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理大研發HL-HGAT圖神經網絡 破解物流腦科學電腦視覺跨領域AI難題

BasTech

理大研發HL-HGAT圖神經網絡 破解物流腦科學電腦視覺跨領域AI難題
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理大研發HL-HGAT圖神經網絡 破解物流腦科學電腦視覺跨領域AI難題

2026年01月28日 17:26 最後更新:17:26

作為人工智能(AI)領域的新興技術,圖神經網絡(GNN)是一種專門處理圖結構數據的深度學習模型。目前,GNN 主要擅長處理數據中節點與邊之間的關係,但往往忽略了高階的複雜連結,香港理工大學(理大)研究團隊研發的新型異構圖注意力網絡成功解決這一挑戰,革新了圖結構數據的複雜關係建模,有望突破 AI 在神經科學、物流、電腦視覺、生物學等多個領域的應用限制。

研究團隊將 HL-HGAT 應用於功能性磁振造影數據分析,在神經科學與醫療診斷上有顯著應用價值。

研究團隊將 HL-HGAT 應用於功能性磁振造影數據分析,在神經科學與醫療診斷上有顯著應用價值。

簡單來說,傳統 GNN 主要考慮「A 連接 B」、「B 連接 C」這樣的成對關係,卻難以理解 A、B、C 三者的群體互動。由理大醫療科技及資訊學系教授、傑出創科人教授仇安琪教授及其研究團隊設計的新型「霍奇-拉普拉斯異構圖注意力網絡(Hodge-Laplacian Heterogeneous Graph Attention Network,HL-HGAT)」,能夠學習和分析不同層次的異質信號,捕捉多種圖結構間的複雜關聯。

在數學上,k-單體是高維幾何的基本元素,能夠捕捉多個節點之間的高階關聯:0-單體為單一節點,1-單體為連接兩個節點的邊,2-單體為三個節點構成的三角形,如此類推。HL-HGAT 模型將圖形解釋為單體複形,可同時捕捉節點、邊、三角形等多層次結構間的複雜互動,全面提升模型對數據複雜關係的理解能力。

HL-HGAT 的核心為霍奇-拉普拉斯(Hodge-Laplacian,HL)算子,它提供了一個可在單體複形上建模及傳播訊號的數學框架,使該網絡能夠突破成對關係的限制,為結構數據中的複雜、多層次的交互作用建構更精確的模型。在動態圖領域,HL-HGAT 的重大突破則在於它能將高階拓樸表徵擴展至時域,並結合高效的 HL 濾波、自適應注意力機制及異構訊號分解,揭示傳統靜態 GNN 無法捕捉的複雜時變模態。

理大醫療科技及資訊學系教授、傑出創科學人教授仇安琪教授設計了一種新型的「霍奇-拉普拉斯異構圖注意力
  網絡」(HL-HGAT),革新了圖結構數據的複雜關係建模,有望突破 AI 在神經科學、物流、電腦視覺、生物學等多個領域的應用限制。

理大醫療科技及資訊學系教授、傑出創科學人教授仇安琪教授設計了一種新型的「霍奇-拉普拉斯異構圖注意力 網絡」(HL-HGAT),革新了圖結構數據的複雜關係建模,有望突破 AI 在神經科學、物流、電腦視覺、生物學等多個領域的應用限制。

仇教授表示:「HL-HGAT 模型在各種基於圖的場景,包括是理論優化問題,或實際生物醫學應用等方面,皆展現廣泛效用及豐富功能。該模型已在各種圖應用中進行了全面評估,結果證明其作為統一框架的適應能力,能夠跨學科地處理優化、分類、回歸及多模態學習等任務。」

研究團隊在多個領域進行了全面測試:在物流領域,HL-HGAT 有效解決經典的「旅行商問題」(如何規劃最短配送路線),為物流公司節省大量時間和成本;電腦視覺領域,HL-HGAT 將影像轉換為圖形結構進行分析,其表現在 CIFAR-10影像分類測試中超越了傳統的 GNN,能更精準地捕捉影像中的細節特徵;在化學領域,HL-HGAT 在預測分子特性方面取得卓越準確度,有助加速新藥開發進程。

