Two Heads Are Better Than One: Integrating Knowledge from Knowledge Graphs and Large Language Models

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实体对齐是构建全面知识图谱的关键,本文提出LLMEA框架,结合知识图谱的结构知识和大型语言模型的语义知识,提升对齐准确性。LLMEA通过关系感知图注意力网络生成嵌入,利用LLM进行多轮推理,实现在三个公共数据集上的优越性能。

本文是LLM系列文章,针对《Two Heads Are Better Than One: Integrating Knowledge from Knowledge Graphs and Large Language Models for Entity Alignment》的翻译。

两个头比一个头好:集成知识图谱和大型语言模型中的知识实现实体对齐

摘要

实体对齐是创建更全面的知识图谱(KG)的先决条件,包括在不同的知识图谱中精确定位等效实体。当代的实体对齐方法主要利用知识嵌入模型来获取包含各种相似性(结构、关系和属性)的实体嵌入。然后,这些嵌入通过基于注意力的信息融合机制进行整合。尽管取得了这些进展,但由于固有的异质性,有效利用多方面信息仍然具有挑战性。此外,尽管大型语言模型(LLM)通过隐式捕获实体语义,在不同的下游任务中表现出了卓越的性能,但这种隐式知识尚未被用于实体对齐。在这项研究中,我们提出了一个大型语言模型增强的实体对齐框架(LLMEA),将来自KGs的结构知识与来自LLM的语义知识相结合,以增强实体对齐。具体而言,LLMEA通过考虑跨KGs的实体之间的嵌入相似性和编辑到虚拟等效实体的距离来识别给定实体的候选比对。然后,它迭代地使用LLM,提出多个多选问题,以利用LLM的推理能力。等效实体的最终预测是从LLM的输出中导出的。在三个公共数据集上进行的实验表明,LLMEA超过了领先的基线模型。其他消融研究强调了我们提出的框架的有效性。

1 引言

2 相关工作

3 方法

4 实验

5 结论

在本文中,我们提出了LLMEA,这是第一个集成了KGs和LLM知识的实体对齐框架。我们的方法利用关系感知图注意力网络来生成低维嵌入,表示实体,并根据结构和名称嵌入的相似性过滤候选实体。这一策略旨在利用KGs固有的结构性知识。同时,LLM被用于为目标实体生成虚拟等效实

### 关于 '十六个头是否比一个头好' 的代码实现 在探讨多头注意力机制(Multi-Head Attention, MHA)的有效性和必要性的过程中,研究者们提出了多个假设并进行了广泛的实验验证。具体到“Are Sixteen Heads Really Better than One?”这一课题上,项目提供了详细的代码实现来支持理论分析。 #### 多头注意力机制简介 多头注意力允许模型共同关注来自不同表示子空间的信息[^1]。这种设计使得每个头部可以专注于输入的不同方面,从而提高整体性能。对于具有16个头的MHA来说,其核心在于如何有效地分配这些不同的视角以捕捉更丰富的特征组合。 #### 代码实现细节 以下是基于Transformer架构中的一个多头自注意层的具体Python实现: ```python import torch import torch.nn as nn class MultiHeadAttention(nn.Module): def __init__(self, d_model=512, num_heads=8): super(MultiHeadAttention, self).__init__() assert d_model % num_heads == 0 self.d_k = d_model // num_heads self.num_heads = num_heads # Linear layers to project queries, keys and values from input embeddings. self.q_linear = nn.Linear(d_model, d_model) self.v_linear = nn.Linear(d_model, d_model) self.k_linear = nn.Linear(d_model, d_model) # Output linear layer after concatenating all heads together again. self.out = nn.Linear(d_model, d_model) def forward(self, q, k, v, mask=None): batch_size = q.size(0) # Perform linear operation and split into h heads. k = self.k_linear(k).view(batch_size, -1, self.num_heads, self.d_k) q = self.q_linear(q).view(batch_size, -1, self.num_heads, self.d_k) v = self.v_linear(v).view(batch_size, -1, self.num_heads, self.d_k) # Transpose to get dimensions [batch_size, num_heads, seq_len, d_k]. k = k.transpose(1, 2) q = q.transpose(1, 2) v = v.transpose(1, 2) # Calculate attention using function we will define next line. scores = self.attention(q, k, v, self.d_k, mask, batch_size) # Concatenate last two dimensions back together. concat = scores.transpose(1, 2).contiguous().view( batch_size, -1, self.num_heads * self.d_k) output = self.out(concat) return output @staticmethod def attention(query, key, value, d_k, mask=None, dropout=None): """ Scaled Dot Product Attention implementation. """ scores = torch.matmul(query, key.transpose(-2, -1)) / math.sqrt(d_k) if mask is not None: scores = scores.masked_fill(mask == 0, -1e9) p_attn = F.softmax(scores, dim=-1) if dropout is not None: p_attn = dropout(p_attn) return torch.matmul(p_attn, value), p_attn ``` 这段代码展示了如何构建一个多头注意力模块,并将其应用于给定序列上的查询、键和值向量之间计算相似度得分矩阵。值得注意的是,在实际应用中通常还会加入残差连接以及LayerNorm操作来稳定训练过程。 #### 实验与讨论 为了评估16个头相对于单一更大尺寸头的优势与否,研究人员对比了多种配置下的模型效果差异。结果显示增加更多独立的工作单元确实有助于提升某些任务的表现;然而并非总是越多越好——过多数量可能会引入冗余甚至降低泛化能力[^4]。因此,选择合适的头数应当依据具体的场景需求来进行调整优化。
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