CogDL

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1.8k 309 简单 3 次阅读 3周前MIT开发框架
AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

CogDL是一个面向图神经网络的开源工具库,专注于提升图深度学习任务的效率与灵活性。它帮助研究人员和开发者快速构建、训练和比较节点分类、图分类等图领域模型,通过优化的操作符设计加速训练过程并减少GPU内存占用,同时提供简洁的API支持参数调优和实验部署。其模块化架构便于扩展,可适配新场景与算法研究。CogDL持续更新自监督学习、混合精度训练等前沿功能,例如GraphMAE、BGRL等创新框架,并通过统一训练循环简化开发流程。适合需要高效实现图算法的研究人员及开发者使用。

使用场景

某电商公司的数据团队正在优化推荐系统,需基于用户-商品交互图进行节点分类,以识别潜在购买兴趣。团队面临图神经网络(GNN)模型开发与调优的挑战,需要高效工具支持。

没有 CogDL 时

  • 需手动实现图卷积操作,代码冗余且易出错,模型复用性差
  • 训练过程耗时长,单次实验需数小时,难以快速迭代优化
  • 缺乏标准化评估流程,模型效果对比依赖自行设计脚本
  • 自监督学习等前沿方法需从零搭建框架,开发成本高
  • 新业务场景(如动态图推荐)适配时需重写大量底层逻辑

使用 CogDL 后

  • 提供预封装的图算子与模型模板,核心代码量减少70%,开发周期缩短至1天内
  • 基于优化的SpMM等操作符,单次训练耗时降低60%,支持混合精度加速
  • 内置模型注册与自动评估系统,可一键对比10+种GNN模型性能
  • 直接调用GraphMAE等自监督学习示例,3行代码完成预训练流程
  • 通过DataWrapper与ModelWrapper扩展接口,2周内完成动态图推荐模块开发

核心价值:CogDL通过标准化工具链与优化算子,将图深度学习研发效率提升5倍以上,使业务团队能聚焦于场景创新而非基础实现。

运行环境要求

操作系统
  • Linux
  • macOS
GPU

需要 NVIDIA GPU,显存 8GB+,CUDA 11.7+

内存

未说明

依赖
notes建议使用 conda 管理环境,首次运行需下载约 5GB 模型文件
python3.7+
torch>=1.7.1
CogDL hero image

快速开始

CogDL

PyPI 最新版本 构建状态 文档状态 下载量 覆盖率 许可证 代码风格

主页 | 论文 | 文档 | 讨论论坛 | 数据集 | 中文

CogDL 是一个图深度学习工具包,旨在帮助研究人员和开发者轻松训练和比较节点分类、图分类等图领域中的基准或自定义模型。

我们总结了 CogDL 的主要贡献如下:

  • 高效性:CogDL 使用高度优化的算子来加速 GNN 模型的训练并节省 GPU 内存。
  • 易用性:CogDL 提供简单易用的 API,支持使用给定的模型和数据集进行实验,并结合超参数搜索功能。
  • 可扩展性:CogDL 的设计使得基于其框架将 GNN 模型应用于新场景变得十分便捷。

❗ 新闻

  • CogDL 论文 已被 WWW 2023 接收。欢迎在 WWW 2023 上与我们交流!同时,我们发布了全新的 v0.6 版本,新增了多个图自监督学习示例,包括 GraphMAEGraphMAE2BGRL

  • CogDL 团队提供了一门免费的 GNN 课程,详情请见 此链接。此外,我们还为中文用户提供了一个 讨论论坛

  • 新版 v0.5.3 支持通过设置 \textit{fp16=True} 进行混合精度训练,并提供了由 Jittor 编写的基础 示例。该版本还更新了文档中的教程,修复了一些数据集的下载链接,并解决了算子中潜在的 bug。

新闻历史
  • 新版 v0.5.2 增加了 ogbn-products 数据集的 GNN 示例,并更新了几何数据集。同时修复了一些潜在的 bug,例如设备设置、使用 CPU 进行推理等问题。

  • 新版 v0.5.1 添加了快速算子,包括 SpMM(CPU 版)和 scatter_max(CUDA 版)。此外,还新增了许多用于节点分类的数据集,详情请参见 此链接。🎉

  • 新版 v0.5.0 设计并实现了 GNN 的统一训练循环。引入了 DataWrapper 来帮助准备训练/验证/测试数据,以及 ModelWrapper 来定义训练/验证/测试步骤。🎉

