An evaluation of best compromise search in graphs

This work evaluates two different approaches for multicriteria graph search problems using compromise preferences. This approach focuses search on a single solution that represents a balanced tradeoff between objectives, rather than on the whole set of Pareto optimal solutions. We review the main concepts underlying compromise preferences, and two main approaches proposed for their solution in heuristic graph problems: naive Pareto search (NAMOA ), and a k-shortest-path approach (kA ). The performance of both approaches is evaluated on sets of standard bicriterion road map problems. The experiments reveal that the k-shortest-path approach looses effectiveness in favor of naive Pareto search as graph size increases. The reasons for this behavior are analyzed and discussedPartially funded by P07-TIC-03018, Cons. Innovación, Ciencia y Empresa (Junta Andalucía), and Univ. Málaga, Campus Excel. Int. Andalucía Tec

An Axiomatic Approach to Robustness in Search Problems with Multiple Scenarios

International audienceThis paper is devoted to the search of robust solutions in state space graphs when costs depend on scenarios. We first present axiomatic requirements for preference compatibility with the intuitive idea of robustness.This leads us to propose the Lorenz dominance rule as a basis for robustness analysis. Then, after presenting complexity results about the determination of robust solutions, we propose a new sophistication of A* specially designed to determine the set of robust paths in a state space graph. The behavior of the algorithm is illustrated on a small example. Finally, an axiomatic justification of the refinement of robustness by an OWA criterion is provided

Multicriteria pathfinding in uncertain simulated environments

Dr. James Keller, Dissertation Supervisor.Includes vita.Field of study: Electrical and computer engineering."May 2018."Multicriteria decision-making problems arise in all aspects of daily life and form the basis upon which high-level models of thought and behavior are built. These problems present various alternatives to a decision-maker, who must evaluate the trade-offs between each one and choose a course of action. In a sequential decision-making problem, each choice can influence which alternatives are available for subsequent actions, requiring the decision-maker to plan ahead in order to satisfy a set of objectives. These problems become more difficult, but more realistic, when information is restricted, either through partial observability or by approximate representations. Pathfinding in partially observable environments is one significant context in which a decision-making agent must develop a plan of action that satisfies multiple criteria. In general, the partially observable multiobjective pathfinding problem requires an agent to navigate to certain goal locations in an environment with various attributes that may be partially hidden, while minimizing a set of objective functions. To solve these types of problems, we create agent models based on the concept of a mental map that represents the agent's most recent spatial knowledge of the environment, using fuzzy numbers to represent uncertainty. We develop a simulation framework that facilitates the creation and deployment of a wide variety of environment types, problem definitions, and agent models. This computational mental map (CMM) framework is shown to be suitable for studying various types of sequential multicriteria decision-making problems, such as the shortest path problem, the traveling salesman problem, and the traveling purchaser problem in multiobjective and partially observable configurations.Includes bibliographical references (pages 294-301)

A Survey on Knowledge Graphs: Representation, Acquisition and Applications

Human knowledge provides a formal understanding of the world. Knowledge graphs that represent structural relations between entities have become an increasingly popular research direction towards cognition and human-level intelligence. In this survey, we provide a comprehensive review of knowledge graph covering overall research topics about 1) knowledge graph representation learning, 2) knowledge acquisition and completion, 3) temporal knowledge graph, and 4) knowledge-aware applications, and summarize recent breakthroughs and perspective directions to facilitate future research. We propose a full-view categorization and new taxonomies on these topics. Knowledge graph embedding is organized from four aspects of representation space, scoring function, encoding models, and auxiliary information. For knowledge acquisition, especially knowledge graph completion, embedding methods, path inference, and logical rule reasoning, are reviewed. We further explore several emerging topics, including meta relational learning, commonsense reasoning, and temporal knowledge graphs. To facilitate future research on knowledge graphs, we also provide a curated collection of datasets and open-source libraries on different tasks. In the end, we have a thorough outlook on several promising research directions

A Mobile Query Service for Integrated Access to Large Numbers of Online Semantic Web Data Sources

From the Semantic Web’s inception, a number of concurrent initiatives have given rise to multiple segments: large semantic datasets, exposed by query endpoints; online Semantic Web documents, in the form of RDF files; and semantically annotated web content (e.g., using RDFa), semantic sources in their own right. In various mobile application scenarios, online semantic data has proven to be useful. While query endpoints are most commonly exploited, they are mainly useful to expose large semantic datasets. Alternatively, mobile RDF stores are utilized to query local semantic data, but this requires the design-time identification and replication of relevant data. Instead, we present a mobile query service that supports on-the-fly and integrated querying of semantic data, originating from a largely unused portion of the Semantic Web, comprising online RDF files and semantics embedded in annotated webpages. To that end, our solution performs dynamic identification, retrieval and caching of query-relevant semantic data. We explore several data identification and caching alternatives, and investigate the utility of source metadata in optimizing these tasks. Further, we introduce a novel cache replacement strategy, fine- tuned to the described query dataset, and include explicit support for the Open World Assumption. An extensive experimental validation evaluates the query service and its alternative components

Enriching open-world knowledge graphs with expressive negative statements

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