知识图谱推理新突破:复杂查询应答与逻辑假设生成的创新方案

香港科技大学博士论文提出知识图谱推理的创新方法,包括Query2Particles、Sequential Query Encoding等,有效提升复杂查询应答与逻辑假设生成能力。

原文标题:【HKUST博士论文】知识图谱推理的进展:复杂查询应答与逻辑假设生成的创新方法

原文作者:数据派THU

冷月清谈:

本文介绍了香港科技大学博士论文在知识图谱推理方面的进展,重点关注复杂查询应答与逻辑假设生成。研究团队提出了Query2Particles方法,以基于粒子的嵌入方式有效捕捉复杂查询中的分布式答案集合。为优化查询处理,引入了Sequential Query Encoding方法,将计算图转化为序列形式,提升执行效率。针对数值数据融合,设计了Number Reasoning Network,将知识图谱推理扩展到包含数值属性的情形。在时间与事件推理方面,提出了Memory-Enhanced Query Encoding方法,专为事件性知识图谱设计,整合隐式的时间和逻辑约束。此外,还设计了Logical Session Graph Transformer用于解析推荐系统中跨会话的用户意图,并首创RLF-KG方法,基于强化学习生成逻辑假设以解释观测数据。实验结果表明,这些方法在多个推理任务中均达到了最新的性能水平,为知识图谱推理提供了强大而通用的解决方案。

怜星夜思:

1、文章提到的Query2Particles方法,通过基于粒子的嵌入来捕捉复杂查询的答案集合,这和传统的向量表示方法相比有什么本质区别和优势?
2、文章中提到Number Reasoning Network将知识图谱推理扩展到包含数值属性的情形,在实际应用中,引入数值推理会带来哪些新的挑战和机遇?
3、文章提出RLF-KG方法,利用强化学习生成逻辑假设来解释知识图谱中的观测数据,能否举例说明这种方法在实际中是如何应用的,以及它相比传统方法有哪些优势?

原文内容

来源:专知
本文约1000字,建议阅读5分钟
我们提出了 Query2Particles,这是一种新颖的基于粒子的嵌入方法,能够有效捕捉复杂查询中分布式的答案集合,优于传统的向量表示方式。

在知识图谱推理中,复杂逻辑查询应答是一项核心挑战,它要求在不完整的数据集上高效处理多跳关系与逻辑操作。本文通过一系列创新性贡献,推动了该领域在效率、适用范围和实际应用能力方面的全面进展。我们提出了 Query2Particles,这是一种新颖的基于粒子的嵌入方法,能够有效捕捉复杂查询中分布式的答案集合,优于传统的向量表示方式。为了优化查询处理过程,我们引入了 Sequential Query Encoding(顺序查询编码) 方法,将计算图转化为序列形式,在保持结构与语义完整性的同时提升了执行效率。


针对数值数据的融合问题,我们设计了 Number Reasoning Network(数值推理网络),将知识图谱推理从实体关系扩展到包含数值属性的情形,为实际知识库应用迈出了关键一步。在面向时间与事件推理的任务中,我们提出了 Memory-Enhanced Query Encoding(记忆增强查询编码) 方法,专为事件性知识图谱设计,能够整合隐式的时间和逻辑约束,从而实现对事件序列的精准推理。


在实际应用层面,我们设计了 Logical Session Graph Transformer(逻辑会话图转换器),用于解析推荐系统中跨会话的用户意图,展示了所提方法在真实场景中的有效性。此外,我们首创了 RLF-KG,一种基于强化学习的溯因推理方法,用于生成复杂的逻辑假设以解释知识图谱中的观测数据。


在多个基准数据集上的实证评估表明,我们的方法在多种推理任务中均达到了最新的性能水平。综上所述,这些贡献为复杂查询应答与逻辑假设生成提供了强大而通用的解决方案,显著推动了知识图谱推理的理论发展与实际应用。



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强化学习在知识图谱推理中的应用,关键在于将推理过程建模成一个马尔可夫决策过程,智能体通过与环境交互,不断学习最优的推理策略。RLF-KG的优势在于能够处理复杂的、不确定的推理场景,例如知识图谱中存在噪声或缺失数据的情况。

举个例子,在医疗领域,如果我们观察到病人同时患有疾病A和疾病B,RLF-KG可以生成逻辑假设:疾病A导致了疾病B,或者疾病A和疾病B都是由某种共同因素引起的。这种假设可以帮助医生更好地理解病情,制定治疗方案。 这种方法比传统方法更灵活,因为它能够自动探索各种可能的解释,而不需要人工预先定义规则。

挑战嘛,肯定有!数值类型多种多样,单位、精度都不一样,处理起来比实体关系复杂多了。但机遇也大啊!你想,有了数值推理,就能分析财务报表、预测销售额,知识图谱的应用场景一下子就打开了!

从学术角度讲,Query2Particles的核心在于它能够对答案集合的分布进行建模,而传统的向量表示方法通常只能表示单个或有限个代表性答案。这种分布式表示的优势在于能够更好地捕捉复杂查询中答案的多样性和不确定性,从而提高推理的准确性。

要我说,Query2Particles就像是把答案拆成一个个小零件(粒子),每个零件都带着信息,组合起来就是完整的答案。传统向量表示就像是把答案压成一个扁平的“照片”,细节都丢了。所以,Query2Particles能更好地处理那种答案分散在各处的情况,更灵活!

RLF-KG有点像福尔摩斯探案,看到一些线索(观测数据),然后用逻辑推理(强化学习)来构建一个故事(逻辑假设)解释这些线索。传统的溯因推理可能需要人工设定很多规则,而RLF-KG可以通过数据自动学习,更省力,也可能发现意想不到的解释。

之前知识图谱主要处理“是什么”、“有什么关系”的问题,引入数值推理后,可以回答“有多少”、“变化趋势如何”的问题。但难点是如何融合符号推理和数值计算,需要设计新的模型和算法。

打个比方,向量表示就像是给一个群体打标签,比如“90后”、“程序员”,但群体内部差异很大。粒子表示则试图描述群体内每个个体的特征,更精细。在知识图谱里,一个复杂查询的答案可能涉及多个实体,实体间关系复杂,粒子表示能更好地刻画这种关系。

数值推理的挑战主要体现在两个方面:一是数值表示的离散化,即将连续的数值转化为离散的符号表示;二是数值运算的建模,如何有效地在知识图谱中表示和推理数值运算关系。机遇在于,引入数值推理能够将知识图谱应用于更广泛的领域,如金融、医疗等,这些领域的数据通常包含大量的数值信息。