772 research outputs found

    Generating Rules to Filter Candidate Triples for their Correctness Checking by Knowledge Graph Completion Techniques

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    Knowledge Graphs (KGs) contain large amounts of structured information. Due to their inherent incompleteness, a process known as KG completion is often carried out to find the missing triples in a KG, usually by training a fact checking model that is able to discern between correct and incorrect knowledge. After the fact checking model has been trained and evaluated, it has to be applied to a set of candidate triples, and those that are considered correct are added to the KG as new knowledge. However, this process needs a set of candidate triples of a reasonable size that represents possible new knowledge, in order to be evaluated by the fact checking task and, if considered to be correct, added to the KG, enriching it. Current approaches for selecting candidate triples for their correctness checking either use the full set possible missing candidate triples (and thus provide no filtering) or apply very basic rules to filter out unlikely candidates, which may have a negative effect on the completion performance as very few candidate triples are filtered out. In this paper we present CHAI, a method for producing more complex rules that are able to filter candidate triples by combining a set of criteria to optimize a fitness function. Our experiments show that CHAI is able to generate rules that, when applied, yield smaller candidate sets than similar proposals while still including promising candidate triples.Ministerio de EconomĂ­a y Competitividad TIN2016-75394-

    Explainable methods for knowledge graph refinement and exploration via symbolic reasoning

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    Knowledge Graphs (KGs) have applications in many domains such as Finance, Manufacturing, and Healthcare. While recent efforts have created large KGs, their content is far from complete and sometimes includes invalid statements. Therefore, it is crucial to refine the constructed KGs to enhance their coverage and accuracy via KG completion and KG validation. It is also vital to provide human-comprehensible explanations for such refinements, so that humans have trust in the KG quality. Enabling KG exploration, by search and browsing, is also essential for users to understand the KG value and limitations towards down-stream applications. However, the large size of KGs makes KG exploration very challenging. While the type taxonomy of KGs is a useful asset along these lines, it remains insufficient for deep exploration. In this dissertation we tackle the aforementioned challenges of KG refinement and KG exploration by combining logical reasoning over the KG with other techniques such as KG embedding models and text mining. Through such combination, we introduce methods that provide human-understandable output. Concretely, we introduce methods to tackle KG incompleteness by learning exception-aware rules over the existing KG. Learned rules are then used in inferring missing links in the KG accurately. Furthermore, we propose a framework for constructing human-comprehensible explanations for candidate facts from both KG and text. Extracted explanations are used to insure the validity of KG facts. Finally, to facilitate KG exploration, we introduce a method that combines KG embeddings with rule mining to compute informative entity clusters with explanations.Wissensgraphen haben viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen, beispielsweise im Finanz- und Gesundheitswesen. Wissensgraphen sind jedoch unvollständig und enthalten auch ungültige Daten. Hohe Abdeckung und Korrektheit erfordern neue Methoden zur Wissensgraph-Erweiterung und Wissensgraph-Validierung. Beide Aufgaben zusammen werden als Wissensgraph-Verfeinerung bezeichnet. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Erklärbarkeit und Verständlichkeit von Wissensgraphinhalten für Nutzer. In Anwendungen ist darüber hinaus die nutzerseitige Exploration von Wissensgraphen von besonderer Bedeutung. Suchen und Navigieren im Graph hilft dem Anwender, die Wissensinhalte und ihre Limitationen besser zu verstehen. Aufgrund der riesigen Menge an vorhandenen Entitäten und Fakten ist die Wissensgraphen-Exploration eine Herausforderung. Taxonomische Typsystem helfen dabei, sind jedoch für tiefergehende Exploration nicht ausreichend. Diese Dissertation adressiert die Herausforderungen der Wissensgraph-Verfeinerung und der Wissensgraph-Exploration durch algorithmische Inferenz über dem Wissensgraph. Sie erweitert logisches Schlussfolgern und kombiniert es mit anderen Methoden, insbesondere mit neuronalen Wissensgraph-Einbettungen und mit Text-Mining. Diese neuen Methoden liefern Ausgaben mit Erklärungen für Nutzer. Die Dissertation umfasst folgende Beiträge: Insbesondere leistet die Dissertation folgende Beiträge: • Zur Wissensgraph-Erweiterung präsentieren wir ExRuL, eine Methode zur Revision von Horn-Regeln durch Hinzufügen von Ausnahmebedingungen zum Rumpf der Regeln. Die erweiterten Regeln können neue Fakten inferieren und somit Lücken im Wissensgraphen schließen. Experimente mit großen Wissensgraphen zeigen, dass diese Methode Fehler in abgeleiteten Fakten erheblich reduziert und nutzerfreundliche Erklärungen liefert. • Mit RuLES stellen wir eine Methode zum Lernen von Regeln vor, die auf probabilistischen Repräsentationen für fehlende Fakten basiert. Das Verfahren erweitert iterativ die aus einem Wissensgraphen induzierten Regeln, indem es neuronale Wissensgraph-Einbettungen mit Informationen aus Textkorpora kombiniert. Bei der Regelgenerierung werden neue Metriken für die Regelqualität verwendet. Experimente zeigen, dass RuLES die Qualität der gelernten Regeln und ihrer Vorhersagen erheblich verbessert. • Zur Unterstützung der Wissensgraph-Validierung wird ExFaKT vorgestellt, ein Framework zur Konstruktion von Erklärungen für Faktkandidaten. Die Methode transformiert Kandidaten mit Hilfe von Regeln in eine Menge von Aussagen, die leichter zu finden und zu validieren oder widerlegen sind. Die Ausgabe von ExFaKT ist eine Menge semantischer Evidenzen für Faktkandidaten, die aus Textkorpora und dem Wissensgraph extrahiert werden. Experimente zeigen, dass die Transformationen die Ausbeute und Qualität der entdeckten Erklärungen deutlich verbessert. Die generierten unterstützen Erklärungen unterstütze sowohl die manuelle Wissensgraph- Validierung durch Kuratoren als auch die automatische Validierung. • Zur Unterstützung der Wissensgraph-Exploration wird ExCut vorgestellt, eine Methode zur Erzeugung von informativen Entitäts-Clustern mit Erklärungen unter Verwendung von Wissensgraph-Einbettungen und automatisch induzierten Regeln. Eine Cluster-Erklärung besteht aus einer Kombination von Relationen zwischen den Entitäten, die den Cluster identifizieren. ExCut verbessert gleichzeitig die Cluster- Qualität und die Cluster-Erklärbarkeit durch iteratives Verschränken des Lernens von Einbettungen und Regeln. Experimente zeigen, dass ExCut Cluster von hoher Qualität berechnet und dass die Cluster-Erklärungen für Nutzer informativ sind

