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本文整理了關於知識圖譜的多篇頂會論文，帶你瞭解知識圖譜的最新進展。

ACL 2018

鏈接：https://www.paperweekly.site/papers/2108

解讀：劉兵，東南大學計算機學院博士，研究方向為機器學習、自然語言處理

動機

遠程監督關係抽取方法雖然可以使用知識庫對齊文本的方法得到大量標註數據，但是其中噪聲太多，影響模型的訓練效果。基於 bag 建模比基於句子建模能夠減少噪聲的影響，但是仍然無法克服 bag 全部是錯誤標註的情形。

為了換機噪聲標註，本文提出基於對抗神經網絡的方法，嘗試從自動標註數據中清除噪聲。實驗結果表明，本文提出的方法能夠有效去除噪聲，提升遠程監督方法的抽取性能。

方法框架

本文提出的方法包括一個生成器和一個判別器，他們的功能是：

• 生成器：生成器用於將關於關係 r 的有噪聲的數據 P 劃分成兩組：表示正確標註數據的 TP 和表示錯誤標註數據的 FP。模型會輸出每個句子是正確標註的概率，然後依據該概率抽樣，得到 TP，剩餘的作為 FP。
• 判別器：評價生成器生成的數據劃分的好壞。評價的方法是：首先使用標註為關係 r 的數據 P 和非 r 的數據 N 對判別器做預訓練。在評價生成器的劃分 TP FP 時，有意顛倒 TP FP 的標籤，即 TP 標記為負例，FP 標記為正例，從而形成錯誤的訓練數據，使用該數據繼續訓練判別器，看看該判別器性能下降情況。判別器性能下降越多，說明顛倒標籤的 TP FP 越錯誤，也就是 TP FP 越正確。

對抗過程是：生成器生成數據劃分之後，判別器通過訓練過程來評價該劃分的好壞，並將結果反饋給生成器。生成器根據反饋生成更好的數據，從而更大程度地降低判別器的判別能力。

實驗

實驗部分分析了訓練過程中生成器和判別器的收斂情況、以及去噪效果。在去噪效果方面，從下面的 P-R 圖可以看出，在去噪後的數據上訓練得到的模型比在去噪前的數據上訓練的模型效果更好。

AAAI 2018

鏈接：https://www.paperweekly.site/papers/2109

解讀：徐康，南京郵電大學講師，研究方向為情感分析、知識圖譜

任務簡介

特定目標的基於側面的情感分析，在原來基於側面的情感分析的基礎上，進一步挖掘細粒度的信息，分析特定對象的側面級別的情感極性。

圖1 特定目標的側面級別的情感分析示例

圖2 文本描述多個目標的多個側面的示例

從圖 2 的示例中，我們可以看出真實的文本描述中，我們可能同時描述多個目標和關於這些目標的多個側面，原來基於側面的情感分析，一般用於評論分析，假定目標實體已經給定，因此該任務只能識別出側面以及分類該側面的情感，更一般的情況，該任務並不能解決，因此，需要構建新的任務，特定目標的基於側面的情感分析，同時抽取文本的描述的目標、它們對應的側面以及描述這些側面的情感極性。

例如，給定句子“I live in [West London] for years. I like it and itis safe to live in much of [west London]. Except [Brent] maybe.”包含兩個目標 [west London] 和 [Brent]。

我們的目標就是識別目標的側面並且分類這些側面的情感。我們想到的輸出就是：

• 關於目標 [WestLondon] 的結果 [‘general’:positive;‘safety’:positive]
• 關於目標 [Brent] 的結果 [‘general’: negative; ‘safety’:negative]

現有方法的不足：

• 在一個句子中，同一個目標可能包含多個實例（同一個目標的不同表述方式，例如，同義詞、簡寫等）或者一個目標對應一個句子中的多個詞語。但是，現有的方法都假設所有的實例對於情感分類的重要性是一樣的，簡單地計算所有實例的向量的均值。事實上，同一個目標中的個別實例對於情感分類的重要性明顯高於其他的實例。
• 現有的層次注意力機制模型將關於給定目標、側面和情感的建模過度簡化成一種黑盒的神經網絡模型。現有的研究方法都沒有引入外部知識（情感知識或者常識知識）到深度神經網絡，這些知識可以有助於側面和情感極性的識別。

模型簡述和常識知識

本文提出的神經結構如圖 2 所示，包含兩個模塊：序列編碼器和層次注意力模塊。給定一個句子

，首先查閱詞向量表將句子中輸入的詞語全部變成詞向量

。

其中序列編碼器基於雙向 LSTM，將詞向量轉換成中間隱含層序列輸出，注意力模塊置於隱含層輸出的頂部，其中比較特殊的是，本結構中加入目標級別的注意力模塊該模塊的輸入不是序列全部的中間隱含層輸出，而是序列中描述目標對象對應的位置的詞語的隱含層輸出（如圖 2 中的紫色模塊），計算這些詞語的自注意向量 Vt。

