基于表示学习的知识图谱推理研究综述

知识图谱以结构化形式描述了现实世界中的客观知识,但面临着构建不完整或者无法处理新增知识等挑战。知识图谱推理方法成为了知识图谱补全和更新的重要手段,该方法旨在基于图谱中已有的事实推断出未知的事实。近年来,基于表示学习的知识图谱推理研究受到了广泛关注,其主要研究思路是将实体和关系嵌入到低维连续向量空间从而进行推理,具有计算效率快、推理性能高等优势。文中以基于表示学习的知识图谱推理方法为研究对象,首先对相关的符号表示、数据集、评价指标、训练方法以及评测任务进行了简要概述;其次介绍了基于平移距离和语义匹配的两种典型知识图谱推理方法;然后对融合多源信息的推理方法进行了分类和梳理,以及详细分析了近期流行的基于神经网络的推理研究进展;最后总结全文,同时对知识图谱推理的未来研究方向进行展望。     

结合拓扑和方位的定性空间推理方法*

空间区域的拓扑关系和方位关系是空间推理的重要研究内容,以往的工作集中在单一的空间方面, 这不能满足实际应用领域的需要.基于主方位模型给出了主方位关系的形式化定义,考虑到拓扑与方位间的相互依赖关系,提出了结合拓扑和方位的定性表示与推理算法,能够处理多方面空间信息,在空间数据库和机器人导航等领域具有实际应用价值.     

空间网络间的空间关系的表示和推理

空间网络间的空间关系的表示和推理在空间数据库领域具有重要的意义.为了对复杂的空间网络间的空间关系进行定义和区分,首先提出了空间网络间的空间关系的谓词表示和交集模型表示方法,给出了空间网络间的空间关系模型的特征条件式和蕴涵条件式,进一步给出了空间网络间的空间关系的划分定理和推论;系统研究了空间网络间的空间关系的推理方法,针对空间网络间的空间关系推理特点,提出了推理相斥规则和推理蕴涵规则.研究成果为空间网络间的空间关系在空间数据库中的应用奠定了基础,极大地增强了空间数据库处理复杂对象的空间关系的能力.     

基于MBR的拓扑、方位、尺寸结合的定性空间推理

解决实际问题需将多方面空间关系结合进行推理,多方面空间关系结合推理已成为定性空间推理的研究热点;已有工作主要集中在两方面空间关系结合,缺少两方面以上空间关系结合工作.为解决上述问题,通过最小外包矩形近似表示区域对象,利用其在坐标轴上投影间的关系表示相应空间关系;提出扩展矩形关系模型,实现拓扑、方位和尺寸关系的统一表示和推理;给出RCC8、主方位及尺寸关系转换成扩展矩形关系的转换算法;讨论其上关系取反和复合,指出其复合是基于相容性而非存在性;证明(强预)凸扩展矩形关系约束网是可处理的.     

方位关系约束满足问题的推理求解

约束满足问题（Constraint Satisfaction Problems CSP）是人工智能的一个研究领域,诸如空间查找、规划等问题都可转化为约束满足问题。方位关系是空间关系的重要组成部分,用以确定空间对象间的一种顺序。本文研究了空间方位关系模型,给出了方位关系约束的一般表示形式。在此基础上,利用组合表推理给出了方位关系约束满足问题的一个推理求解算法,该算法的时间复杂度为O（n^2）。     

一种用于常识空间信息处理的定性空间关系模型

在空间信息处理中,一些常识空间信息通常结合多方面空间关系,而且这些空间关系是动态变化的.为了有效地表示这些复杂的空间关系,并对其进行推理,提出了一种结合拓扑、方向和大小关系的空间信息处理模型TDSC (topology-direction-size calculus),并基于TDSC模型提出了处理动态空间关系变化的表示推理框架.首先,利用同对象多属性的方法建立了融合大小、拓扑和方向关系的完备至斥基本关系表示;然后提出了复合表生成算法和推理算法,使得原有模型的表示和推理结果可以直接在新模型中使用.同时提出处理动态空间关系的邻域划分图,给出了邻域划分图的自动生成算法,以及TDSC模型的邻域划分图.最后给出基于TDSC模型邻域划分图的表示和推理框架,并结合实例说明框架的正确性和有效性.     