    A Semantic Information Management Approach for Improving Bridge Maintenance based on Advanced Constraint Management

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    Bridge rehabilitation projects are important for transportation infrastructures. This research proposes a novel information management approach based on state-of-the-art deep learning models and ontologies. The approach can automatically extract, integrate, complete, and search for project knowledge buried in unstructured text documents. The approach on the one hand facilitates implementation of modern management approaches, i.e., advanced working packaging to delivery success bridge rehabilitation projects, on the other hand improves information management practices in the construction industry

    Enriching open-world knowledge graphs with expressive negative statements

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    Machine knowledge about entities and their relationships has been a long-standing goal for AI researchers. Over the last 15 years, thousands of public knowledge graphs have been automatically constructed from various web sources. They are crucial for use cases such as search engines. Yet, existing web-scale knowledge graphs focus on collecting positive statements, and store very little to no negatives. Due to their incompleteness, the truth of absent information remains unknown, which compromises the usability of the knowledge graph. In this dissertation: First, I make the case for selective materialization of salient negative statements in open-world knowledge graphs. Second, I present our methods to automatically infer them from encyclopedic and commonsense knowledge graphs, by locally inferring closed-world topics from reference comparable entities. I then discuss our evaluation fin-dings on metrics such as correctness and salience. Finally, I conclude with open challenges and future opportunities.Machine knowledge about entities and their relationships has been a long-standing goal for AI researchers. Over the last 15 years, thousands of public knowledge graphs have been automatically constructed from various web sources. They are crucial for use cases such as search engines. Yet, existing web-scale knowledge graphs focus on collecting positive statements, and store very little to no negatives. Due to their incompleteness, the truth of absent information remains unknown, which compromises the usability of the knowledge graph. In this dissertation: First, I make the case for selective materialization of salient negative statements in open-world knowledge graphs. Second, I present our methods to automatically infer them from encyclopedic and commonsense knowledge graphs, by locally inferring closed-world topics from reference comparable entities. I then discuss our evaluation fin-dings on metrics such as correctness and salience. Finally, I conclude with open challenges and future opportunities.Wissensgraphen über Entitäten und ihre Attribute sind eine wichtige Komponente vieler KI-Anwendungen. Wissensgraphen im Webmaßstab speichern fast nur positive Aussagen und übersehen negative Aussagen. Aufgrund der Unvollständigkeit von Open-World-Wissensgraphen werden fehlende Aussagen als unbekannt und nicht als falsch betrachtet. Diese Dissertation plädiert dafür, Wissensgraphen mit informativen Aussagen anzureichern, die nicht gelten, und so ihren Mehrwert für Anwendungen wie die Beantwortung von Fragen und die Zusammenfassung von Entitäten zu verbessern. Mit potenziell Milliarden negativer Aussagen von Kandidaten bewältigen wir vier Hauptherausforderungen. 1. Korrektheit (oder Plausibilität) negativer Aussagen: Unter der Open-World-Annahme (OWA) reicht es nicht aus, zu prüfen, ob ein negativer Kandidat im Wissensgraphen nicht explizit als positiv angegeben ist, da es sich möglicherweise um eine fehlende Aussage handeln kann. Von entscheidender Bedeutung sind Methoden zur Prüfung großer Kandidatengruppen, und zur Beseitigung falsch positiver Ergebnisse. 