의 가중치, 는 크로스 엔트로피 손실 함수, 는 본 개시에 따른 클래스들 각각의 발생 빈도 및 거리 정보가 반영된 손실 함수의 가중치, 는 본 개시에 따른 클래스들 각각의 발생 빈도 및 클래스들과 연관된 거리 정보가 반영된 손실 함수일 수 있다.At this time, is the weight of the second loss function, that is, the cross-entropy loss function, is the cross-entropy loss function, is the weight of the loss function reflecting the frequency of occurrence and distance information of each class according to the present disclosure, May be a loss function that reflects the frequency of occurrence of each class and distance information associated with the classes according to the present disclosure.
위와 같이 본 개시에서 클래스들 각각의 발생 빈도 및 클래스들과 연관된 거리 정보가 반영된 손실 함수와 크로스 엔트로피 손실 함수를 함께 사용하여 그래프 신경망 모델을 학습시키는 경우 그래프 신경망은 발생 빈도 및 거리에 따른 제약 조건을 더 잘 반영하는 방향으로 학습될 수 있는 한편, 각 손실 함수에 부여된 가중치를 조절 또는 스케쥴링함으로써 각 손실함수의 기여도 혹은 기여 시점을 조절할 수 있다. As described above, in this disclosure, when a graph neural network model is trained using a loss function reflecting the frequency of occurrence of each class and the distance information associated with the classes together with a cross-entropy loss function, the graph neural network applies constraints according to the frequency of occurrence and distance. While it can be learned to reflect better, the contribution or contribution timing of each loss function can be adjusted by adjusting or scheduling the weight assigned to each loss function.
예를 들어, 화합물을 구성하는 원자 중 키나아제와 수소결합하는 원자의 위치를 예측하는 문제는 라벨 데이터의 클래스 비대칭성이 매우 크다. 즉 특정 클래스의 데이터가 다른 클래스의 데이터에 비해 현저히 많다. 이러한 클래스 비대칭성이 존재할 때, 크로스 엔트로피 함수만으로 그래프 신경망을 학습시키는 경우 상대적으로 낮은 예측치를 보인다. 반면 본 개시와 같이 클래스들 각각의 발생 빈도와 거리 정보를 반영한 손실 함수를 적용하는 경우, 그래프 신경망 모델의 예측의 정확도가 향상될 수 있다. For example, in the problem of predicting the location of the atom that hydrogen bonds with a kinase among the atoms constituting a compound, the class asymmetry of the label data is very large. In other words, the data of a specific class is significantly more than the data of other classes. When such class asymmetry exists, training a graph neural network using only the cross-entropy function shows relatively low prediction values. On the other hand, when applying a loss function that reflects the frequency of occurrence and distance information of each class as in the present disclosure, the prediction accuracy of the graph neural network model can be improved.
또한 본 개시의 클래스들 각각의 발생 빈도와 거리 정보를 반영한 손실 함수는 비대칭성이 큰 경우와 작은 경우 모두에서 그래프 신경망 모델의 성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 클래스 비대칭성이 상대적으로 큰 클래스에 대한 모델의 정확도가 향상되지만 클래스 비대칭성이 상대적으로 작은 클래스에 대해서는 예측 정확도가 희생되는, 소위 정확도 역설(accuracy paradox)현상을 해결할 수 있다.In addition, since the loss function that reflects the frequency of occurrence and distance information of each class of the present disclosure can improve the performance of the graph neural network model in both cases where asymmetry is large and small, This can solve the so-called accuracy paradox phenomenon, in which model accuracy improves but prediction accuracy is sacrificed for classes with relatively small class asymmetry.
궁극적으로, 본 개시를 통하여 그래프 신경망 모델의 성능이 더 향상되어 보다 정확한 예측을 수행할 수 있다.Ultimately, through this disclosure, the performance of the graph neural network model can be further improved to perform more accurate predictions.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따라 그래프 신경망 모델의 학습 방법이 개시된다. Meanwhile, according to an embodiment of the present disclosure, a method for learning a graph neural network model is disclosed.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 그래프 신경망 모델의 학습 방법을 나타낸 순서도이다.Figure 4 is a flowchart showing a method of learning a graph neural network model according to an embodiment of the present disclosure.
도 4에 따른 그래프 신경망 모델의 학습 방법은 복수의 노드들의 라벨 값들과 관련된 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계(S410), 복수의 노드들의 예측 값들과 관련된 제2클래스 정보 행렬을 연산하는 단계(S420), 제1 클래스 정보 행렬 및 제2 클래스 정보 행렬에 기초하여 손실 함수를 연산하는 단계(S430), 및 손실 함수에 기초하여, 그래프 신경망 모델을 학습시키는 방법을 포함할 수 있다.The learning method of the graph neural network model according to FIG. 4 includes calculating a first class information matrix related to the label values of a plurality of nodes (S410), and calculating a second class information matrix related to the predicted values of a plurality of nodes (S410). S420), calculating a loss function based on the first class information matrix and the second class information matrix (S430), and a method of training a graph neural network model based on the loss function.
S410단계에서, 프로세서(110)는 복수의 노드들의 라벨 값들과 관련된 제1 클래스 정보 행렬을 연산할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(110)는 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬, 및 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬을 기초로 제1 클래스 정보 행렬을 연산할 수 있다. 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 방법은 도 3의 라벨 클래스 정보 행렬을 연산하는 방법에 대응될 수 있다. 라벨 클래스 정보 행렬을 연산하는 구체적인 방법은 도 3을 참조하여 상술하였다.In step S410, the processor 110 may calculate a first class information matrix related to label values of a plurality of nodes. Specifically, the processor 110 may calculate the first class information matrix based on a label value matrix including label values of a plurality of nodes and a distance matrix including distance information between a plurality of nodes. The method of calculating the first class information matrix may correspond to the method of calculating the label class information matrix of FIG. 3. A specific method of calculating the label class information matrix was described in detail with reference to FIG. 3.
S420단계에서, 프로세서(110)는 복수의 노드들의 예측 값들과 관련된 제2 클래스 정보 행렬을 연산할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(110)는 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬, 및 거리 행렬을 기초로 제2 클래스 정보 행렬을 연산할 수 있다. 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 방법은 도 3의 예측 클래스 정보 행렬을 연산하는 방법에 대응될 수 있다. 예측 클래스 정보 행렬을 연산하는 구체적인 방법은 도 3을 참조하여 상술하였다. In step S420, the processor 110 may calculate a second class information matrix related to the predicted values of the plurality of nodes. Specifically, the processor 110 may calculate a second class information matrix based on a prediction value matrix including prediction values of a plurality of nodes and a distance matrix. The method of calculating the second class information matrix may correspond to the method of calculating the predicted class information matrix of FIG. 3. A specific method of calculating the prediction class information matrix was described in detail with reference to FIG. 3.