Vague区域关系与方向关系的表示及复合推理

Vague区域关系和Vague方向关系的表示和推理在空间数据库、网络信息安全、数据挖掘和人工智能等领域具有重要的意义。为了处理复杂的Vague区域关系和Vague方向关系表示及其复合推理等问题,基于Vague集对Vague区域关系和方向关系进行了系统研究。给出了Vague区域关系交集矩阵和表示模型;为了处理由参照对象的不确定性所导致的方向关系的不确定性,基于V ag ue集提出了V ag ue方向关系的交集矩阵表示方法;为了对动态V ag ue方向关系进行分析、预测与推理,详细研究了Vague方向关系的动态性和动态邻接关系,给出了Vague方向关系的反向方向关系处理方法;进一步研究了Vague区域关系和Vague方向关系的复合关联推理方法。理论研究和实验分析表明研究成果可较好地处理V ag ue区域关系和V ag ue方向关系及其复合关联推理等问题,增强了数据信息处理系统对复杂不确定空间关系的处理能力。     

基于Voronoi图的定性路径推理

动态空间知识的表示与推理是定性空间推理研究的重要内容.基于Voronoi图及其动态变化,提出运动路径定性表示与推理方法.先根据Voronoi图空间邻近关系定义Voronoi图生成子空间关系,进一步定义定性位置及概念邻域,并应用概念相邻的定性位置序列给出定性路径表示.再由动态Voronoi图的边集变化和给出的概念邻域中定性位置间最短路径的启发式算法,设计并实现具有观察者角度的定性路径推理算法.最后,实验分析并验证该方法的有效性.     

时空推理研究进展

与时态和空间有关的推理问题是人工智能研究中重要的组成部分,在地理信息系统、时空数据库、CAD/CAM等领域有着重要应用.从本体、表示模型和推理方法3个方面分别介绍了时态推理和空间推理的发展,并在此基础上综述了时空结合推理的研究进展.讨论了目前时空推理领域存在的问题,并指出了今后的发展方向.     

基于多关系循环事件的动态知识图谱推理

针对现有动态知识图谱推理方法大多存在同时间多关系下推理能力有限的问题,文中提出基于多关系循环事件的动态知识图谱推理方法.利用改进的多关系邻近聚合器融合目标实体邻域信息,获得更准确的实体邻域向量表示,并通过优化信息融合简化文中方法.同时加入关系预测任务,扩大处理特定范围内两个实体间关系冲突的能力.在大型真实数据集上的实体预测和关系预测的实验表明,文中方法有效提升动态知识图谱的推理能力.     

线型物体主方向关系推理的研究

线型物体主方向关系的推理研究是空间方向关系推理中的重要组成部分.在分析线型物体主方向关系模型的基础上,提出了线型物体主方向关系的投影区间矩形代数方法,从而实现了线型物体主方向关系的合理表示、基本推理运算以及线型物体主方向关系的凸关系判断.结合凸关系网络定理和路径一致性算法,提出了线型物体主方向关系网络一致性检验算法,给出了算法的正确性证明.     

基于MBR的主方向关系一致性检验

定性的空间推理在地理信息系统、人工智能、数据库及多媒体等领域中的应用越来越引起人们的注意.空间推理的基础理论以及相应算法也在不断地创新和发展.方向关系推理是空间推理研究领域的重要分支,利用区间代数及矩形代数理论,以物体的极小边界盒(minimum bounding rectangle,简称MBR)为模型,提出了一种基于MBR的主方向关系与矩形代数关系相结合的推理方法.利用该方法,可以将矩形代数良好的计算性质应用于空间方向关系推理中,实现了矩形代数与基于MBR主方向关系的相互转换方法、主方向关系合成及求反方法、主方向关系中凸(convex)关系判定方法及方向关系一致性检验算法.     

空间关系定性组合模型描述

目前很多现有应用系统采用的是方向关系和拓扑关系的独立描述模型,影响了空间推理和空间表达的精度.在分析了拓扑关系和方向关系模型的基础上,提出了一种基于Voronoi图的拓扑关系和方向关系的组合模型,使其能较全面地描述对象的空间关系.     