2. Bedeutung negativer Aussagen: Die Menge korrekter negativer Aussagen ist sehr groß, aber voller trivialer oder unsinniger Aussagen, z. B. “Eine Katze kann keine Daten speichern.”. Es sind Methoden zur Quantifizierung der Aussagekraft von Negativen erforderlich. 3. Abdeckung der Themen: Abhängig von der Datenquelle und den Methoden zum Abrufen von Kandidaten erhalten einige Themen oder Entitäten in demWissensgraphen möglicherweise keine negativen Kandidaten. Methoden müssen die Fähigkeit gewährleisten, Negative über fast jede bestehende Entität zu entdecken. 4. Komplexe negative Aussagen: In manchen Fällen erfordert das Ausdrücken einer Negation mehr als ein Wissensgraphen-Tripel. Beispielsweise ist “Einstein hat keine Ausbildung erhalten” eine inkorrekte Negation, aber “Einstein hat keine Ausbildung an einer US-amerikanischen Universität erhalten” ist korrekt. Es werden Methoden zur Erzeugung komplexer Negationen benötigt. Diese Dissertation geht diese Herausforderungen wie folgt an. 1. Wir plädieren zunächst für die selektive Materialisierung negativer Aussagen über Entitäten in enzyklopädischen (gut kanonisierten) Open-World-Wissensgraphen, und definieren formal drei Arten negativer Aussagen: fundiert, universell abwesend und konditionierte negative Aussagen. Wir stellen die Peer-basierte Negationsinferenz-Methode vor, um Listen hervorstechender Negationen über Entitäten zu erstellen. Die Methode berechnet relevante Peers für eine bestimmte Eingabeentität und verwendet ihre positiven Eigenschaften, um Erwartungen für die Eingabeentität festzulegen. Eine Erwartung, die nicht erfüllt ist, ist ein unmittelbar negativer Kandidat und wird dann anhand von Häufigkeits-, Wichtigkeits- und Unerwartetheitsmetriken bewertet. 2. Wir schlagen die Methode musterbasierte Abfrageprotokollextraktion vor, um hervorstechende Negationen aus umfangreichen Textquellen zu extrahieren. Diese Methode extrahiert hervorstechende Negationen über eine Entität, indem sie große Korpora, z.B., die Anfrageprotokolle von Suchmaschinen, unter Verwendung einiger handgefertigter Muster mit negativen Schlüsselwörtern sammelt. 3. Wir führen die UnCommonsense-Methode ein, um hervorstechende negative Phrasen über alltägliche Konzepte in weniger kanonisierten commonsense-KGs zu generieren. Diese Methode ist für die Negationsinferenz, Prüfung und Einstufung kurzer Phrasen in natürlicher Sprache konzipiert. Sie berechnet vergleichbare Konzepte für ein bestimmtes Zielkonzept, leitet aus dem Vergleich ihrer positiven Kandidaten Negationen ab, und prüft diese Kandidaten im Vergleich zum Wissensgraphen selbst, sowie mit Sprachmodellen (LMs) als externer Wissensquelle. Schließlich werden die Kandidaten mithilfe semantischer Ähnlichkeitserkennungshäufigkeitsmaßen eingestuft. 4. Um die Exploration unserer Methoden und ihrer Ergebnisse zu erleichtern, implementieren wir zwei Prototypensysteme. In Wikinegata wird ein System zur Präsentation der Peer-basierten Methode entwickelt, mit dem Benutzer negative Aussagen über 500K Entitäten aus 11 Klassen untersuchen und verschiedene Parameter der Peer-basierten Inferenzmethode anpassen können. Sie können den Wissensgraphen auch mithilfe einer Suchmaske mit negierten Prädikaten befragen. Im UnCommonsense-System können Benutzer genau prüfen, was die Methode bei jedem Schritt hervorbringt, sowie Negationen zu 8K alltäglichen Konzepten durchsuchen. Darüber hinaus erstellen wir mithilfe der Peer-basierten Negationsinferenzmethode den ersten groß angelegten Datensatz zu Demografie und Ausreißern in Interessengemeinschaften und zeigen dessen Nützlichkeit in Anwendungsfällen wie der Identifizierung unterrepräsentierter Gruppen. 5. Wir veröffentlichen alle in diesen Projekten erstellten Datensätze und Quellcodes unter https://www.mpi-inf.mpg.de/negation-in-kbs und https://www.mpi-inf.mpg.de/Uncommonsense