在神經科學與醫療診斷上,HL-HGAT 亦展現出極高的應用價值。團隊將其用於功能性磁振造影(fMRI)數據分析,能準確預測智力表現與大腦年齡,更能在抑鬱症患者的腦網絡中發現預設模式網絡和邊緣系統中異常的「三方神經區域互動」——這些細微變化是傳統方法無法察覺的。此外,在 HL-HGAT 也可檢測出阿茲海默症患者早期的皮質變薄與神經連接中斷,有助更及時發現病徵。

此創新的 HL-HGAT 模型不但在科學及工業應用中針對各種基於圖的複雜任務展現了卓越成果,更標誌着圖神經網絡技術的重要進展。該研究名為「HL-HGAT:霍奇-拉普拉斯算子的異構圖注意力網絡」,已發表於《IEEE 模式分析與機器智能學報》(IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence)。

警務處東九龍總區聯同東九龍道路安全活動委員會及香港交通安全隊(東九龍總區),星期日(1月31日)假聖若瑟英文中學舉行「AI 智能機械車香港交通安全挑戰賽暨嘉年華」。此次活動反應熱烈,共有90隊來自全港各區的中小學隊伍參賽,活動合共吸引超過600名青少年出席。此次亦是警務處首次以人工智能(AI)結合道路安全元素,並以學校為單位的全港性比賽項目。

東九龍總區指揮官謝翠恩致辭時,勉勵學生善用科技思維應對未來挑戰,並將道路安全訊息帶回社區

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創新科技融入社群 提升道路安全意識

是次挑戰賽旨在透過科普及創新科技,提升青少年的道路安全意識。參賽學生需編寫程式指揮智能機械車,在模擬道路場景中完成識別路標、移除障礙物及精準導航等任務。透過競技交流,學生不僅能掌握 AI 應用技術,更能在實戰中加深對道路安全法規的理解。除比賽外,現場亦設有多個主題攤位,透過互動遊戲向公眾灌輸正確的道路安全知識、禁毒及國家安全等相關資訊。
經過一輪精彩激烈的競技,最終由文理書院(香港)及港澳信義會明道小學憑著出色的編程技巧及團隊合作脫穎而出,分別奪得中學組及小學組冠軍。

東九龍總區指揮官謝翠恩頒發小學組冠軍獎項予港澳信義會明道小學的得獎隊伍,表揚他們的出色表現

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以科技思維應對未來挑戰

東九龍總區指揮官謝翠恩在活動致辭時表示,是次比賽意義深遠,不僅為學生提供寶貴的交流平台,更藉此培養年輕一代的邏輯思維及解難能力。她指出,學生在比賽中運用系統性分析及持續優化的精神,正好與現今警務工作不斷創新、善用科技提升應變能力及資源運用效率的理念不謀而合。

活動吸引逾 600 名青少年熱烈參與,眾人攜手共建道路安全和諧社區

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會場設有多元化互動攤位,以生動有趣的方式向公眾推廣道路安全、禁毒及國家安全等重要資訊

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她寄語參賽學生,在人工智能高速發展的年代,這種結合科技與實務的應變能力將成為寶貴資產。她亦期望學生能成為道路安全大使,將所學的知識帶回社區,與家人、長者及朋輩分享,將「智慧出行」與「安全意識」推廣至社會各階層。

小學生聚精會神操控智能車,透過模擬場景實踐道路安全知識

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籲大眾攜手共建安全社區

警方強調,道路安全有賴社會各界共同努力。是次活動展示了警方在宣傳教育上的新嘗試,期望透過軟性及具趣味的手法聯繫學校與社區。不論是駕駛者、乘客或行人,只要提高警覺及守法意識,便能有效避免交通意外,共建安全和諧的社區環境。

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