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(資料圖片僅供參考)

夏爽

摘要：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中異常檢測是數(shù)據(jù)挖掘與網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的重要研究方向。隨著大數(shù)據(jù)與圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)基于向量或規(guī)則的方法已難以應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)間關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)異質(zhì)性高的檢測任務(wù)。圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）作為一種融合結(jié)構(gòu)與屬性信息的深度學(xué)習(xí)模型，具備強(qiáng)大的圖表示學(xué)習(xí)能力，為異常識(shí)別提供了有效路徑。本文系統(tǒng)梳理了GNN的基本原理與核心算法，并結(jié)合社交、金融、通信等網(wǎng)絡(luò)場景，探討其在異常檢測中的具體應(yīng)用機(jī)制與效果表現(xiàn)，最后分析了存在的局限與發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 異常檢測 深度學(xué)習(xí) 結(jié)構(gòu)建模

在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，識(shí)別異常節(jié)點(diǎn)、邊或結(jié)構(gòu)對(duì)于保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，異常形式多樣，傳統(tǒng)方法在特征表達(dá)與建模能力上存在明顯不足。圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）是一種用于處理圖數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)模型，它可以有效捕獲圖數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)信息和特征信息。相比傳統(tǒng)方法，GNN能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)上下文與節(jié)點(diǎn)屬性聯(lián)合建模，為異常檢測提供更具表達(dá)力的識(shí)別依據(jù)。本文旨在分析GNN在不同類型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用表現(xiàn)，并探討其技術(shù)優(yōu)勢與實(shí)際挑戰(zhàn)。

一、圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)

（一）圖數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征與異常檢測挑戰(zhàn)

在實(shí)際場景中，圖數(shù)據(jù)常用于表示不同個(gè)體之間復(fù)雜的關(guān)系，例如社交網(wǎng)絡(luò)、金融網(wǎng)絡(luò)和微服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。圖數(shù)據(jù)由節(jié)點(diǎn)和邊組成，不同節(jié)點(diǎn)表示不同的實(shí)體，邊表示它們之間的關(guān)系，這種非歐式結(jié)構(gòu)具有高度的表達(dá)自由度。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)從簡單的無向圖逐步發(fā)展為屬性圖、異構(gòu)圖甚至動(dòng)態(tài)圖，節(jié)點(diǎn)屬性多樣，關(guān)系層次豐富。這種特性雖然增強(qiáng)了數(shù)據(jù)表達(dá)能力，但也增加了異常檢測的難度。例如，在金融網(wǎng)絡(luò)中，隱藏在大量正常交易中的欺詐行為往往沒有明顯的數(shù)值特征，而是隱藏在結(jié)構(gòu)中，如賬戶之間的異常轉(zhuǎn)賬路徑、短時(shí)間內(nèi)高頻交易等，這類異常難以通過傳統(tǒng)方法精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)。