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

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