S410단계 및 S420단계에서 연산된 제1 클래스 정보 행렬 및 제2 클래스 정보 행렬 각각은, 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도 및 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 포함할 수 있다.Each of the first class information matrix and the second class information matrix calculated in steps S410 and S420 may include the frequency of occurrence of each of the plurality of classes and distance information associated with the plurality of classes.
S430단계에서, 프로세서(110)는 제1 클래스 정보 행렬 및 제2클래스 정보 행렬에 기초하여, 손실 함수를 계산할 수 있다. 이 때, 손실 함수는 제1 클래스 정보 행렬과 제2클래스 정보 행렬의 노름(norm)값으로 연산될 수 있다.In step S430, the processor 110 may calculate a loss function based on the first class information matrix and the second class information matrix. At this time, the loss function can be calculated using the norm values of the first class information matrix and the second class information matrix.
위와 같이 본 개시의 그래프 신경망 모델의 학습 방법을 통해 클래스들 각각의 발생 빈도 및 클래스들과 연관된 거리 정보가 반영된 손실 함수와 크로스 엔트로피 손실 함수를 함께 사용하여 그래프 신경망 모델을 학습시키는 경우, 학습된 그래프 신경망은 발생 빈도 및 거리에 따른 제약 조건을 더 잘 반영할 수 있다. 따라서 본 개시의 그래프 신경망 모델의 학습 방법에 의해 학습된 그래프 신경망의 성능이 향상될 수 있다.As described above, when a graph neural network model is trained using a loss function reflecting the frequency of occurrence of each class and distance information associated with the classes and a cross-entropy loss function through the learning method of the graph neural network model of the present disclosure, the learned graph Neural networks can better reflect constraints based on frequency of occurrence and distance. Therefore, the performance of a graph neural network learned by the learning method of the graph neural network model of the present disclosure can be improved.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따라 데이터 구조를 저장한 컴퓨터 판독가능 매체가 개시된다.Meanwhile, according to an embodiment of the present disclosure, a computer-readable medium storing a data structure is disclosed.
데이터 구조는 데이터에 효율적인 접근 및 수정을 가능하게 하는 데이터의 조직, 관리, 저장을 의미할 수 있다. 데이터 구조는 특정 문제(예를 들어, 최단 시간으로 데이터 검색, 데이터 저장, 데이터 수정) 해결을 위한 데이터의 조직을 의미할 수 있다. 데이터 구조는 특정한 데이터 처리 기능을 지원하도록 설계된, 데이터 요소들 간의 물리적이거나 논리적인 관계로 정의될 수도 있다. 데이터 요소들 간의 논리적인 관계는 사용자 정의 데이터 요소들 간의 연결관계를 포함할 수 있다. 데이터 요소들 간의 물리적인 관계는 컴퓨터 판독가능 저장매체(예를 들어, 영구 저장 장치)에 물리적으로 저장되어 있는 데이터 요소들 간의 실제 관계를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 구체적으로 데이터의 집합, 데이터 간의 관계, 데이터에 적용할 수 있는 함수 또는 명령어를 포함할 수 있다. 효과적으로 설계된 데이터 구조를 통해 컴퓨팅 장치는 컴퓨팅 장치의 자원을 최소한으로 사용하면서 연산을 수행할 수 있다. 구체적으로 컴퓨팅 장치는 효과적으로 설계된 데이터 구조를 통해 연산, 읽기, 삽입, 삭제, 비교, 교환, 검색의 효율성을 높일 수 있다.Data structure can refer to the organization, management, and storage of data to enable efficient access and modification of data. Data structure can refer to the organization of data to solve a specific problem (e.g., retrieving data, storing data, or modifying data in the shortest possible time). A data structure may be defined as a physical or logical relationship between data elements designed to support a specific data processing function. Logical relationships between data elements may include connection relationships between user-defined data elements. Physical relationships between data elements may include actual relationships between data elements that are physically stored in a computer-readable storage medium (e.g., a persistent storage device). A data structure may specifically include a set of data, relationships between data, and functions or instructions applicable to the data. Effectively designed data structures allow computing devices to perform computations while minimizing the use of the computing device's resources. Specifically, computing devices can increase the efficiency of operations, reading, insertion, deletion, comparison, exchange, and search through effectively designed data structures.
데이터 구조는 데이터 구조의 형태에 따라 선형 데이터 구조와 비선형 데이터 구조로 구분될 수 있다. 선형 데이터 구조는 하나의 데이터 뒤에 하나의 데이터만이 연결되는 구조일 수 있다. 선형 데이터 구조는 리스트(List), 스택(Stack), 큐(Queue), 데크(Deque)를 포함할 수 있다. 리스트는 내부적으로 순서가 존재하는 일련의 데이터 집합을 의미할 수 있다. 리스트는 연결 리스트(Linked List)를 포함할 수 있다. 연결 리스트는 각각의 데이터가 포인터를 가지고 한 줄로 연결되어 있는 방식으로 데이터가 연결된 데이터 구조일 수 있다. 연결 리스트에서 포인터는 다음이나 이전 데이터와의 연결 정보를 포함할 수 있다. 연결 리스트는 형태에 따라 단일 연결 리스트, 이중 연결 리스트, 원형 연결 리스트로 표현될 수 있다. 스택은 제한적으로 데이터에 접근할 수 있는 데이터 나열 구조일 수 있다. 스택은 데이터 구조의 한 쪽 끝에서만 데이터를 처리(예를 들어, 삽입 또는 삭제)할 수 있는 선형 데이터 구조일 수 있다. 스택에 저장된 데이터는 늦게 들어갈수록 빨리 나오는 데이터 구조(LIFO-Last in First Out)일 수 있다. 큐는 제한적으로 데이터에 접근할 수 있는 데이터 나열 구조로서, 스택과 달리 늦게 저장된 데이터일수록 늦게 나오는 데이터 구조(FIFO-First in First Out)일 수 있다. 데크는 데이터 구조의 양 쪽 끝에서 데이터를 처리할 수 있는 데이터 구조일 수 있다.Data structures can be divided into linear data structures and non-linear data structures depending on the type of data structure. A linear data structure may be a structure in which only one piece of data is connected to another piece of data. Linear data structures may include List, Stack, Queue, and Deque. A list can refer to a set of data that has an internal order. The list may include a linked list. A linked list may be a data structure in which data is connected in such a way that each data is connected in a single line with a pointer. In a linked list, a pointer may contain connection information to the next or previous data. Depending on its form, a linked list can be expressed as a singly linked list, a doubly linked list, or a circularly linked list. A stack may be a data listing structure that allows limited access to data. A stack can be a linear data structure in which data can be processed (for example, inserted or deleted) at only one end of the data structure. Data stored in the stack may have a data structure (LIFO-Last in First Out) where the later it enters, the sooner it comes out. A queue is a data listing structure that allows limited access to data. Unlike the stack, it can be a data structure (FIFO-First in First Out) where data stored later is released later. A deck can be a data structure that can process data at both ends of the data structure.
