知识图谱有什么用处

“知识图谱的应用涉及到众多行业，尤其是知识密集型行业，目前关注度比较高的领域：医疗、金融、法律、电商、智能家电等。”基于信息、知识和智能形成的闭环，从信息中获取知识，基于知识开发智能应用，智能应用产生新的信息，从新的信息中再获取新的知识，不断迭代，就可以不断产生更加丰富的知识图谱，更加智能的应用。

如果说波士顿动力的翻跟头是在帮机器人锻炼筋骨，那么知识图谱的“绘制”则是在试图“创造”一个能运转的机器人大脑。

“目前，还不能做到让机器理解人的语言。”中国科学院软件所研究员、中国中文信息学会副理事长孙乐说。无论是能逗你一乐的Siri，还是会做诗的小冰，亦或是会“悬丝诊脉”的沃森，它们并不真正明白自己在做什么、为什么这么做。

让机器学会思考，要靠“谱”。这个“谱”被称为知识图谱，意在将人类世界中产生的知识，构建在机器世界中，进而形成能够支撑类脑推理的知识库。

为了在国内构建一个关于知识图谱的全新产学合作模式，知识图谱研讨会日前召开，来自高校院所的研究人员与产业团队共商打造全球化的知识图谱体系，建立世界领先的人工智能基础设施的开拓性工作。

技术原理：把文本转化成知识

“对于‘姚明是上海人’这样一个句子,存储在机器里只是一串字符。而这串字符在人脑中却是‘活’起来的。”孙乐举例说。比如说到“姚明”，人会想到他是前美职篮球员、“小巨人”、中锋等，而“上海”会让人想到东方明珠、繁华都市等含义。但对于机器来说，仅仅说“姚明是上海人”，它不能和人类一样明白其背后的含义。机器理解文本，首先就需要了解背景知识。

那如何将文本转化成知识呢？

“借助信息抽取技术，人们可以从文本中抽取知识，这也正是知识图谱构建的核心技术。”孙乐说，目前比较流行的是使用“三元组”的存储方式。三元组由两个点、一条边构成，点代表实体或者概念，边代表实体与概念之间的各种语义关系。一个点可以延伸出多个边，构成很多关系。例如姚明这个点，可以和上海构成出生地的关系，可以和美职篮构成效力关系，还可以和226米构成身高关系。

“如果这些关系足够完善，机器就具备了理解语言的基础。”孙乐说。那么如何让机器拥有这样的“理解力”呢？

“上世纪六十年代，人工智能先驱麻省理工学院的马文·明斯基在一个问答系统项目SIR中，使用了实体间语义关系来表示问句和答案的语义，剑桥语言研究部门的玛格丽特·玛斯特曼在1961年使用SemanticNetwork来建模世界知识，这些都可被看作是知识图谱的前身。”孙乐说。

随后的Wordnet、中国的知网（Hownet）也进行了人工构建知识库的工作。

“这里包括主观知识，比如社交网站上人们对某个产品的态度是喜欢还是不喜欢；场景知识，比如在某个特定场景中应该怎么做；语言知识，例如各种语言语法；常识知识，例如水、猫、狗，教人认的时候可以直接指着教，却很难让计算机明白。”孙乐解释，从这些初步的分类中就能感受到知识的海量，更别说那些高层次的科学知识了。

构建方式：从手工劳动到自动抽取

“2010年之后，维基百科开始尝试‘众包’的方式，每个人都能够贡献知识。”孙乐说，这让知识图谱的积累速度大大增加，后续百度百科、互动百科等也采取了类似的知识搜集方式，发动公众使得“积沙”这个环节的时间大大缩短、效率大大增加，无数的知识从四面八方赶来，迅速集聚，只待“成塔”。

面对如此大量的数据，或者说“文本”，知识图谱的构建工作自然不能再手工劳动，“让机器自动抽取结构化的知识，自动生成‘三元组’。”孙乐说，学术界和产业界开发出了不同的构架、体系，能够自动或半自动地从文本中生成机器可识别的知识。

