关键词:
知识图谱补全
多类型图数据
图表示学习
图神经网络
高斯嵌入
摘要:
知识图谱,作为知识表示领域的关键技术,利用其三元组结构有效地整合并呈现了跨学科的复杂知识体系。然而,知识图谱的不断扩展与更新,加之知识本身的不完整性,引发了一系列未知实体与关系的涌现,这对知识图谱的完整性和应用提出了新的挑战。为应对这些挑战,知识图谱补全任务应运而生,专注于填补信息的缺失和不足,旨在提高其作为知识表示工具的准确性和应用价值。本研究专注于深入研究和优化基于关系图、层次图和离散图这三种核心图结构的知识图谱补全技术,旨在提升知识图谱的完整性与准确性,进而推动知识图谱在各领域中的广泛应用。研究内容概括如下:
(1)针对关系图中的关系多样性增加所引发的模型泛化能力低和关系识别准确度低的问题,提出了一种基于特征融合的邻域子图嵌入补全方法。该方法首先通过学习邻域子图的特征,整合了实体的类型信息、情境信息以及结构等价性信息,从而增强知识图谱的表示和推理能力。其次,通过利用多跳路径信息,对实体间的潜在关系进行建模,以在向量空间中更精确地捕捉实体间的交互关系及其相对位置。最后,通过交互融合这两部分特征,算法对知识图谱的复杂结构和深层语义理解得到增强,进而提升了知识图谱补全任务的性能。实验结果表明,该方法有效地提升了知识图谱的完备性和准确性。
(2)针对层次图中的传递性关系建模不足所引发的推理能力受限和高阶关联性挖掘困难的问题,提出了一种基于语义层次感知的圆柱嵌入补全方法。该方法首先引入圆柱坐标系,通过径向距离对不同语义层级的实体进行差异化建模。同时,在同一层级内,通过方位角和高度的引入来区分各个实体。最终,结合径向距离、方位角和高度这三个维度,算法能够对知识图谱内的语义层次和多元关系模式进行有效建模,从而提高知识图谱补全的性能。实验结果表明,该方法在知识图谱的关系建模和推理方面取得了显著的进展。
(3)针对离散图中的拓扑结构的离散性限制导致图表征能力不足以及传统图匹配算法中计算复杂性高的问题,提出了一种基于高斯嵌入的分子图匹配补全方法。该方法首先采用基于GIN算法的双通道消息传递神经网络,对分子图进行高斯嵌入学习,并编码其节点和边信息。其次,提出一个端到端的图相似性计算模型,该算法能够在节点级别和全局级别两个层面上分别评估分子图对之间的相似性,最终生成这对分子图的相似性得分。实验结果表明,该方法为知识图谱的离散型数据结构提供了有效的补全方案,并扩展了其应用领域。
综上,本研究针对关系图、层次图和离散图在知识图谱补全任务中遇到的挑战,提出了一系列创新性解决方法。这些方法旨在提升知识图谱的完整性并优化其信息质量。此外,本研究所提出的方法论拓宽了知识图谱的研究范畴,并在多样化的应用场景中显著增强了其实用性。展望未来,对这些方法的持续深化和完善将进一步满足知识图谱应用的复杂需求,为推动该学科的发展与创新注入新动力。