비선형 데이터 구조는 하나의 데이터 뒤에 복수개의 데이터가 연결되는 구조일 수 있다. 비선형 데이터 구조는 그래프(Graph) 데이터 구조를 포함할 수 있다. 그래프 데이터 구조는 정점(Vertex)과 간선(Edge)으로 정의될 수 있으며 간선은 서로 다른 두개의 정점을 연결하는 선을 포함할 수 있다. 그래프 데이터 구조 트리(Tree) 데이터 구조를 포함할 수 있다. 트리 데이터 구조는 트리에 포함된 복수개의 정점 중에서 서로 다른 두개의 정점을 연결시키는 경로가 하나인 데이터 구조일 수 있다. 즉 그래프 데이터 구조에서 루프(loop)를 형성하지 않는 데이터 구조일 수 있다.A non-linear data structure may be a structure in which multiple pieces of data are connected behind one piece of data. Nonlinear data structures may include graph data structures. A graph data structure can be defined by vertices and edges, and an edge can include a line connecting two different vertices. Graph data structure may include a tree data structure. A tree data structure may be a data structure in which there is only one path connecting two different vertices among a plurality of vertices included in the tree. In other words, it may be a data structure that does not form a loop in the graph data structure.
본 명세서에 걸쳐, 연산 모델, 신경망, 네트워크 함수, 뉴럴 네트워크(neural network)는 동일한 의미로 사용될 수 있다. 이하에서는 신경망으로 통일하여 기술한다. 데이터 구조는 신경망을 포함할 수 있다. 그리고 신경망을 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망을 포함한 데이터 구조는 또한 신경망에 의한 처리를 위하여 전처리된 데이터, 신경망에 입력되는 데이터, 신경망의 가중치, 신경망의 하이퍼 파라미터, 신경망으로부터 획득한 데이터, 신경망의 각 노드 또는 레이어와 연관된 활성 함수, 신경망의 학습을 위한 손실 함수 등을 포함할 수 있다. 신경망을 포함한 데이터 구조는 상기 개시된 구성들 중 임의의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 즉 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망에 의한 처리를 위하여 전처리된 데이터, 신경망에 입력되는 데이터, 신경망의 가중치, 신경망의 하이퍼 파라미터, 신경망으로부터 획득한 데이터, 신경망의 각 노드 또는 레이어와 연관된 활성 함수, 신경망의 학습을 위한 손실 함수 등 전부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 전술한 구성들 이외에도, 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망의 특성을 결정하는 임의의 다른 정보를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 구조는 신경망의 연산 과정에 사용되거나 발생되는 모든 형태의 데이터를 포함할 수 있으며 전술한 사항에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 기록 매체 및/또는 컴퓨터 판독가능 전송 매체를 포함할 수 있다. 신경망은 일반적으로 노드라 지칭될 수 있는 상호 연결된 계산 단위들의 집합으로 구성될 수 있다. 이러한 노드들은 뉴런(neuron)들로 지칭될 수도 있다. 신경망은 적어도 하나 이상의 노드들을 포함하여 구성된다.Throughout this specification, computational model, neural network, network function, and neural network may be used interchangeably. Below, it is described in a unified manner as a neural network. Data structures may include neural networks. And the data structure including the neural network may be stored in a computer-readable medium. Data structures including neural networks also include data preprocessed for processing by a neural network, data input to the neural network, weights of the neural network, hyperparameters of the neural network, data acquired from the neural network, activation functions associated with each node or layer of the neural network, neural network It may include a loss function for learning. A data structure containing a neural network may include any of the components disclosed above. In other words, the data structure including the neural network includes data preprocessed for processing by the neural network, data input to the neural network, weights of the neural network, hyperparameters of the neural network, data acquired from the neural network, activation functions associated with each node or layer of the neural network, neural network It may be configured to include all or any combination of the loss function for learning. In addition to the configurations described above, a data structure containing a neural network may include any other information that determines the characteristics of the neural network. Additionally, the data structure may include all types of data used or generated in the computational process of a neural network and is not limited to the above. Computer-readable media may include computer-readable recording media and/or computer-readable transmission media. A neural network can generally consist of a set of interconnected computational units, which can be referred to as nodes. These nodes may also be referred to as neurons. A neural network consists of at least one node.
데이터 구조는 신경망에 입력되는 데이터를 포함할 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터를 포함하는 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터는 신경망 학습 과정에서 입력되는 학습 데이터 및/또는 학습이 완료된 신경망에 입력되는 입력 데이터를 포함할 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터는 전처리(pre-processing)를 거친 데이터 및/또는 전처리 대상이 되는 데이터를 포함할 수 있다. 전처리는 데이터를 신경망에 입력시키기 위한 데이터 처리 과정을 포함할 수 있다. 따라서 데이터 구조는 전처리 대상이 되는 데이터 및 전처리로 발생되는 데이터를 포함할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure may include data input to the neural network. A data structure containing data input to a neural network may be stored in a computer-readable medium. Data input to the neural network may include learning data input during the neural network learning process and/or input data input to the neural network on which training has been completed. Data input to the neural network may include data that has undergone pre-processing and/or data subject to pre-processing. Preprocessing may include a data processing process to input data into a neural network. Therefore, the data structure may include data subject to preprocessing and data generated by preprocessing. The above-described data structure is only an example and the present disclosure is not limited thereto.
데이터 구조는 신경망의 가중치를 포함할 수 있다. (본 명세서에서 가중치, 파라미터는 동일한 의미로 사용될 수 있다.) 그리고 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망은 복수개의 가중치를 포함할 수 있다. 가중치는 가변적일 수 있으며, 신경망이 원하는 기능을 수행하기 위해, 사용자 또는 알고리즘에 의해 가변 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 노드에 하나 이상의 입력 노드가 각각의 링크에 의해 상호 연결된 경우, 출력 노드는 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드들에 입력된 값들 및 각각의 입력 노드들에 대응하는 링크에 설정된 가중치에 기초하여 출력 노드에서 출력되는 데이터 값을 결정할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure may include the weights of the neural network. (In this specification, weights and parameters may be used with the same meaning.) And the data structure including the weights of the neural network may be stored in a computer-readable medium. A neural network may include multiple weights. Weights may be variable and may be varied by the user or algorithm in order for the neural network to perform the desired function. For example, when one or more input nodes are connected to one output node by respective links, the output node is set to the values input to the input nodes connected to the output node and the links corresponding to each input node. Based on the weight, the data value output from the output node can be determined. The above-described data structure is only an example and the present disclosure is not limited thereto.