孙乐的演示课件中，有一张生动的图画，一大摞文件纸吃进去，电脑马上转化为“知识”，但事实远没有那么简单。自动抽取结构化数据在不同行业还没有统一的方案。在“百度知识图谱”的介绍中这样写道：对提交至知识图谱的数据转换为遵循Schema的实体对象，并进行统一的数据清洗、对齐、融合、关联等知识计算，完成图谱的构建。“但是大家发现，基于维基百科，结构化半结构化数据挖掘出来的知识图谱还是不够，因此目前所有的工作都集中在研究如何从海量文本中抽取知识。”孙乐说，例如谷歌的KnowledgeVault，以及美国国家标准与技术研究院主办的TAC-KBP评测，也都在推进从文本中抽取知识的技术。

在权威的“知识库自动构建国际评测”中，从文本中抽取知识被分解为实体发现、关系抽取、事件抽取、情感抽取等4部分。在美国NIST组织的TAC-KBP中文评测中，中科院软件所—搜狗联合团队获得综合性能指标第3名，事件抽取单项指标第1名的好成绩。

“我国在这一领域可以和国际水平比肩。”孙乐介绍，中科院软件所提出了基于Co-Bootstrapping的实体获取算法，基于多源知识监督的关系抽取算法等，大幅度降低了文本知识抽取工具构建模型的成本，并提升了性能。

终极目标：将人类知识全部结构化

《圣经·旧约》记载，人类联合起来兴建希望能通往天堂的高塔——“巴别塔”，而今，创造AI的人类正在建造这样一座“巴别塔”，帮助人工智能企及人类智能。

自动的做法让知识量开始形成规模，达到了能够支持实际应用的量级。“但是这种转化，还远远未达到人类的知识水平。”孙乐说，何况人类的知识一直在增加、更新，一直在动态变化，理解也应该与时俱进地体现在机器“脑”中。

“因此知识图谱不会是一个静止的状态，而是要形成一个循环，这也是美国卡耐基梅隆大学等地方提出来的NeverEndingLearning（学无止境）的概念。”孙乐说。

资料显示，目前谷歌知识图谱中记载了超过35亿事实；Freebase中记载了4000多万实体，上万个属性关系，24亿多个事实；百度百科记录词条数1000万个，百度搜索中应用了联想搜索功能。

“在医学领域、人物关系等特定领域，也有专门的知识图谱。”孙乐介绍，Kinships描述人物之间的亲属关系，104个实体，26种关系，10800个事实；UMLS在医学领域描述了医学概念之间的联系，135个实体，49种关系，6800个事实。

“这是一幅充满美好前景的宏伟蓝图。”孙乐说，知识图谱的最终目标是将人类的知识全部形式化、结构化，并用于构建基于知识的自然语言理解系统。

尽管令业内满意的“真正理解语言的系统”还远未出现，目前的“巴别塔”还只是在基础层面，但相关的应用已经显示出广阔的前景。例如，在百度百科输入“冷冻电镜”，右竖条的关联将出现“施一公”，输入“撒币”，将直接在搜索项中出现“王思聪”等相关项。其中蕴含着机器对人类意图的理解。

知识图谱本质上是一种大型的语义网络，它旨在描述客观世界的实体/概念以及及其之间的关系。以实体/概念为节点，以关系为边，提供一种从关系的视角来看世界。

1960年，语义网络(Semantic Networks)作为知识表示的一种方法被提出，主要用于自言语言理解领域。它是一种用图来表示知识的结构化方式。在一个语义网络中，信息被表达为一组结点，结点通过一组带标记的有向直线彼此相连，用于表示结点间的关系。简而言之，语义网络可以比较容易地让我们理解语义和语义关系。

