Directional Sheaf Hypergraph Networks: Unifying Learning on Directed and Undirected Hypergraphs

This repository contains the official PyTorch implementation of "Directional Sheaf Hypergraph Networks: Unifying Learning on Directed and Undirected Hypergraphs", accepted at ICLR 2026, including both its code and the code for running other Hypergraph Neural Networks.

Environment Setup

To install the conda environment run the following script:

source ~/miniconda3/etc/profile.d/conda.sh

conda env create -f env.yaml

conda activate DirectionalSheafHypergraphs

pip install -r requirements.txt

How to run

To run either DSHN or DSHNLight, set --method=SheafGeDiDiag while executing the main.py file. To enable DSHNLight, additionally specify the --light=true flag; otherwise, the DSHN model is used by default.

Example

python main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=6 --directed=true --dname=telegram --dropout=0.2 --dynamic_sheaf=true --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=4 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=5e-4 --add_identity=true

Run a batched sweep

source run_batch_sweeps.sh configs/expanded {number_of_agents} {max_number_runs_per_agent} {cuda_device} {list_methods} {list_datasets}

The methods should be called like the corresponding yaml file.

Datasets to specify to the sweeps

telegram
amazon
roman
cornell
chameleon
squirrel
cora
citeseer
wisconsin
texas
EU
enroll
node_500_subset-min-3_subset-max-10_N-intra-30_N-inter-10
node_500_subset-min-3_subset-max-10_N-intra-30_N-inter-30
node_500_subset-min-3_subset-max-10_N-intra-30_N-inter-50
Dataset-1
Dataset-2
Dataset-3

Models to specify to the sweeps

DHMConv (with feat)
DHMConvnofeat (without feat)
DHGNN (with feat)
DHGNNnofeat (without feat)
AllDeepSets
AllSet
EDGNN
GeDi
GeDinodir
HCHA
HGNN
HNHN
HyperGCN
HyperND
LEGCN
PhenomNN
SheafGeDiDiag
SheafGeDiDiagLight
SheafHyperGNNDiag
SheafHyperGNNDiagLight
UniGNNII

Example

source run_batch_sweeps.sh configs/expanded 2 25 0 "GeDi,AllSet,EDGNN" "texas,cornell"

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Citation

If you use this work in your research, please cite:

@misc{mule2025directionalsheafhypergraphnetworks,
  title        = {Directional Sheaf Hypergraph Networks: Unifying Learning on Directed and Undirected Hypergraphs},
  author       = {Mule, Emanuele and Fiorini, Stefano and Purificato, Antonio and Siciliano, Federico and Coniglio, Stefano and Silvestri, Fabrizio},
  year         = {2025},
  eprint       = {2510.04727},
  archivePrefix= {arXiv},
  primaryClass = {cs.LG},
  url          = {https://arxiv.org/abs/2510.04727}
}

Best Configurations

Telegram

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=6 --directed=true --dname=telegram --dropout=0.2 --dynamic_sheaf=true --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=4 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=5e-4 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=512 --d=4 --directed=true --dname=telegram --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.02 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=0 --add_identity=true

Roman

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=256 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=32 --d=1 --directed=true --dname=roman --dropout=0.1 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.15 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

Chameleon

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=3 --directed=true --dname=chameleon --dropout=0.1 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.02 --method=SheafGeDiDiag --q=0.15 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=4 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=512 --d=5 --directed=true --dname=chameleon --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.05 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=5e-05 --add_identity=true

Squirrel

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=4 --directed=true --dname=squirrel --dropout=0.5 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.005 --method=SheafGeDiDiag --q=0.2 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=6 --directed=true --dname=squirrel --dropout=0.4 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.02 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=4 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=5e-05 --add_identity=true

Email-Enron

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=32 --d=1 --directed=true --dname=enroll --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.05 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=none --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=5e-4

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=2 --directed=true --dname=enroll --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.005 --method=SheafGeDiDiag --q=0.05 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=5e-05 --add_identity=true

Email-EU

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=512 --d=1 --directed=true --dname=EU --dropout=0.3 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=1 --directed=true --dname=EU --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=4 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=5e-5 --add_identity=true