這裡目標級別的注意力模塊的輸出表示目標，目標的表示結合側面的詞向量用於計算句子級別的注意力表示，將整個句子表示一個向量，這個句子級別的注意力模塊返回一個關於特定目標和側面的句子向量，然後用這個向量預測這個目標對應的側面的情感極性。

圖3 注意力神經結構

為了提升情感分類的精確度，本文使用常識知識作為知識源嵌入到序列編碼器中。這裡使用 SenticNet 作為常識知識庫，該知識庫包含了 5000 個概念關聯了豐富的情感屬性（如表 1 所示），這些情感屬性不但提供了概念級別的表示，同時提供了側面和它們的情感之間對應的語義關聯。

例如，概念“rottenfish”包含屬性“KindOf-food”可以直接關聯到側面“restaurant”或者“food quality”，同時情感概念“joy”可以支撐情感極性的分類（如圖 4 所示）。

表1 SenticNet 的示例

因為 SenticNet 的高維度阻礙了將這些常識知識融合到深度神經網絡結構中。AffectiveSpace 提出了方法將 SenticNet 中的概念轉化成連續低維度的向量，而且沒有損失原始空間中的語義和情感關聯。基於這個新的概念空間，本文將概念級別的信息嵌入到深度神經網絡模型中可以更好地分類自然語言文本中的側面和情感分類。

圖4 SenticNet 語義網絡的部分

實驗結果

本文主要評估了兩個子任務：

• 一是側面分類
• 二是基於側面的情感分類

主要評估兩個測度，精確度、Macro-F1 和 Micro-F1；實驗室的數據集包括 SentiHood 和 Semeval-2015；常識知識庫使用 SenticNet 和使用 AffectiveSpace 作為概念 embedding，如果沒有抽取到概念，那麼使用零向量作為輸入。實驗結果如圖 5 和圖 6 所示。

圖5 在 SentiHood 數據集上的性能

圖6 Semeval-2015 數據集的性能

WWW' 2018

鏈接：

https://www.paperweekly.site/papers/2097

解讀：鄧淑敏，浙江大學博士生，研究方向為知識圖譜與文本聯合表示學習，動態知識圖譜，時序預測

動機

推薦系統最初是為了解決互聯網信息過載的問題，幫助用戶針推薦其感興趣的內容並給出個性化的建議。新聞具有高度時效性和話題敏感性的特點，一般而言新聞的熱度不會持續太久，而且用戶關注的話題也多是有針對性的。其次，新聞的語言高度濃縮，往往包含很多常識知識，而目前基於詞彙共現的模型，很難發現這些潛在的知識。因此這篇文章提出了 DKN，將知識表示融合到新聞推薦系統中。

模型

首先看一下 DKN 模型的框架，如下圖所示：

DKN 模型主要分成三部分：

• 知識抽取（Knowledge Distillation）
• 知識感知卷積神經網絡（KCNN: Knowledge-aware CNN）
• 用於抽取用戶興趣的注意力網絡（Attention Network: Attention-based UserInterest Extraction）

下面對這三部分進行詳細的介紹。

1. 知識抽取

知識抽取模塊的輸入是一些用戶點擊的新聞標題以及候選新聞的標題。整個過程可以參見下圖。

首先將標題拆成一組詞，然後將標題中的詞與知識庫的實體進行鏈接。如果可以找到詞所對應的實體，那麼再接著找出距離鏈接實體一跳之內的所有鄰接實體，並將這些鄰接實體稱之為上下文實體。尋找上下文實體的過程如下圖所示。

這樣，根據新聞標題可以得到三部分的信息，分別是詞，鏈接實體，以及上下文實體。利用 word2vec 模型可以得到詞的向量表示，利用知識圖譜嵌入模型（這裡用的 TransD）可以得到知識庫實體的向量表示。

其中，鏈接實體的表示就是 TransD 的訓練結果，如果鏈接不上就 padding。上下文實體的表示就是對多個實體的表示進行平均，如果前一步沒有鏈接實體這裡也同樣 padding。由此分別得到了詞、鏈接實體、上下文實體的向量表示。

2. 知識感知卷積神經網絡

KCNN 在得到新聞標題三方面信息的向量表示之後，下一步是要將它們放到同一個模型中進行訓練。但是這裡存在的問題是，三者不是通過同一個模型學出來的，直接放到同一個向量空間不合理。這篇文章使用的方法是，先把鏈接實體、上下文實體的向量表示通過一個非線性變換映射到同一個向量空間：