之前的语义网络受限于我们处理的方法，更多是依赖于专家的经验规则去构建，在规模方面受限于特定领域的数据。大规模网络，谷歌在2012年首先提出知识图谱的概念，在freebase的基础上扩展了大量来自互联网的实体数据和关系数据。据说目前实体的数据已经达到数十亿级，有达到千亿级的实例关系，规模是非常巨大的。

构成知识图谱的核心是三元组：实体（Entity）、属性（Attribute）和关系（Relation），可以表示为 <实体1，关系，实体2> 或  <实体1，属性1，属性值1>，例如：<Google，is-a，人工智能公司>；<人工智能公司，subclass，高料技公司>

基于已有的知识图谱三元组，可以推导出新的关系。例如：<翅膀 part-of 鸟>，<麻雀kind-of 鸟>，可以推导出<翅膀 part-of 麻雀>。

12 知识图谱的分类

通用知识图谱 实际上是谷歌或者百度这样的大型的互联网公司在构建的，它主最主要是用于它的搜索引擎，它面向的是通用领域，它的用户是全部的互联网的用户，它构建常识性的知识为主，包括结构化的百科知识，它强调的更多的是一种知识的广度，对知识的深度方面不做更多的要求，它的使用者也是普通的用户。

行业知识图谱 面向一个特定的领域，它的数据来源是来源于特定行业的语料，它是基于行业的数据来构建，而且要有一定的行业的深度，它强调的是更多的是深度，而不是广度，能够解决行业人员的问题，它的使用者也是这个行业内的从业人员，或是这个领域里面的专业人员来使用。

通用知识图谱和行业知识图谱，个并不是说完全互相独立的，是具有互相互补性的关系。一方面，通用知识图谱会不断的吸纳行业或者领域知识图谱的知识，来扩充它的知识面，然后增加它的知识的广度。同时，我们在构建一个行业知识图谱或者领域知识图谱的时候，实际上也并不是说只局限在这个领域的基本的数据，我们同时还要去通用知识图谱里面去吸纳更多的常识性的知识来作为补充，只有这样才能构成一个非常完整的行业知识图谱。

笔者是一只已经离职的AI产品经理，主要擅长的方向是知识图谱与自然语言处理，写这些文章是为了总结归纳目前已经搭建的知识体系，也在于科普。如有不对，请指正。

知识图谱在国内属于一个比较新兴的概念，国内目前paper都比较少，应用方主要集中在BAT这类手握海量数据的企业，这个概念是google在2012年提出的，当时主要是为了将传统的keyword-base搜索模型向基于语义的搜索升级。知识图谱可以用来更好的查询复杂的关联信息，从语义层面理解用户意图，改进搜索质量。

个人认为，知识图谱最大的优势是在于对数据的描述能力非常强大，各种机器学习算法虽然在预测能力上很不错，但是在描述能力上非常弱，知识图谱刚好填补了这部分空缺。

知识图谱的定义非常多，我这里提供一部分我自己的理解：

1知识图谱主要目标是用来描述真实世界中存在的各种实体和概念，以及他们之间的强关系，我们用关系去描述两个实体之间的关联，例如姚明和火箭队之间的关系，他们的属性，我们就用“属性--值对“来刻画它的内在特性，比如说我们的人物，他有年龄、身高、体重属性。

2知识图谱可以通过人为构建与定义，去描述各种概念之间的弱关系，例如：“忘了订单号”和“找回订单号”之间的关系

知识库目前可以分为两种类型：Curated KBs 和 Extracted KBs

Curated KBs ：以yago2和freebase为代表，他们从维基百科和WordNet等知识库抽取了大量的实体及实体关系，可以把它理解城一种结构化的维基百科。

Extracted KBs ：主要是以Open Information Extraction (Open IE),  Never-Ending Language Learning (NELL)为代表，他们直接从上亿个网页中抽取实体关系三元组。与freebase相比，这样得到的实体知识更具有多样性，而它们的实体关系和实体更多的则是自然语言的形式，如“姚明出生于上海。” 可以被表示为(“Yao Ming”, “was also born in”, “Shanghai”)。直接从网页中抽取出来的知识，也会存在一定的噪声，其精确度低于Curated KBs。

a)“姚明出生于上海”

b)“姚明是篮球运动员”

c)“姚明是现任中国篮协主席”