    Semantic Systems. The Power of AI and Knowledge Graphs

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    This open access book constitutes the refereed proceedings of the 15th International Conference on Semantic Systems, SEMANTiCS 2019, held in Karlsruhe, Germany, in September 2019. The 20 full papers and 8 short papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 88 submissions. They cover topics such as: web semantics and linked (open) data; machine learning and deep learning techniques; semantic information management and knowledge integration; terminology, thesaurus and ontology management; data mining and knowledge discovery; semantics in blockchain and distributed ledger technologies

    The pragmatic proof: hypermedia API composition and execution

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    Machine clients are increasingly making use of the Web to perform tasks. While Web services traditionally mimic remote procedure calling interfaces, a new generation of so-called hypermedia APIs works through hyperlinks and forms, in a way similar to how people browse the Web. This means that existing composition techniques, which determine a procedural plan upfront, are not sufficient to consume hypermedia APIs, which need to be navigated at runtime. Clients instead need a more dynamic plan that allows them to follow hyperlinks and use forms with a preset goal. Therefore, in this paper, we show how compositions of hypermedia APIs can be created by generic Semantic Web reasoners. This is achieved through the generation of a proof based on semantic descriptions of the APIs' functionality. To pragmatically verify the applicability of compositions, we introduce the notion of pre-execution and post-execution proofs. The runtime interaction between a client and a server is guided by proofs but driven by hypermedia, allowing the client to react to the application's actual state indicated by the server's response. We describe how to generate compositions from descriptions, discuss a computer-assisted process to generate descriptions, and verify reasoner performance on various composition tasks using a benchmark suite. The experimental results lead to the conclusion that proof-based consumption of hypermedia APIs is a feasible strategy at Web scale.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

    Engineering Agile Big-Data Systems

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    To be effective, data-intensive systems require extensive ongoing customisation to reflect changing user requirements, organisational policies, and the structure and interpretation of the data they hold. Manual customisation is expensive, time-consuming, and error-prone. In large complex systems, the value of the data can be such that exhaustive testing is necessary before any new feature can be added to the existing design. In most cases, the precise details of requirements, policies and data will change during the lifetime of the system, forcing a choice between expensive modification and continued operation with an inefficient design.Engineering Agile Big-Data Systems outlines an approach to dealing with these problems in software and data engineering, describing a methodology for aligning these processes throughout product lifecycles. It discusses tools which can be used to achieve these goals, and, in a number of case studies, shows how the tools and methodology have been used to improve a variety of academic and business systems

    Scalable big data systems: Architectures and optimizations

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    Big data analytics has become not just a popular buzzword but also a strategic direction in information technology for many enterprises and government organizations. Even though many new computing and storage systems have been developed for big data analytics, scalable big data processing has become more and more challenging as a result of the huge and rapidly growing size of real-world data. Dedicated to the development of architectures and optimization techniques for scaling big data processing systems, especially in the era of cloud computing, this dissertation makes three unique contributions. First, it introduces a suite of graph partitioning algorithms that can run much faster than existing data distribution methods and inherently scale to the growth of big data. The main idea of these approaches is to partition a big graph by preserving the core computational data structure as much as possible to maximize intra-server computation and minimize inter-server communication. In addition, it proposes a distributed iterative graph computation framework that effectively utilizes secondary storage to maximize access locality and speed up distributed iterative graph computations. The framework not only considerably reduces memory requirements for iterative graph algorithms but also significantly improves the performance of iterative graph computations. Last but not the least, it establishes a suite of optimization techniques for scalable spatial data processing along with three orthogonal dimensions: (i) scalable processing of spatial alarms for mobile users traveling on road networks, (ii) scalable location tagging for improving the quality of Twitter data analytics and prediction accuracy, and (iii) lightweight spatial indexing for enhancing the performance of big spatial data queries.Ph.D
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