然後類似於圖像中 RGB 的三通道，將詞、鏈接實體、上下文實體的向量表示作為 CNN 多通道的輸入。這樣 KCNN 的輸入就可以表示為：

然後通過卷積操作得到新聞標題的向量表示：

KCNN 的架構可以參考下圖。這裡還用了不同大小的卷積核進行卷積。

3. 注意力網絡

給定用戶 i 的點擊歷史新聞：

通過 KCNN 得到它們的向量表示：

採用一個 DNN 作為注意力網絡和一個 softmax 函數計算歸一化影響力權重：

這樣可以得到用戶 i 關於候選新聞 t_i 的向量表示：

用戶 i 點擊新聞 t_j 的概率由另一個 DNN 預測：

實驗

數據集 ：這篇文章的數據來自 bing 新聞的用戶點擊日誌，包含用戶 id，新聞 url，新聞標題，點擊與否（0未點擊，1點擊）。蒐集了 2016 年 10 月 16 日到 2017 年 7 月 11 號的數據作為訓練集。2017年7月12號到8月11日的數據作為測試集合。使用的知識圖譜數據是 Microsoft Satori。以下是一些統計數據以及分佈。

實驗用的評價指標是 AUC 和 F1，對比實驗結果如下表所示。

下面這張表展示了 DKN 本身的一些變量對實驗結果的影響：

筆者認為，DKN 的特點是融合了知識圖譜與深度學習，從語義層面和知識兩個層面對新聞進行表示，而且實體和單詞的對齊機制融合了異構的信息源，能更好地捕捉新聞之間的隱含關係。利用知識提升深度神經網絡的效果將會是一個不錯的方向。

AAAI 2018

鏈接：https://www.paperweekly.site/papers/1988

源碼：https://github.com/adityaSomak/PSLQA

解讀：楊海宏，浙江大學博士，研究方向為知識問答與推理

論文概述

視覺問答（Visual Question Answering）現有兩大類主流的問題, 一是基於圖片的視覺問答（ImageQuestion Answering），二是基於視頻的視覺問答（Video Question Answering）。而後者在實際處理過程中，常常按固定時間間隔取幀,將視頻離散化成圖片（frame）的序列，剔除大量冗餘的信息，以節省內存。

當前視覺問答的研究主要關注以下三個部分：

• 延續自然語言處理中，對注意力機制（Attention Mechanism）和記憶網絡（Memory Network）的研究，旨在通過改進二者提高模型對文本和圖像信息的表達能力，通過更豐富的分佈式表示來提升模型的精度。另一方面，也可以視作是對神經計算機（Neural Machine）其中鍵值模塊（Key-value，對應注意力）和緩存模塊（Cache，對應記憶網絡）的改進。
• 密集地研究可解釋性（Interpretability）和視覺推理（Visual Reasoning）。對同領域多源異構數據，這類研究方向將問答視為一種檢索或人機交互方式，希望模型能提供對交互結果（即答案）的來由解釋。
• 將文本或圖像，以及在圖像中抽取的一系列信息，如場景圖譜（SceneGraph），圖片標題（Image Caption）等視為是”知識來源”，在給定一個問題時，如何綜合考慮所有的知識，並推斷出最後的答案。

文章開頭提到的論文，便是朝著第三個方向再邁進一步。

模型

本文提出的主要模型，是一個基於一階謂詞概率軟邏輯（Probabilistic Soft Logic）的顯式推理機。如果你已經訓練好了一個用於視覺問答的神經網絡模型，那麼這個顯式推理機可以根據模型的輸出結果，綜合考慮信息後，更正原本模型的輸出結果。這樣的後處理能提升模型的精度。下圖就是一個這樣的例子。

圖1 一個正面例子

圖 1 中紅色六邊形標示的 “PSL Engine”，是顯式推理的核心部分。通過這一個部分，將 “VQA” 的預測結果與” Visual Relation（視覺關係）”，“Question Relation（問題關鍵詞關係）”和”Phrasal Knowledge（語言常識）”三部分信息綜合起來進行推理，更新答案。此處是一個正向例子。