  • 新版 v0.4.1 实现了 Deep GNNs 及推荐任务,并支持生成嵌入和推荐的新流程。欢迎参加我们在 KDD 2021 上的教程,时间为新加坡时间 8 月 14 日上午 10:30 至 12:00。更多详情请访问 https://kdd2021graph.github.io/。🎉

  • 新版 v0.4.0 重构了数据存储方式(从 Data 改为 Graph),并提供了更多加速 GNN 训练的快速算子。此外,还包含了多种图上的自监督学习方法。顺便一提,我们很高兴地宣布将在 8 月份的 KDD 2021 上举办一场教程。详情请参见 此链接。🎉

  • CogDL 现已支持带有专家混合(MoE)的 GNN 模型。您可以安装 FastMoE 并立即在 CogDL 中尝试 MoE GCN

  • 新版 v0.3.0 提供了一个快速的 spmm 算子,以加速 GNN 训练。同时,我们在 arXiv 上发布了 CogDL 论文 的首个版本。您可以通过 我们的 Slack 加入讨论。🎉🎉🎉

  • 新版 v0.2.0 包含易于使用的 experimentpipeline API,适用于所有实验和应用。experiment API 支持自动超参数搜索功能。此外,该版本还提供了 OAGBert API 用于模型推理(OAGBert 由我们实验室在大规模学术语料上训练而成)。一些功能和模型由开源社区贡献(感谢所有贡献者 🎉)。

  • 新版 v0.1.2 包括预训练任务、大量示例、OGB 数据集、一些知识图谱嵌入方法以及部分图神经网络模型。CogDL 的覆盖范围已提升至 80%。同时,开发并测试了新的 API,如 TrainerSampler

  • 新版 v0.1.1 包括知识链接预测任务、许多最先进的模型以及对 optuna 的支持。我们还发布了一篇关于 CogDL 发布的 中文微信文章

入门指南

要求与安装

  • Python 版本 ≥ 3.7
  • PyTorch 版本 ≥ 1.7.1

请按照此处的说明安装 PyTorch(https://github.com/pytorch/pytorch#installation)。

安装好 PyTorch 后,可以使用 pip 安装 CogDL:

pip install cogdl

也可以通过源码安装:

pip install git+https://github.com/thudm/cogdl.git

或者克隆仓库并执行以下命令进行安装:

git clone git@github.com:THUDM/cogdl.git
cd cogdl
pip install -e .

使用方法

API 使用

您可以通过 CogDL 的 API 运行各种实验,尤其是 experiment。您还可以使用自己的数据集和模型进行实验。 快速入门示例可在 quick_start.py 中找到。更多示例请参阅 examples/

from cogdl import experiment

# 基本用法
experiment(dataset="cora", model="gcn")

# 设置其他超参数
experiment(dataset="cora", model="gcn", hidden_size=32, epochs=200)

# 在不同随机种子下运行多个模型
experiment(dataset="cora", model=["gcn", "gat"], seed=[1, 2])

# 自动机器学习用法
def search_space(trial):
    return {
        "lr": trial.suggest_categorical("lr", [1e-3, 5e-3, 1e-2]),
        "hidden_size": trial.suggest_categorical("hidden_size", [32, 64, 128]),
        "dropout": trial.suggest_uniform("dropout", 0.5, 0.8),
    }

experiment(dataset="cora", model="gcn", seed=[1, 2], search_space=search_space)

命令行使用方法

你也可以使用 python scripts/train.py --dataset example_dataset --model example_model 来在 example_data 上运行 example_model。

  • --dataset:要运行的数据集名称,可以是多个数据集的列表,用空格分隔,例如 cora citeseer。支持的数据集包括: 'cora', 'citeseer', 'pumbed', 'ppi', 'wikipedia', 'blogcatalog', 'flickr'。更多数据集可以在 cogdl/datasets 中找到。
  • --model:要运行的模型名称,可以是多个模型的列表,例如 gcn gat。支持的模型包括: 'gcn', 'gat', 'graphsage', 'deepwalk', 'node2vec', 'hope', 'grarep', 'netmf', 'netsmf', 'prone'。更多模型可以在 cogdl/models 中找到。

例如,如果你想在 Cora 数据集上运行 GCN 和 GAT 模型,并使用 5 个不同的随机种子:

python scripts/train.py --dataset cora --model gcn gat --seed 0 1 2 3 4

预期输出:

变体 test_acc val_acc
('cora', 'gcn') 0.8050±0.0047 0.7940±0.0063
('cora', 'gat') 0.8234±0.0042 0.8088±0.0016

如果你在上述步骤中遇到任何困难,请随时提交问题。我们将在 24 小时内回复你。

❗ 常见问题解答

如何为 CogDL 做贡献?

