Numeric Input Relations for Relational Learning with Applications to Community Structure Analysis

Most work in the area of statistical relational learning (SRL) is focussed on discrete data, even though a few approaches for hybrid SRL models have been proposed that combine numerical and discrete variables. In this paper we distinguish numerical random variables for which a probability distribution is defined by the model from numerical input variables that are only used for conditioning the distribution of discrete response variables. We show how numerical input relations can very easily be used in the Relational Bayesian Network framework, and that existing inference and learning methods need only minor adjustments to be applied in this generalized setting. The resulting framework provides natural relational extensions of classical probabilistic models for categorical data. We demonstrate the usefulness of RBN models with numeric input relations by several examples. In particular, we use the augmented RBN framework to define probabilistic models for multi-relational (social) networks in which the probability of a link between two nodes depends on numeric latent feature vectors associated with the nodes. A generic learning procedure can be used to obtain a maximum-likelihood fit of model parameters and latent feature values for a variety of models that can be expressed in the high-level RBN representation. Specifically, we propose a model that allows us to interpret learned latent feature values as community centrality degrees by which we can identify nodes that are central for one community, that are hubs between communities, or that are isolated nodes. In a multi-relational setting, the model also provides a characterization of how different relations are associated with each community

Leveraging literals for knowledge graph embeddings

Wissensgraphen (Knowledge Graphs, KGs) repräsentieren strukturierte Fakten, die sich aus Entitäten und den zwischen diesen bestehenden Relationen zusammensetzen. Um die Effizienz von KG-Anwendungen zu maximieren, ist es von Vorteil, KGs in einen niedrigdimensionalen Vektorraum zu transformieren. KGs folgen dem Paradigma einer offenen Welt (Open World Assumption, OWA), d. h. fehlende Information wird als potenziell möglich angesehen, wodurch ihre Verwendung in realen Anwendungsszenarien oft eingeschränkt wird. Link-Vorhersage (Link Prediction, LP) zur Vervollständigung von KGs kommt daher eine hohe Bedeutung zu. LP kann in zwei unterschiedlichen Modi durchgeführt werden, transduktiv und induktiv, wobei die erste Möglichkeit voraussetzt, dass alle Entitäten der Testdaten in den Trainingsdaten vorhanden sind, während die zweite Möglichkeit auch zuvor nicht bekannte Entitäten in den Testdaten zulässt. Die vorliegende Arbeit untersucht die Verwendung von Literalen in der transduktiven und induktiven LP, da KGs zahlreiche numerische und textuelle Literale enthalten, die eine wesentliche Semantik aufweisen. Zur Evaluierung dieser LP Methoden werden spezielle Benchmark-Datensätze eingeführt. Insbesondere wird eine neuartige KG Embedding (KGE) Methode, RAILD, vorgeschlagen, die Textliterale zusammen mit kontextuellen Graphinformationen für die LP nutzt. Das Ziel von RAILD ist es, die bestehende Forschungslücke beim Lernen von Embeddings für beim Training ungesehene Relationen zu schließen. Dafür wird eine Architektur vorgeschlagen, die Sprachmodelle (Language Models, LMs) mit Netzwerkembeddings kombiniert. Hierzu erfolgt ein Feintuning von leistungsstarken vortrainierten LMs wie BERT zum Zweck der LP, wobei textuelle Beschreibungen von Entitäten und Relationen genutzt werden. Darüber hinaus wird ein neuer Algorithmus, WeiDNeR, eingeführt, um ein Relationsnetzwerk zu generieren, das zum Erlernen graphbasierter Embeddings von Relationen unter Verwendung eines Netzwerkembeddingsmodells dient. Die Vektorrepräsentationen dieser Relationen werden für die LP kombiniert. Zudem wird ein weiteres neuartiges Embeddingmodell, LitKGE, vorgestellt, das numerische Literale für die transduktive LP verwendet. Es zielt darauf ab, numerische Merkmale für Entitäten durch Graphtraversierung zu erzeugen. Hierfür wird ein weiterer Algorithmus, WeiDNeR_Extended, eingeführt, der ein Netzwerk aus Objekt- und Datentypproperties erzeugt. Aus den aus diesem Netzwerk extrahierten Propertypfaden werden dann numerische Merkmale von Entitäten generiert. Des Weiteren wird der Einsatz eines mehrsprachigen LM zur Kodierung von Entitätenbeschreibungen in verschiedenen natürlichen Sprachen zum Zweck der LP untersucht. Für die Evaluierung der KGE-Modelle wurden die Benchmark-Datensätze LiterallyWikidata und Wikidata68K erstellt. Die vielversprechenden Ergebnisse, die mit den vorgestellten Modellen erzielt wurden, eröffnen interessante Fragestellungen für die zukünftige Forschung auf dem Gebiet der KGEs und ihrer Folgeanwendungen