推理過程具體如下：

• 生成 VQA 答案：存在一個視覺問答的神經網絡模型，對於這幅圖片和相應問題，預測出最有可能的答案是：教堂（church）和穀倉（barn）。
• 生成Visual Relation：通過利用 Dense Captioning system (Johnson, Karpathy, and Fei-Fei 2016) 生成圖片的文本描述，再用 Stanford Dependency Parsing (De Marneffe et al. 2006) 抽取生成描述中的關鍵詞，再啟發式的方法為關鍵詞對添加上關係，構成三元組。這代表了從圖片中抽取出有效的結構化信息.。
• 生成 Question Relation：再次使用 StanfordDependency Parsing 及啟發式方法抽取問題中包含的三元組信息。
• 生成 Phrasal Knowledge：
  將所有相關關鍵詞在 ConceptNet 和詞向量中索引，並計算相似度。
• 由概率軟邏輯推理引擎綜合前面四步生成的所有信息，更新 VQA 答案對應的得分並重新排序，得到新的結果。

在推理過程中，使用了概率軟邏輯來綜合考量各種生成的事實。其核心思想是：由謂詞和變元組成的命題，真值不在侷限於 1 或 0（真或假），而是可以在閉區間 [0, 1] 上取值。一個簡單的例子是：

“X 和 Y 是朋友關係且 Y 為 Z 投票，蘊含 X 為 Z 投票”的權重是 0.3。而“X 和 Y 是伴侶關係且 Y 為 Z 投票，蘊含 X 為 Z 投票”的權重是 0.8。回到本文的例子，綜合所有生成的命題並進行推理的過程如下：

在此，命題的權重 w_i 是需要學習的部分。而優化的目標是使得滿足最多條件的正確答案的權重最高。

實驗

在數據集 MSCOCO-VQA (Antol et al. 2015) 測試，讓我們看看效果：

圖2 實驗結果中的 8 個例子

WSDM 2018

鏈接：

https://www.paperweekly.site/papers/2110

解讀：李林，東南大學碩士，研究方向為知識圖譜構建及更新

動機

詞語的演化伴隨著意思和相關詞彙的改變，是語言演化的副產品。通過學習詞語的演化，能夠推測社會趨勢和人類歷史中不同時期的語言結構，傳統的詞語表示技術並不能夠捕獲語言結構和詞彙信息。本文提出了動態統計模型，能夠學習到具有時間感知的詞向量，同時解決了相鄰時間片段中詞向量的“對齊”，實現了用來進行語義發現的動態詞向量模型。

論文貢獻

• 本文的動態詞向量模型可以看作傳統“靜態”詞向量方法（如：word2vec）的提升。
• 本文通過在所有時間片段上並行的學習臨時詞向量，實現詞向量的聯合學習，然後通過正則化項平滑詞向量的變化，解決了對準問題。實驗結果表明，本文通過正則化項實現對準的方法優於傳統動態詞向量中分步進行訓練和對準的方法。
• 本文利用塊座標下降方法來解決所有時間序列上詞向量聯合學習造成的計算問題。
• 本文的方法在不同的時間片段中，共享了大多數詞的信息。這使得本文的方法針對數據稀疏問題，具有健壯性，使得能夠處理一些時間片段中的罕見詞彙。

模型

本文為不同的時間範圍學習到了不同的向量表示，並通過距離的定義，選出和一個詞相似的“鄰居”。為不同的時間週期訓練不同的詞向量，一個關鍵問題，就是不同時間中的詞向量如何對準；通常來說訓練詞向量的 cost function 具有旋轉不變性，這樣在不同時間對同一個詞學習到的向量可能不在相同的潛在空間中，這使得為不同時間片段訓練詞向量時，詞的位置可能變的雜亂無章，無法和上一個時間段的詞向量進行對準。

本文通過對所有時間序列上的詞向量進行聯合學習，避免單獨解決對準問題。具體的，通過在所有時間片段上並行的學習臨時詞向量，然後通過正則化項平滑詞向量的變化，最後利用塊座標下降方法來解決時間序列上進行詞向量聯合學習的計算問題。

對於靜態詞向量的訓練，本文計算了所有詞彙之間的點互信息 PMI，把訓練詞向量中求內積的操作看作是點互信息值，那麼類似於負採樣這種詞向量訓練技巧可以看作點互信息 PMI 的低秩分解，真實數據往往非常稀疏，存在高效的低秩分解方法。通過在每一個時間片段上進行低秩分解，來為詞向量引入時間參數：

詞向量 U(t) 可以通過分解 PPMI(t,L) 得到，通過最小化連續時間片段中詞向量的 L2 範數來進行對準；整合以上內容，時態詞向量的計算方法通過以下目標函數的最小化來得到：

實驗

本文使用的數據是從 New York Times 上抓取的 99872 篇文章。在定性分析中，apple，amazon，obama，trump 的詞義變化軌跡如下所示：

實驗結果中，詞義的變化軌跡通過“鄰居”詞彙的變化給出，能夠清晰的看到語義的演化過程。表明了本文的動態詞向量方法能夠有效的捕獲詞義的演化。

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關鍵字: 知識庫 乾貨 對齊