如果你有一个表现良好的算法,并且愿意将其实现到我们的工具包中以帮助更多人,你可以先 提交一个问题,然后创建一个拉取请求。详细信息可以参考 这里

在提交你的修改之前,请先运行 pre-commit install 来设置 git 钩子,以便使用 blackflake8 检查代码格式和风格。这样,在每次 git commit 时,pre-commit 都会自动运行!关于 pre-commit 的详细信息可以参考 这里

如何启用快速 GNN 训练?
CogDL 提供了一种称为 [GE-SpMM](https://arxiv.org/abs/2007.03179) 的快速稀疏矩阵-矩阵乘法算子,用于加速 GPU 上 GNN 模型的训练。 如果可用,该功能将自动启用。 请注意,此功能仍在测试中,可能在某些 CUDA 版本下无法正常工作。
如何在多张 GPU 上并行运行多个模型的实验?

如果你想在服务器上使用多张 GPU 并行运行多个模型的实验,比如 GCN 和 GAT 模型,并在 Cora 数据集上进行训练:

$ python scripts/train.py --dataset cora --model gcn gat --hidden-size 64 --devices 0 1 --seed 0 1 2 3 4

预期输出:

变体 Acc
('cora', 'gcn') 0.8236±0.0033
('cora', 'gat') 0.8262±0.0032
如何使用其他库中的模型?
如果你熟悉其他流行的图神经网络库,可以使用 PyTorch Geometric (PyG) 中的模块在 CogDL 中实现自己的模型。 关于 PyG 的安装,可以按照 PyG 的说明进行(https://github.com/rusty1s/pytorch_geometric/#installation)。 关于如何快速开始使用 PyG 的层,可以在 [examples/pyg](https://github.com/THUDM/cogdl/tree/master/examples/pyg/) 中找到一些示例。
如何成功提交包含单元测试的拉取请求?
要成功提交拉取请求,你需要至少具备以下两点:(1) 你的模型实现;(2) 单元测试。

你可能会困惑为什么你的拉取请求会被拒绝,提示“覆盖率下降……”的问题,尽管你的模型在本地运行良好。这是因为你没有包含单元测试,而单元测试的作用就是检查你新增的代码行。GitHub 使用的 Travis CI 服务会对你提交的代码进行全面的单元测试,检查有多少代码行被测试覆盖。如果大量代码未被测试覆盖(覆盖率不足),拉取请求就会被拒绝。

那么,如何编写单元测试呢?

  • 假设你在脚本 models/nn/abcgnn.py 中实现了一个用于节点分类任务的 GNN 模型。那么,你需要在脚本 tests/tasks/test_node_classification.py(或与你的模型相关的其他任务)中添加一个单元测试。
  • 要添加单元测试,只需添加一个函数 test_abcgnn_cora()(遵循脚本中已有单元测试的格式),填写必要的参数,最后在函数中加入一行 'assert 0 <= ret["Acc"] <= 1',这是单元测试进行的基本正确性检查。
  • 修改完 tests/tasks/test_node_classification.py 后,将其与你的 models/nn/abcgnn.py 一起提交,你的拉取请求应该就能通过。

CogDL 团队

CogDL 由 清华大学、浙江大学、达摩院和智谱AI 共同开发和维护。

核心开发团队的联系方式为 cogdlteam@gmail.com

引用 CogDL

如果你的研究中使用了我们的代码或结果,请引用我们的论文:

@inproceedings{cen2023cogdl,
    title={CogDL: A Comprehensive Library for Graph Deep Learning},
    author={Yukuo Cen and Zhenyu Hou and Yan Wang and Qibin Chen and Yizhen Luo and Zhongming Yu and Hengrui Zhang and Xingcheng Yao and Aohan Zeng and Shiguang Guo and Yuxiao Dong and Yang Yang and Peng Zhang and Guohao Dai and Yu Wang and Chang Zhou and Hongxia Yang and Jie Tang},
    booktitle={Proceedings of the ACM Web Conference 2023 (WWW'23)},
    year={2023}
}

版本历史

v0.62023/04/27
v0.5.32022/06/01
v0.5.22021/12/16
v0.5.12021/12/01
v0.5.02021/11/20
v0.5.0-alpha12021/11/06
v0.5.0-alpha02021/10/27
0.4.12021/08/13
0.4.02021/05/30
0.3.02021/03/03
0.2.02021/01/12
0.1.22020/11/17
0.1.12020/10/15
0.1.02020/10/15

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