摘要：本文從知識推理的基本概念出發，通俗易懂得介紹了知識圖譜知識推理的應用和方法。
本文分享自華為雲社區《0基礎入門知識圖譜的超能力——知識推理》，作者：Cheri Chen。
一、知識推理的概念
推理是運用邏輯思維能力，從已有的知識出發，得出未知的、隱性的知識。
具體到知識圖譜中，所謂的知識推理，就是利用圖譜中現有的知識（三元組），得到一些新的實體間的關系或者實體的屬性（三元組）。如下圖所示：假如原來的知識圖譜中有這樣兩個三元組，<姚明，妻子，葉莉>和<姚明，女兒，姚沁蕾>，通過知識推理，可以得到<姚明，女兒，姚沁蕾>。
二、知識推理的應用
知識補全
實際構建的知識圖譜，通常存在不完備的問題，即部分關系或屬性會缺失。知識補全呢，就是通過算法，補全知識圖譜中缺失的屬性或者關系。
如下圖所示，以“姚沁蕾的媽媽是誰”為例。有一條常識是 “父親的妻子是媽媽”，則可依據該常識，推理出姚沁蕾的媽媽是葉莉，進而補全“姚沁蕾”和“葉莉”之間的關系，提升我們這個簡單的人物關系知識圖譜的完備性。
知識糾錯
實際構建的知識圖譜還可能存在錯誤知識。其中，實體的類型、實體間的關系、實體屬性值均可能存在錯誤。知識圖譜的糾錯是一個極具挑戰的任務。這些錯誤會影響知識圖譜質量，進而影響基於知識圖譜的應用。
我們可以通過推理進行知識圖譜糾錯（如下圖）。比如，在某個影視知識圖譜中，虛線框中的實體《春光燦爛豬八戒》，其類型為“電影“。它的屬性有集數，主題曲、片尾曲等。而其他同為”電影“類別的實體，其屬性多包含上映時期、票房，且大多沒有集數這個屬性。則推理可知，《春光燦爛豬八戒》這個實體的類型大概率存在錯誤，其正確類型應該是電視劇。
推理問答
基於知識圖譜的推理問答也是知識圖譜推理的典型應用。基於知識圖譜的問答，一般簡稱為KBQA。與傳統的信息檢索式問答相比，KBQA可以具備一定的推理能力，這是它的優勢。基於知識圖譜的推理問答，通常應用於涉及多個實體，多個關系，多跳，比較等相對復雜的問答場景中。
比如，“劉德華主演的電影中豆瓣評分大於8分的有哪些？“這樣的問題。需要機器對該問題進行解析、理解，在知識圖譜中完成查詢、推理、比較動作，找到《天下無賊》和《無間道》作為答案返回（如下圖所示）。
三、知識推理的方法
基於本體的推理
本體是對領域中概念和概念之間關系的描述。基於本體的推理是利用本體已經蘊含的語義和邏輯，來對實體類型以及實體之間的關系進行推理。本體的描述形式是有規范的。RDFS、OWL等是一類滿足特定規范和講究的用來表述本體的語言。
以RDFS為例：RDFS定義了一組用於資源描述的詞匯：包括class，domain，range等。其本身就蘊含了簡單的語義和邏輯。我們可以利用這些語義和邏輯進行推理。
如下圖中左側的例子，谷歌的類型是一家人工智能公司，而人工智能公司又是高科技公司的子類，那么可推理，谷歌的也是一家高科技公司。右側例子中，定義了投資這種關系的domain是投資人，range是公司。可以簡單的認為，投資這種關系的頭節點都是投資人這種類型、尾節點都是公司這種類型。假設現在有一條事實是大衛 切瑞頓 投資 谷歌 。則可以推理出，大衛 切瑞頓的類型是投資人。這兩個例子呢，便是利用了RDFS本身蘊含的語義和邏輯，來進行推理。
基於規則的推理
基於規則的推理就是說，可以抽象出一系列的規則，將這些規則應用於知識圖譜中，進行補全糾錯。這種思路也是很簡單、直觀的。基於規則的推理的優點是，推理結果精准，並且具有可解釋性。因此規則推理在學術界和工業界都有廣泛的應用。
圖中的例子，是人工定義了一些規則，包括“B是A的妻子，則A是B的丈夫”、“B是A的女兒，則A是B的父親”等等。運用這些規則來進行推理，進而補全知識圖譜的缺失關系。我們可以利用這些規則，推理出“米歇爾的丈夫是奧巴馬”、“瑪利亞的父親是奧巴馬”等新的知識。
基於表示學習的推理
前兩種方法：本體推理和規則推理，都是基於離散符號的知識表示來推理的。它們具有強邏輯約束，准確度高、易於解釋等優點。但是不易於擴展。基於表示學習的推理，通過映射函數，將離散符號映射到向量空間進行數值表示，同時捕捉實體和關系之間的關聯，再在映射后的向量空間中進行推理。
知識圖譜是由實體和關系組成，通常采用三元組的形式表示：head(頭實體)，relation(實體的關系)，tail(尾實體) ，簡寫為(h，r，t)。知識表示學習任務就是學習h，r，t的向量表示。如下圖所示，不同的點表示了不同的知識。我們可以找到一個合適的映射函數，讓距離較近的點，在語義上也是相似的。
基於表示學習的推理比較抽象和復雜，這里舉個簡單的例子，推理“姚沁蕾的出生地是哪兒”。
假設我們已經找到了一個完美的映射函數，可以把知識圖譜和一段包含相關信息的文本映射到同一向量空間。再對這些向量進行計算，比如把“姚沁蕾”、“在”、“當地醫院”、“出生”幾個向量簡單相加后，到達了“休斯頓”這個向量，則可以推理出姚沁蕾的出生地是休斯頓。
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