제한이 아닌 예로서, 가중치는 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치 및/또는 신경망 학습이 완료된 가중치를 포함할 수 있다. 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치는 학습 사이클이 시작되는 시점의 가중치 및/또는 학습 사이클 동안 가변되는 가중치를 포함할 수 있다. 신경망 학습이 완료된 가중치는 학습 사이클이 완료된 가중치를 포함할 수 있다. 따라서 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치 및/또는 신경망 학습이 완료된 가중치를 포함한 데이터 구조를 포함할 수 있다. 그러므로 상술한 가중치 및/또는 각 가중치의 조합은 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조에 포함되는 것으로 한다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.As an example and not a limitation, the weights may include weights that are changed during the neural network learning process and/or weights for which neural network learning has been completed. Weights that change during the neural network learning process may include weights that change at the start of the learning cycle and/or weights that change during the learning cycle. Weights for which neural network training has been completed may include weights for which a learning cycle has been completed. Therefore, the data structure including the weights of the neural network may include weights that are changed during the neural network learning process and/or the data structure including the weights for which neural network learning has been completed. Therefore, the above-mentioned weights and/or combinations of each weight are included in the data structure including the weights of the neural network. The above-described data structure is only an example and the present disclosure is not limited thereto.
신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 직렬화(serialization) 과정을 거친 후 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 메모리, 하드 디스크)에 저장될 수 있다. 직렬화는 데이터 구조를 동일하거나 다른 컴퓨팅 장치에 저장하고 나중에 다시 재구성하여 사용할 수 있는 형태로 변환하는 과정일 수 있다. 컴퓨팅 장치는 데이터 구조를 직렬화하여 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 직렬화된 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 역직렬화(deserialization)를 통해 동일한 컴퓨팅 장치 또는 다른 컴퓨팅 장치에서 재구성될 수 있다. 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 직렬화에 한정되는 것은 아니다. 나아가 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 컴퓨팅 장치의 자원을 최소한으로 사용하면서 연산의 효율을 높이기 위한 데이터 구조(예를 들어, 비선형 데이터 구조에서 B-Tree, Trie, m-way search tree, AVL tree, Red-Black Tree)를 포함할 수 있다. 전술한 사항은 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure including the weights of the neural network may be stored in a computer-readable storage medium (e.g., memory, hard disk) after going through a serialization process. Serialization can be the process of converting a data structure into a form that can be stored on the same or a different computing device and later reconstituted and used. Computing devices can transmit and receive data over a network by serializing data structures. Data structures containing the weights of a serialized neural network can be reconstructed on the same computing device or on a different computing device through deserialization. The data structure including the weights of the neural network is not limited to serialization. Furthermore, the data structure including the weights of the neural network is a data structure to increase computational efficiency while minimizing the use of computing device resources (e.g., in non-linear data structures, B-Tree, Trie, m-way search tree, AVL tree, Red-Black Tree) may be included. The foregoing is merely an example and the present disclosure is not limited thereto.
데이터 구조는 신경망의 하이퍼 파라미터(Hyper-parameter)를 포함할 수 있다. 그리고 신경망의 하이퍼 파라미터를 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 하이퍼 파라미터는 사용자에 의해 가변되는 변수일 수 있다. 하이퍼 파라미터는 예를 들어, 학습률(learning rate), 비용 함수(cost function), 학습 사이클 반복 횟수, 가중치 초기화(Weight initialization)(예를 들어, 가중치 초기화 대상이 되는 가중치 값의 범위 설정), Hidden Unit 개수(예를 들어, 히든 레이어의 개수, 히든 레이어의 노드 수)를 포함할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure may include hyper-parameters of a neural network. And the data structure including the hyperparameters of the neural network can be stored in a computer-readable medium. A hyperparameter may be a variable that can be changed by the user. Hyperparameters include, for example, learning rate, cost function, number of learning cycle repetitions, weight initialization (e.g., setting the range of weight values subject to weight initialization), Hidden Unit. It may include a number (e.g., number of hidden layers, number of nodes in hidden layers). The above-described data structure is only an example and the present disclosure is not limited thereto.
도 7은 본 개시의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경에 대한 간략하고 일반적인 개략도이다.7 is a brief, general schematic diagram of an example computing environment in which embodiments of the present disclosure may be implemented.
본 개시가 일반적으로 컴퓨팅 장치에 의해 구현될 수 있는 것으로 전술되었지만, 당업자라면 본 개시가 하나 이상의 컴퓨터 상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 실행가능 명령어 및/또는 기타 프로그램 모듈들과 결합되어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로써 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.Although the present disclosure has generally been described above as being capable of being implemented by a computing device, those skilled in the art will understand that the present disclosure can be implemented in combination with computer-executable instructions and/or other program modules that can be executed on one or more computers and/or in hardware and software. It will be well known that it can be implemented as a combination.
일반적으로, 프로그램 모듈은 특정의 태스크를 수행하거나 특정의 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 컴포넌트, 데이터 구조, 기타 등등을 포함한다. 또한, 당업자라면 본 개시의 방법이 단일-프로세서 또는 멀티프로세서 컴퓨터 시스템, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터는 물론 퍼스널 컴퓨터, 핸드헬드(handheld) 컴퓨팅 장치, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램가능 가전 제품, 기타 등등(이들 각각은 하나 이상의 연관된 장치와 연결되어 동작할 수 있음)을 비롯한 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.Typically, program modules include routines, programs, components, data structures, etc. that perform specific tasks or implement specific abstract data types. Additionally, those skilled in the art will understand that the methods of the present disclosure are applicable to single-processor or multiprocessor computer systems, minicomputers, mainframe computers, as well as personal computers, handheld computing devices, microprocessor-based or programmable consumer electronics, etc. It will be appreciated that each of these may be implemented in other computer system configurations, including those capable of operating in conjunction with one or more associated devices.
본 개시의 설명된 실시예들은 또한 어떤 태스크들이 통신 네트워크를 통해 연결되어 있는 원격 처리 장치들에 의해 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 둘 다에 위치할 수 있다.The described embodiments of the disclosure can also be practiced in distributed computing environments where certain tasks are performed by remote processing devices that are linked through a communications network. In a distributed computing environment, program modules may be located in both local and remote memory storage devices.