多种空间关系和时间结合的定性时空推理

空间实体之间存在多种时空关系,主要包含拓扑、方向、距离、尺寸和时间等.以往的研究工作主要集中于3种以下时空关系结合的表示和推理,而3种以上结合的研究很少.但多种时空关系之间是相互统一和相互约束的,所以,将它们全部综合起来研究是时空推理研究发展的必然趋势,也是实际应用的迫切需要.提出了采用矩形关系统一表示多种空间关系,以矩形关系变化次数表示时间的时空统一表示模型,并在此基础上,利用概念邻域图推导空间关系变化和时间变化.据此,结合矩形关系网络和路径一致性算法,提出了检验上述统一模型网络一致性的算法,并分析了算法复杂度.该研究成果提高了空间关系分析方法的准确性,减小了时间信息的冗余,对地理信息系统中空间实体间的空间关系以及时间变化的分析和查询等有一定的理论意义与应用价值.     

三维空间方向关系的定性描述与推理

在研究现有二维平面对象的方向关系模型的基础上,给出一个三维空间方向关系定性表达和推理模型。该模型是平面方向关系矩阵模型向三维空间的扩展,通过延伸参考对象在三维空间最小外包矩形的边,将三维空间划分为27个方向区域,通过记录上述27个方向区域与主对象的交集是否为空,构造一个三行九列的矩阵,用以表示三维空间的方向关系。基于该模型给出三维空间方向关系的定性推理方法。     

基于区域延伸的定性空间表示

在区域连接演算(region connection calculus,RCC)理论基础上给出了区域延伸的形式定义.通过区域延伸,定义了关联空间的概念,进而提出了空间表示的一个模型,在这个模型中给出了空间中物体的空间拓扑关系、距离关系、方向关系以及位置等信息的定性表示.智能体对空间关系的确定是通过区域延伸实现的,模型为智能体在约束空间环境中的行动推理提供了一个新的表示方法.     

A condensed semantics for qualitative spatial reasoning about oriented straight line segments

More than 15 years ago, a set of qualitative spatial relations between oriented straight line segments (dipoles) was suggested by Schlieder. However, it turned out to be difficult to establish a sound constraint calculus based on these relations. In this paper, we present the results of a new investigation into dipole constraint calculi which uses algebraic methods to derive sound results on the composition of relations of dipole calculi. This new method, which we call condensed semantics, is based on an abstract symbolic model of a specific fragment of our domain. It is based on the fact that qualitative dipole relations are invariant under orientation preserving affine transformations.The dipole calculi allow for a straightforward representation of prototypical reasoning tasks for spatial agents. As an example, we show how to generate survey knowledge from local observations in a street network. The example illustrates the fast constraint-based reasoning capabilities of dipole calculi. We integrate our results into two reasoning tools which are publicly available.     

A model of fuzzy spatio-temporal knowledge representation and reasoning based on high-level Petri nets

In many application areas there is a need to represent human-like knowledge related to spatio-temporal relations among multiple moving objects. This type of knowledge is usually imprecise, vague and fuzzy, while the reasoning about spatio-temporal relations is intuitive. In this paper we present a model of fuzzy spatio-temporal knowledge representation and reasoning based on high-level Petri nets. The model should be suitable for the design of a knowledge base for real-time, multi-agent-based intelligent systems that include expert or user human-like knowledge. The central part of the model is the knowledge representation scheme called FuSpaT, which supports the representation and reasoning for domains that include imprecise and fuzzy spatial, temporal and spatio-temporal relationships. The scheme is based on the high-level Petri nets called Petri nets with fuzzy spatio-temporal tokens (PeNeFuST). The FuSpaT scheme integrates the theory of the PeNeFuST and 117 spatio-temporal relations.The reasoning in the proposed model is a spatio-temporal data-driven process based on the dynamical properties of the scheme, i.e., the execution of the Petri nets with fuzzy spatio-temporal tokens. An illustrative example of the spatio-temporal reasoning for two agents in a simplified robot-soccer scene is given.     

一种用矩形代数表示主方向关系的方法

论文重点介绍了基于主方向物体MBR(MinimumBoundRectangle)与矩形代数(Rectanglealgebra)理论相结合对物体空间方向关系进行表述的一个新型模型。通过将物体方向和矩形代数有机结合,利用矩形代数良好的计算性质可以为以后的主方向空间推理以及一致性检验提供更为简便快捷的算法,为GIS和人工智能领域中的方向关系推理提供一个新的思路。