一文揭秘!自底向上构建知识图谱全过程

本文介绍自底向上构建知识图谱的过程,即从公开数据中抽取资源模式,并筛选高置信度信息加入知识库的技术。随着自动知识抽取技术的发展,这种方式已成为当前知识图谱构建的主要方法。

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阿里妹导读:知识图谱的构建技术主要有自顶向下和自底向上两种。其中自顶向下构建是指借助百科类网站等结构化数据源,从高质量数据中提取本体和模式信息,加入到知识库里。而自底向上构建,则是借助一定的技术手段,从公开采集的数据中提取出资源模式,选择其中置信度较高的信息,加入到知识库中。

在本文中,笔者主要想分享一下自底向上构建知识图谱的全过程,抛砖引玉,欢迎大家交流。

“The world is not made of strings , but is made of things.”
——辛格博士,from Google.

知识图谱,是结构化的语义知识库,用于迅速描述物理世界中的概念及其相互关系,通过将数据粒度从document级别降到data级别,聚合大量知识,从而实现知识的快速响应和推理。

当下知识图谱已在工业领域得到了广泛应用,如搜索领域的Google搜索、百度搜索,社交领域的领英经济图谱,企业信息领域的天眼查企业图谱等。

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在知识图谱技术发展初期,多数参与企业和科研机构主要采用自顶向下的方式构建基础知识库,如Freebase。随着自动知识抽取与加工技术的不断成熟,当前的知识图谱大多采用自底向上的方式构建,如Google的Knowledge Vault和微软的Satori知识库。

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### Transformer 的多头自注意力机制原理 多头自注意力机制是 Transformer 架构的核心组件之一,它通过并行计算多个注意力头来增强模型对输入序列不同方面的关注能力[^3]。具体而言,该机制允许模型在同一时间捕获不同的上下文关系,从而提升其表达能力和泛化性能。 #### 输入表示与线性变换 在多头自注意力机制中,输入向量会被投影成三个不同的矩阵:查询(Query)、键(Key)和值(Value)。这些矩阵分别由输入嵌入经过独立的线性变换得到: ```python import torch.nn as nn def linear_transformations(input_tensor, num_heads, d_model): query_layer = nn.Linear(d_model, d_model) key_layer = nn.Linear(d_model, d_model) value_layer = nn.Linear(d_model, d_model) Q = query_layer(input_tensor) # 查询矩阵 K = key_layer(input_tensor) # 键矩阵 V = value_layer(input_tensor) # 值矩阵 return split_into_heads(Q, K, V, num_heads) def split_into_heads(tensor, num_heads): batch_size, seq_len, dim = tensor.size() head_dim = dim // num_heads reshaped_tensor = tensor.view(batch_size, seq_len, num_heads, head_dim).transpose(1, 2) return reshaped_tensor ``` 上述代码展示了如何将输入张量转换为 Query、Key 和 Value 并分割为多个头部[^1]。 #### 计算注意力分数 对于每个注意力头,注意力分数通过对 Query 和 Key 进行点积操作获得,并随后除以 $\sqrt{d_k}$ 来缩放得分。这一过程可以防止梯度消失或爆炸问题: $$ \text{Attention}(Q, K, V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^\top}{\sqrt{d_k}}\right)V $$ 其中 $d_k$ 是键维度大小[^2]。 #### 合并多头输出 各注意力头的结果会重新组合在一起形成最终的输出。这一步骤通常涉及拼接各个头的输出并向其应用另一个线性层以调整维度: ```python def combine_heads(heads_output, num_heads, d_model): batch_size, _, seq_len, head_dim = heads_output.size() concatenated = heads_output.transpose(1, 2).contiguous().view(batch_size, seq_len, d_model) output_layer = nn.Linear(d_model, d_model) final_output = output_layer(concatenated) return final_output ``` 此函数实现了将来自不同头部的信息汇总起来的过程。 #### 总结 多头自注意力机制通过引入多个平行运行的关注路径增强了传统单头注意力的能力。这种方法不仅让网络能捕捉更加丰富的特征模式,还促进了训练过程中参数的有效利用以及收敛速度加快。
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