컴퓨터는 통상적으로 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 매체는 그 어떤 것이든지 컴퓨터 판독가능 매체가 될 수 있고, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체, 일시적(transitory) 및 비일시적(non-transitory) 매체, 이동식 및 비-이동식 매체를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 판독가능 전송 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보를 저장하는 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성 매체, 일시적 및 비-일시적 매체, 이동식 및 비이동식 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, CD-ROM, DVD(digital video disk) 또는 기타 광 디스크 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있고 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 기타 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.Computers typically include a variety of computer-readable media. Computer-readable media can be any medium that can be accessed by a computer, and such computer-readable media includes volatile and non-volatile media, transitory and non-transitory media, removable and non-transitory media. Includes removable media. By way of example, and not limitation, computer-readable media may include computer-readable storage media and computer-readable transmission media. Computer-readable storage media refers to volatile and non-volatile media, transient and non-transitory media, removable and non-removable, implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Includes media. Computer-readable storage media may include RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other memory technology, CD-ROM, digital video disk (DVD) or other optical disk storage, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk storage or other magnetic storage. This includes, but is not limited to, a device, or any other medium that can be accessed by a computer and used to store desired information.
컴퓨터 판독가능 전송 매체는 통상적으로 반송파(carrier wave) 또는 기타 전송 메커니즘(transport mechanism)과 같은 피변조 데이터 신호(modulated data signal)에 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터 등을 구현하고 모든 정보 전달 매체를 포함한다. 피변조 데이터 신호라는 용어는 신호 내에 정보를 인코딩하도록 그 신호의 특성들 중 하나 이상을 설정 또는 변경시킨 신호를 의미한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 전송 매체는 유선 네트워크 또는 직접 배선 접속(direct-wired connection)과 같은 유선 매체, 그리고 음향, RF, 적외선, 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함한다. 상술된 매체들 중 임의의 것의 조합도 역시 컴퓨터 판독가능 전송 매체의 범위 안에 포함되는 것으로 한다.A computer-readable transmission medium typically implements computer-readable instructions, data structures, program modules, or other data on a modulated data signal, such as a carrier wave or other transport mechanism. Includes all information delivery media. The term modulated data signal refers to a signal in which one or more of the characteristics of the signal have been set or changed to encode information within the signal. By way of example, and not limitation, computer-readable transmission media includes wired media such as a wired network or direct-wired connection, and wireless media such as acoustic, RF, infrared, and other wireless media. Combinations of any of the above are also intended to be included within the scope of computer-readable transmission media.
컴퓨터(1102)를 포함하는 본 개시의 여러가지 측면들을 구현하는 예시적인 환경(1100)이 나타내어져 있으며, 컴퓨터(1102)는 처리 장치(1104), 시스템 메모리(1106) 및 시스템 버스(1108)를 포함한다. 시스템 버스(1108)는 시스템 메모리(1106)(이에 한정되지 않음)를 비롯한 시스템 컴포넌트들을 처리 장치(1104)에 연결시킨다. 처리 장치(1104)는 다양한 상용 프로세서들 중 임의의 프로세서일 수 있다. 듀얼 프로세서 및 기타 멀티프로세서 아키텍처도 역시 처리 장치(1104)로서 이용될 수 있다.An example environment 1100 is shown that implements various aspects of the present disclosure, including a computer 1102, which includes a processing unit 1104, a system memory 1106, and a system bus 1108. do. System bus 1108 couples system components, including but not limited to system memory 1106, to processing unit 1104. Processing unit 1104 may be any of a variety of commercially available processors. Dual processors and other multiprocessor architectures may also be used as processing unit 1104.
시스템 버스(1108)는 메모리 버스, 주변장치 버스, 및 다양한 상용 버스 아키텍처 중 임의의 것을 사용하는 로컬 버스에 추가적으로 상호 연결될 수 있는 몇 가지 유형의 버스 구조 중 임의의 것일 수 있다. 시스템 메모리(1106)는 판독 전용 메모리(ROM)(1110) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1112)를 포함한다. 기본 입/출력 시스템(BIOS)은 ROM, EPROM, EEPROM 등의 비휘발성 메모리(1110)에 저장되며, 이 BIOS는 시동 중과 같은 때에 컴퓨터(1102) 내의 구성요소들 간에 정보를 전송하는 일을 돕는 기본적인 루틴을 포함한다. RAM(1112)은 또한 데이터를 캐싱하기 위한 정적 RAM 등의 고속 RAM을 포함할 수 있다.System bus 1108 may be any of several types of bus structures that may further be interconnected to a memory bus, peripheral bus, and local bus using any of a variety of commercial bus architectures. System memory 1106 includes read only memory (ROM) 1110 and random access memory (RAM) 1112. The basic input/output system (BIOS) is stored in non-volatile memory 1110, such as ROM, EPROM, and EEPROM, and is a basic input/output system that helps transfer information between components within the computer 1102, such as during startup. Contains routines. RAM 1112 may also include high-speed RAM, such as static RAM, for caching data.
컴퓨터(1102)는 또한 내장형 하드 디스크 드라이브(HDD)(1114)(예를 들어, EIDE, SATA)-이 내장형 하드 디스크 드라이브(1114)는 또한 적당한 섀시(도시 생략) 내에서 외장형 용도로 구성될 수 있음-, 자기 플로피 디스크 드라이브(FDD)(1116)(예를 들어, 이동식 디스켓(1118)으로부터 판독을 하거나 그에 기록을 하기 위한 것임), 및 광 디스크 드라이브(1120)(예를 들어, CD-ROM 디스크(1122)를 판독하거나 DVD 등의 기타 고용량 광 매체로부터 판독을 하거나 그에 기록을 하기 위한 것임)를 포함한다. 하드 디스크 드라이브(1114), 자기 디스크 드라이브(1116) 및 광 디스크 드라이브(1120)는 각각 하드 디스크 드라이브 인터페이스(1124), 자기 디스크 드라이브 인터페이스(1126) 및 광 드라이브 인터페이스(1128)에 의해 시스템 버스(1108)에 연결될 수 있다. 외장형 드라이브 구현을 위한 인터페이스(1124)는 USB(Universal Serial Bus) 및 IEEE 1394 인터페이스 기술 중 적어도 하나 또는 그 둘 다를 포함한다.Computer 1102 may also include an internal hard disk drive (HDD) 1114 (e.g., EIDE, SATA)—the internal hard disk drive 1114 may also be configured for external use within a suitable chassis (not shown). Yes - a magnetic floppy disk drive (FDD) 1116 (e.g., for reading from or writing to a removable diskette 1118), and an optical disk drive 1120 (e.g., a CD-ROM for reading the disk 1122 or reading from or writing to other high-capacity optical media such as DVDs). Hard disk drive 1114, magnetic disk drive 1116, and optical disk drive 1120 are connected to system bus 1108 by hard disk drive interface 1124, magnetic disk drive interface 1126, and optical drive interface 1128, respectively. ) can be connected to. The interface 1124 for implementing an external drive includes at least one or both of Universal Serial Bus (USB) and IEEE 1394 interface technologies.