以上就是一条条知识，把大量的知识汇聚起来就成为了知识库（Knowledge Base）。我们可以从wikipedia，百度百科等百科全书获取到大量的知识。但是，这些百科全书的知识是由非结构化的自然语言组建而成的，这样的组织方式很适合人们阅读但并不适合计算机处理。

为了方便计算机的处理和理解，我们需要更加形式化、简洁化的方式去表示知识，那就是三元组（triple）。

“姚明出生于中国上海” 可以用三元组表示为(Yao Ming, PlaceOfBirth, Shanghai)[1]。这里我们可以简单的把三元组理解为(实体entity,实体关系relation,实体entity)。如果我们把实体看作是结点，把实体关系（包括属性，类别等等）看作是一条边，那么包含了大量三元组的知识库就成为了一个庞大的知识图。

有些时候会将实体称为topic，如Justin Bieber。实体关系也可分为两种，一种是属性property，一种是关系relation。如下图所示，属性和关系的最大区别在于，属性所在的三元组对应的两个实体，常常是一个topic和一个字符串，如属性Type/Gender，对应的三元组（Justin Bieber, Type, Person），而关系所在的三元组所对应的两个实体，常常是两个topic。如关系PlaceOfBrith，对应的三元组（Justin Bieber, PlaceOfBrith, London）。

（图中蓝色方块表示topic，橙色椭圆包括属性值，它们都属于知识库的实体；蓝色直线表示关系，橙色直线表示属性，它们都统称为知识库的实体关系，都可以用三元组刻画实体和实体关系）

这里只是简单介绍一下数据结构，知识表达这一块会在《知识图谱基础（二）-知识图谱的知识表达系统》中详细讲解。

读者只要记住，freebase的基础知识表达形式：(实体)-[关系]-(实体)，(实体)-[关系]-(值)即可，参考图3，姚明和叶莉的关系。

通过知识图谱，不仅可以将互联网的信息表达成更接近人类认知世界的形式，而且提供了一种更好的组织、管理和利用海量信息的方式。下图是笔者整理的知识图谱有关的应用，接下来的一些文章笔者会对下面的应用进行剖析。

从图4上看，知识图谱的应用主要集中在搜索与推荐领域，robot（客服机器人，私人助理）是问答系统，本质上也是搜索与推荐的延伸。可能是因为知识图谱这项技术（特指freebase）诞生之初就是为了解决搜索问题的。知识存储这一块可能是企查查和启信宝这些企业发现使用图结构的数据比较好清洗加工。

在语义搜索这一块，知识图谱的搜索不同于常规的搜索，常规的搜索是根据keyword找到对应的网页集合，然后通过page rank等算法去给网页集合内的网页进行排名，然后展示给用户；基于知识图谱的搜索是在已有的图谱知识库中遍历知识，然后将查询到的知识返回给用户，通常如果路径正确，查询出来的知识只有1个或几个，相当精准。

问答系统这一块，系统同样会首先在知识图谱的帮助下对用户使用自然语言提出的问题进行语义分析和语法分析，进而将其转化成结构化形式的查询语句，然后在知识图谱中查询答案。

知识图谱是图像识别的方法。知识图谱的提出是为了准确地阐述人、事、物之间的关系，最早应用于搜索引擎。知识图谱是为了描述文本语义，在自然界建立实体关系的知识数据库。在信息的基础上，建立实体之间的联系，就能行成知识。大多数知识图谱都采用自底向上的构建方式。自底向上指的是从一些开放链接数据（也就是信息）中提取出实体，选择其中置信度较高的加入到知识库，再构建实体与实体之间的联系。

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