Cora

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=256 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --add_identity=true --d=2 --directed=true --dname=cora --dropout=0.3 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=256 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --add_identity=true --d=2 --directed=true --dname=cora --dropout=0.3 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

Cornell

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=6 --directed=true --dname=cornell --dropout=0.9 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.005 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=1 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=0.0005 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=32 --d=4 --directed=true --dname=cornell --dropout=0.7 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=2 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=0.0005 --add_identity=true

Texas

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=128 --d=6 --directed=true --dname=texas --dropout=0.3 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.2 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=2 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=4 --directed=true --dname=texas --dropout=0.5 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.02 --method=SheafGeDiDiag --q=0.2 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=2 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

Wisconsin

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=4 --directed=true --dname=wisconsin --dropout=0.8 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.02 --method=SheafGeDiDiag --q=0.05 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=1 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=0.0005 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=512 --d=5 --directed=true --dname=wisconsin --dropout=0.9 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.005 --method=SheafGeDiDiag --q=0.05 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=tanh --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=1 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

Citeseer

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --add_identity=false --d=5 --directed=true --dname=citeseer --dropout=0.7 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.05 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=3 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=false --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --add_identity=true --d=6 --directed=true --dname=citeseer --dropout=0.8 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.1 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=none --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=3 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

Amazon

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=6 --directed=true --dname=amazon --dropout=0.4 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.02 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=relu --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=3 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0 --add_identity=true

Dataset-1

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=128 --d=1 --directed=true --dname=Dataset-2 --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=3 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

Dataset-2

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=128 --d=1 --directed=true --dname=Dataset-2 --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=3 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=128 --d=1 --directed=true --dname=Dataset-2 --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=3 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005

Synthetic 1

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=5 --directed=true --dname=node:500_subset-min=3_subset-max=10_N-intra=30_N-inter=10 --dropout=0 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.005 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=3 --directed=true --dname=node:500_subset-min=3_subset-max=10_N-intra=30_N-inter=10 --dropout=0.4 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=true --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=0.0005 --add_identity=true

Synthetic 2

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=128 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=128 --d=5 --directed=true --dname=node:500_subset-min=3_subset-max=10_N-intra=30_N-inter=30 --dropout=0.1 --dynamic_sheaf=true --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.005 --method=SheafGeDiDiag --q=0.1 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=sigmoid --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=5e-4 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=32 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=256 --d=4 --directed=true --dname=node:500_subset-min=3_subset-max=10_N-intra=30_N-inter=30 --dropout=0.2 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --light=true --lr=0.001 --method=SheafGeDiDiag --q=0.2 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=none --sheaf_dropout=false --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=true --wd=5e-05 --add_identity=true

Synthetic 3

↳DSHN

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=32 --d=6 --directed=true --dname=node:500_subset-min=3_subset-max=10_N-intra=30_N-inter=50 --dropout=0.3 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=tanh --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=false --sheaf_num_layers=4 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=0.0005 --add_identity=true

↳DSHNLight

main.py --AllSet_input_norm=true --Classifier_hidden=64 --Classifier_num_layers=2 --MLP_hidden=64 --d=4 --directed=true --dname=node:500_subset-min=3_subset-max=10_N-intra=30_N-inter=50 --dropout=0.2 --dynamic_sheaf=false --early_stopping=200 --epochs=500 --lr=0.01 --method=SheafGeDiDiag --q=0.25 --residual=false --runs=10 --sheaf_act=tanh --sheaf_dropout=true --sheaf_left_proj=true --sheaf_num_layers=5 --sheaf_pred_block=MLP_var3 --sheaf_special_head=false --wd=0.0005 --add_identity=true

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 5 Commits
configs		configs
data/original_data		data/original_data
dataset_loaders		dataset_loaders
models		models
src		src
.gitignore		.gitignore
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
env.yaml		env.yaml
main.py		main.py
requirements.txt		requirements.txt
run_batch_sweeps.sh		run_batch_sweeps.sh
run_single_sweep.sh		run_single_sweep.sh
stats.py		stats.py

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