이들 드라이브 및 그와 연관된 컴퓨터 판독가능 매체는 데이터, 데이터 구조, 컴퓨터 실행가능 명령어, 기타 등등의 비휘발성 저장을 제공한다. 컴퓨터(1102)의 경우, 드라이브 및 매체는 임의의 데이터를 적당한 디지털 형식으로 저장하는 것에 대응한다. 상기에서의 컴퓨터 판독가능 매체에 대한 설명이 HDD, 이동식 자기 디스크, 및 CD 또는 DVD 등의 이동식 광 매체를 언급하고 있지만, 당업자라면 집 드라이브(zip drive), 자기 카세트, 플래쉬 메모리 카드, 카트리지, 기타 등등의 컴퓨터에 의해 판독가능한 다른 유형의 매체도 역시 예시적인 운영 환경에서 사용될 수 있으며 또 임의의 이러한 매체가 본 개시의 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어를 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.These drives and their associated computer-readable media provide non-volatile storage of data, data structures, computer-executable instructions, and the like. For computer 1102, drive and media correspond to storing any data in a suitable digital format. Although the description of computer-readable media above refers to removable optical media such as HDDs, removable magnetic disks, and CDs or DVDs, those skilled in the art will also recognize removable optical media such as zip drives, magnetic cassettes, flash memory cards, cartridges, etc. It will be appreciated that other types of computer-readable media, such as the like, may also be used in the example operating environment and that any such media may contain computer-executable instructions for performing the methods of the present disclosure.
운영 체제(1130), 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(1132), 기타 프로그램 모듈(1134) 및 프로그램 데이터(1136)를 비롯한 다수의 프로그램 모듈이 드라이브 및 RAM(1112)에 저장될 수 있다. 운영 체제, 애플리케이션, 모듈 및/또는 데이터의 전부 또는 그 일부분이 또한 RAM(1112)에 캐싱될 수 있다. 본 개시가 여러가지 상업적으로 이용가능한 운영 체제 또는 운영 체제들의 조합에서 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.A number of program modules may be stored in the drive and RAM 1112, including an operating system 1130, one or more application programs 1132, other program modules 1134, and program data 1136. All or portions of the operating system, applications, modules and/or data may also be cached in RAM 1112. It will be appreciated that the present disclosure may be implemented on various commercially available operating systems or combinations of operating systems.
사용자는 하나 이상의 유선/무선 입력 장치, 예를 들어, 키보드(1138) 및 마우스(1140) 등의 포인팅 장치를 통해 컴퓨터(1102)에 명령 및 정보를 입력할 수 있다. 기타 입력 장치(도시 생략)로는 마이크, IR 리모콘, 조이스틱, 게임 패드, 스타일러스 펜, 터치 스크린, 기타 등등이 있을 수 있다. 이들 및 기타 입력 장치가 종종 시스템 버스(1108)에 연결되어 있는 입력 장치 인터페이스(1142)를 통해 처리 장치(1104)에 연결되지만, 병렬 포트, IEEE 1394 직렬 포트, 게임 포트, USB 포트, IR 인터페이스, 기타 등등의 기타 인터페이스에 의해 연결될 수 있다.A user may enter commands and information into computer 1102 through one or more wired/wireless input devices, such as a keyboard 1138 and a pointing device such as mouse 1140. Other input devices (not shown) may include microphones, IR remote controls, joysticks, game pads, stylus pens, touch screens, etc. These and other input devices are connected to the processing unit 1104 through an input device interface 1142, which is often connected to the system bus 1108, but may also include a parallel port, an IEEE 1394 serial port, a game port, a USB port, an IR interface, It can be connected by other interfaces, etc.
모니터(1144) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치도 역시 비디오 어댑터(1146) 등의 인터페이스를 통해 시스템 버스(1108)에 연결된다. 모니터(1144)에 부가하여, 컴퓨터는 일반적으로 스피커, 프린터, 기타 등등의 기타 주변 출력 장치(도시 생략)를 포함한다.A monitor 1144 or other type of display device is also connected to system bus 1108 through an interface, such as a video adapter 1146. In addition to monitor 1144, computers typically include other peripheral output devices (not shown) such as speakers, printers, etc.
컴퓨터(1102)는 유선 및/또는 무선 통신을 통한 원격 컴퓨터(들)(1148) 등의 하나 이상의 원격 컴퓨터로의 논리적 연결을 사용하여 네트워크화된 환경에서 동작할 수 있다. 원격 컴퓨터(들)(1148)는 워크스테이션, 컴퓨팅 디바이스 컴퓨터, 라우터, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 마이크로프로세서-기반 오락 기기, 피어 장치 또는 기타 통상의 네트워크 노드일 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터(1102)에 대해 기술된 구성요소들 중 다수 또는 그 전부를 포함하지만, 간략함을 위해, 메모리 저장 장치(1150)만이 도시되어 있다. 도시되어 있는 논리적 연결은 근거리 통신망(LAN)(1152) 및/또는 더 큰 네트워크, 예를 들어, 원거리 통신망(WAN)(1154)에의 유선/무선 연결을 포함한다. 이러한 LAN 및 WAN 네트워킹 환경은 사무실 및 회사에서 일반적인 것이며, 인트라넷 등의 전사적 컴퓨터 네트워크(enterprise-wide computer network)를 용이하게 해주며, 이들 모두는 전세계 컴퓨터 네트워크, 예를 들어, 인터넷에 연결될 수 있다.Computer 1102 may operate in a networked environment using logical connections to one or more remote computers, such as remote computer(s) 1148, via wired and/or wireless communications. Remote computer(s) 1148 may be a workstation, computing device computer, router, personal computer, portable computer, microprocessor-based entertainment device, peer device, or other conventional network node, and is generally connected to computer 1102. For simplicity, only memory storage device 1150 is shown, although it includes many or all of the components described. The logical connections depicted include wired/wireless connections to a local area network (LAN) 1152 and/or a larger network, such as a wide area network (WAN) 1154. These LAN and WAN networking environments are common in offices and companies and facilitate enterprise-wide computer networks, such as intranets, all of which can be connected to a worldwide computer network, such as the Internet.
LAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(1102)는 유선 및/또는 무선 통신 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(1156)를 통해 로컬 네트워크(1152)에 연결된다. 어댑터(1156)는 LAN(1152)에의 유선 또는 무선 통신을 용이하게 해줄 수 있으며, 이 LAN(1152)은 또한 무선 어댑터(1156)와 통신하기 위해 그에 설치되어 있는 무선 액세스 포인트를 포함하고 있다. WAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(1102)는 모뎀(1158)을 포함할 수 있거나, WAN(1154) 상의 통신 컴퓨팅 디바이스에 연결되거나, 또는 인터넷을 통하는 등, WAN(1154)을 통해 통신을 설정하는 기타 수단을 갖는다. 내장형 또는 외장형 및 유선 또는 무선 장치일 수 있는 모뎀(1158)은 직렬 포트 인터페이스(1142)를 통해 시스템 버스(1108)에 연결된다. 네트워크화된 환경에서, 컴퓨터(1102)에 대해 설명된 프로그램 모듈들 또는 그의 일부분이 원격 메모리/저장 장치(1150)에 저장될 수 있다. 도시된 네트워크 연결이 예시적인 것이며 컴퓨터들 사이에 통신 링크를 설정하는 기타 수단이 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.When used in a LAN networking environment, computer 1102 is connected to local network 1152 through wired and/or wireless communication network interfaces or adapters 1156. Adapter 1156 may facilitate wired or wireless communication to LAN 1152, which also includes a wireless access point installed thereon for communicating with wireless adapter 1156. When used in a WAN networking environment, the computer 1102 may include a modem 1158 or be connected to a communicating computing device on the WAN 1154 or to establish communications over the WAN 1154, such as over the Internet. Have other means. Modem 1158, which may be internal or external and a wired or wireless device, is coupled to system bus 1108 via serial port interface 1142. In a networked environment, program modules described for computer 1102, or portions thereof, may be stored in remote memory/storage device 1150. It will be appreciated that the network connections shown are exemplary and that other means of establishing a communications link between computers may be used.
컴퓨터(1102)는 무선 통신으로 배치되어 동작하는 임의의 무선 장치 또는 개체, 예를 들어, 프린터, 스캐너, 데스크톱 및/또는 휴대용 컴퓨터, PDA(portable data assistant), 통신 위성, 무선 검출가능 태그와 연관된 임의의 장비 또는 장소, 및 전화와 통신을 하는 동작을 한다. 이것은 적어도 Wi-Fi 및 블루투스 무선 기술을 포함한다. 따라서, 통신은 종래의 네트워크에서와 같이 미리 정의된 구조이거나 단순하게 적어도 2개의 장치 사이의 애드혹 통신(ad hoc communication)일 수 있다.Computer 1102 may be associated with any wireless device or object deployed and operating in wireless communications, such as a printer, scanner, desktop and/or portable computer, portable data assistant (PDA), communications satellite, wirelessly detectable tag. Performs actions to communicate with any device or location and telephone. This includes at least Wi-Fi and Bluetooth wireless technologies. Accordingly, communication may be a predefined structure as in a conventional network or may simply be ad hoc communication between at least two devices.
Wi-Fi(Wireless Fidelity)는 유선 없이도 인터넷 등으로의 연결을 가능하게 해준다. Wi-Fi는 이러한 장치, 예를 들어, 컴퓨터가 실내에서 및 실외에서, 즉 기지국의 통화권 내의 아무 곳에서나 데이터를 전송 및 수신할 수 있게 해주는 셀 전화와 같은 무선 기술이다. Wi-Fi 네트워크는 안전하고 신뢰성 있으며 고속인 무선 연결을 제공하기 위해 IEEE 802.11(a, b, g, 기타)이라고 하는 무선 기술을 사용한다. 컴퓨터를 서로에, 인터넷에 및 유선 네트워크(IEEE 802.3 또는 이더넷을 사용함)에 연결시키기 위해 Wi-Fi가 사용될 수 있다. Wi-Fi 네트워크는 비인가 2.4 및 5GHz 무선 대역에서, 예를 들어, 11Mbps(802.11a) 또는 54 Mbps(802.11b) 데이터 레이트로 동작하거나, 양 대역(듀얼 대역)을 포함하는 제품에서 동작할 수 있다.Wi-Fi (Wireless Fidelity) allows connection to the Internet, etc. without wires. Wi-Fi is a wireless technology, like cell phones, that allows these devices, such as computers, to send and receive data indoors and outdoors, anywhere within the coverage area of a cell tower. Wi-Fi networks use wireless technology called IEEE 802.11 (a, b, g, etc.) to provide secure, reliable, and high-speed wireless connections. Wi-Fi can be used to connect computers to each other, to the Internet, and to wired networks (using IEEE 802.3 or Ethernet). Wi-Fi networks can operate in the unlicensed 2.4 and 5 GHz wireless bands, for example, at data rates of 11 Mbps (802.11a) or 54 Mbps (802.11b), or in products that include both bands (dual band). .
본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명에서 참조될 수 있는 데이터, 지시들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학장들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 표현될 수 있다.Those skilled in the art will understand that information and signals may be represented using any of a variety of different technologies and techniques. For example, data, instructions, commands, information, signals, bits, symbols and chips that may be referenced in the above description include voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields. It can be expressed by particles or particles, or any combination thereof.
본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 프로세서들, 수단들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, (편의를 위해, 여기에서 소프트웨어로 지칭되는) 다양한 형태들의 프로그램 또는 설계 코드 또는 이들 모두의 결합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 이들의 기능과 관련하여 위에서 일반적으로 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 따라 좌우된다. 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들은 본 개시의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.Those skilled in the art will understand that the various illustrative logical blocks, modules, processors, means, circuits and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be used in electronic hardware, (for convenience) It will be understood that it may be implemented by various forms of program or design code (referred to herein as software) or a combination of both. To clearly illustrate this interoperability of hardware and software, various illustrative components, blocks, modules, circuits and steps have been described above generally with respect to their functionality. Whether this functionality is implemented as hardware or software depends on the specific application and design constraints imposed on the overall system. A person skilled in the art of this disclosure may implement the described functionality in various ways for each specific application, but such implementation decisions should not be construed as departing from the scope of this disclosure.
여기서 제시된 다양한 실시예들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 용어 제조 물품은 임의의 컴퓨터-판독가능 저장장치로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 저장매체는 자기 저장 장치(예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예를 들면, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예를 들면, EEPROM, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 여기서 제시되는 다양한 저장 매체는 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 장치 및/또는 다른 기계-판독가능한 매체를 포함한다.The various embodiments presented herein may be implemented as a method, apparatus, or article of manufacture using standard programming and/or engineering techniques. The term article of manufacture includes a computer program, carrier, or media accessible from any computer-readable storage device. For example, computer-readable storage media include magnetic storage devices (e.g., hard disks, floppy disks, magnetic strips, etc.), optical disks (e.g., CDs, DVDs, etc.), smart cards, and flash. Includes, but is not limited to, memory devices (e.g., EEPROM, cards, sticks, key drives, etc.). Additionally, various storage media presented herein include one or more devices and/or other machine-readable media for storing information.
제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 개시의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.It is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in the processes presented is an example of illustrative approaches. It is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in processes may be rearranged within the scope of the present disclosure, based on design priorities. The appended method claims present elements of the various steps in a sample order but are not meant to be limited to the particular order or hierarchy presented.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the disclosure. Thus, the present disclosure is not limited to the embodiments presented herein but is to be interpreted in the broadest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (13)
상기 그래프 신경망 모델에 정보를 입력하는 단계; 및
상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 단계;
를 포함하되,
상기 그래프 신경망 모델은,
노드의 분류와 관련된 복수의 클래스(class)들 각각의 발생 빈도, 및
상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응되는,
방법.
A method performed by a computing device to make a prediction based on a graph neural network model, comprising:
Inputting information into the graph neural network model; and
performing prediction based on the input information using the graph neural network model;
Including,
The graph neural network model is,
The frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of the node, and
Corresponding to a model learned using a loss function calculated based on distance information associated with the plurality of classes,
method.
상기 예측은 키나아제와 화합물의 결합 가능성과 관련된 예측을 포함하고,
상기 노드는 상기 화합물에 포함된 원자에 대응되는,
방법.
According to claim 1,
The predictions include predictions related to the binding potential of the compound with the kinase,
The node corresponds to an atom included in the compound,
method.
상기 복수의 클래스들은, 상기 키나아제의 복수의 결합 위치들과 연관되는,
방법.
According to claim 2,
The plurality of classes are associated with a plurality of binding sites of the kinase,
method.
상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보는,
상기 복수의 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보;
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
Distance information associated with the plurality of classes is,
Topological distance information between nodes associated with the plurality of classes;
Including,
method.
상기 손실 함수는,
학습 데이터에 포함된 노드의 라벨 값과 관련된 클래스 정보 행렬 및 상기 노드의 예측 값과 관련된 클래스 정보 행렬 사이의 노름(norm)을 기초로 연산되는 제1 손실 함수
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The loss function is,
A first loss function calculated based on the norm between the class information matrix related to the label value of the node included in the learning data and the class information matrix related to the predicted value of the node
Including,
method.
상기 노드의 라벨 값과 관련된 클래스 정보 행렬은,
복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬 및 상기 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬에 기초하여 연산되고,
상기 노드의 예측 값과 관련된 클래스 정보 행렬은,
상기 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬 및 상기 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬에 기초하여 연산되는,
방법.
According to claim 5,
The class information matrix related to the label value of the node is,
Calculated based on a label value matrix including label values of a plurality of nodes and a distance matrix including distance information between the plurality of nodes,
The class information matrix related to the predicted value of the node is:
Calculated based on a prediction value matrix including prediction values of the plurality of nodes and a distance matrix including distance information between the plurality of nodes,
method.
각각의 클래스 정보 행렬은,
클래스 각각의 발생 빈도에 대한 정보를 포함하는 대각 성분(diagonal element); 및
서로 상이한 클래스들과 연관된 노드들 사이의 위상학적 거리 정보를 포함하는 비대각 성분(off-diagonal element);
을 포함하는,
방법.
According to claim 5,
Each class information matrix is,
A diagonal element containing information about the frequency of occurrence of each class; and
An off-diagonal element containing topological distance information between nodes associated with different classes;
Including,
method.
상기 손실 함수는,
학습 데이터의 크로스 엔트로피(cross entropy)를 기초로 연산되는 제2 손실 함수;
를 더 포함하는,
방법.
According to claim 5,
The loss function is,
a second loss function calculated based on the cross entropy of the learning data;
Containing more,
method.
상기 손실 함수는,
제1 손실 함수 및 제2 손실 함수의 가중합(weighted sum)연산으로 결정되는,
방법.
According to claim 8,
The loss function is,
Determined by a weighted sum operation of the first loss function and the second loss function,
method.
그래프 신경망 모델에 정보를 입력하는 동작; 및
상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하는 동작;
을 포함하되,
상기 그래프 신경망 모델은,
노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및
상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보
를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응되는,
방법.
A computer program stored on a computer-readable storage medium containing instructions that cause a computing device to perform operations, the operations comprising:
An operation of inputting information into a graph neural network model; and
An operation of performing prediction based on the input information using the graph neural network model;
Including,
The graph neural network model is,
The frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of the node, and
Distance information associated with the plurality of classes
Corresponding to the model learned using the loss function calculated based on
method.
적어도 하나의 프로세서; 및
메모리;
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
그래프 신경망 모델에 정보를 입력하고,
상기 그래프 신경망 모델을 활용하여, 상기 입력된 정보를 기초로 예측을 수행하되,
상기 그래프 신경망 모델은,
노드의 분류와 관련된 복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및
상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보
를 기초로 산출된 손실 함수를 활용하여 학습된 모델에 대응되는,
컴퓨팅 장치.
As a computing device,
at least one processor; and
Memory;
Including,
The at least one processor,
Enter information into the graph neural network model,
Using the graph neural network model, prediction is performed based on the input information,
The graph neural network model is,
The frequency of occurrence of each of a plurality of classes related to the classification of the node, and
Distance information associated with the plurality of classes
Corresponding to the model learned using the loss function calculated based on
Computing device.
복수의 노드들의 라벨 값들과 관련된 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계;
상기 복수의 노드들의 예측 값들과 관련된 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계;
상기 제1 클래스 정보 행렬 및 상기 제2 클래스 정보 행렬에 기초하여, 손실 함수를 연산하는 단계; 및
상기 손실 함수에 기초하여 상기 그래프 신경망 모델을 학습시키는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 클래스 정보 행렬 및 상기 제2 클래스 정보 행렬 각각은,
복수의 클래스들 각각의 발생 빈도, 및
상기 복수의 클래스들과 연관된 거리 정보
를 포함하는,
그래프 신경망 모델의 학습 방법.
As a learning method for a graph neural network model,
calculating a first class information matrix related to label values of a plurality of nodes;
calculating a second class information matrix related to predicted values of the plurality of nodes;
calculating a loss function based on the first class information matrix and the second class information matrix; and
training the graph neural network model based on the loss function;
Including,
Each of the first class information matrix and the second class information matrix is:
The frequency of occurrence of each of the plurality of classes, and
Distance information associated with the plurality of classes
Including,
Learning methods for graph neural network models.
상기 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계는,
상기 복수의 노드들의 라벨 값들을 포함하는 라벨 값 행렬, 및 상기 복수의 노드들 사이의 거리 정보를 포함하는 거리 행렬을 기초로 제1 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계를 포함하고,
상기 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계는,
상기 복수의 노드들의 예측 값들을 포함하는 예측 값 행렬, 및 상기 거리 행렬을 기초로 제2 클래스 정보 행렬을 연산하는 단계를 포함하는,
그래프 신경망 모델의 학습 방법.
According to claim 12,
The step of calculating the first class information matrix is,
Comprising a step of calculating a first class information matrix based on a label value matrix including label values of the plurality of nodes, and a distance matrix including distance information between the plurality of nodes,
The step of calculating the second class information matrix is,
Comprising a prediction value matrix including prediction values of the plurality of nodes, and calculating a second class information matrix based on the distance matrix,
Learning methods for graph neural network models.
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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