【知识图谱】获取到知识后，如何进行存储和便捷的检索？

互联网时代，人类在与自然和社会的交互中生产了异常庞大的数据，这些数据中包含了大量描述自然界和人类社会客观规律有用信息。如何将这些信息有效组织起来，进行结构化的存储，就是知识图谱的内容。

知识图谱的难点在于知识图谱的搭建，如何高效、高质量、快速的搭建知识图谱是知识图谱工程的核心，那之后获取到的知识，该如何存储以及便捷的检索呢？

作者&编辑 | 小Dream哥

1 知识存储

在前面的知识图谱的文章中，我们介绍了如何进行知识表示以及知识抽取。今天我们来思考这样一个问题，当获取到了大量的知识（通常是一系列的三元组）之后，该用什么样的形式存储这些知识呢？

先思考一下，用来存储知识的系统，应该具有哪些特点呢？

首先，图谱的价值体现在其对对话系统，信息抽取等下游任务的加成，因此知识的存储系统应该能够支持快速和频繁的知识查询操作。

其次，图谱里的知识是按照shcema的结构抽取的，因此，知识的存储应该能够按照schema的结构，体现出知识的层次结构和知识间联系。

此外，知识存储应该尽量高效，避免出现过多的存储空间的浪费。

1）关系型数据库

数据存储最容易想到的就是常用的关系型数据库，包括Oracle、MySQL等。

如上图所示，是采用传统关系型数据库表示知识的示意图。每条知识是一个三元组（S，P，O），其中S称为主语Subject，其取值可以是实体、事件或者概念中的任何一个；P被称为谓语Predicate，取值可以是关系或者属性；O被称为宾语Object，取值可以是实体、事件、概念或者其他普通的值（例如数字，字符串等）。

在传统关系型数据库中，将三元组一个一个的存储在数据库的一个数据项中，当数据量非常大时，表的规模就非常大，这样的话，查询和修改操作的开销会变得非常的大，这会极大伤害知识图谱的实用性。虽然，基于关系型数据库，有人提出了类型表的方法，即将数据按照schema进行分类，然后数据按照不同的类型表分表存储。但是，由于其本质上并没有“理解”知识图谱的复杂结构，其查表过程仍然较慢较繁琐，无法适应数据量极大的知识图谱的应用。

2）图数据库

将实体看作节点，关系看作带有标签的边，那么知识图谱的数据很自然的满足图模型结构。因此，基于图结构的存储方式能够直接准确的反映知识图谱的内部结构，有利于对知识的查询。另外，以图的方式对知识进行存储，还可以借鉴图论的相关算法，有利于知识推理和知识挖掘。

常用的图数据库有：Neo4J，OrientDB，InfoGrid，HyperGraphDB等。目前，应用较为广泛的为Neo4J和OrientDB。图数据发展较晚，相关标准和技术均不完备，实际应用时可能会遇到意想不到的问题。因此，在为项目选择图数据库时，需要将数据库的易用性和技术文档的完整性等因素也考虑进来。Neo4J是目前较为流行的图数据库，它极易入门，访问速度快。

基于图结构的存储模型用节点表示实体，用边表示实体之间的关系。如下图所示，展示了基于图数据库的知识存储示例。由图可见，节点可以定义属性，用来描述实体的各种特性，下图中“周杰伦”有“身高”，“体重”等属性。基于图结构的存储方法，还可以为边定义属性，因此，还能够描绘实体之间的关系，例如，“周杰伦”和“黄秋生”之间就用了一条叫“义父”的边来连接，表达了他们之间的关系。

2 知识的检索

知识检索的过程，通常是知道三元组（S，P，O）中S和P，从图谱中获取O的过程。以KBQA为例，我们来讲述一下知识检索的过程。

假设用户输入这样的query：“周杰伦的义父是谁？”，读者先想一下，需要经过哪些步骤，才能检索图谱得到答案呢？

如上图所示，展示了这样一个过程：

1.通过实体识别模块，识别出S：周杰伦

2.通过关系识别模块，识别出P：义父是谁

3.检索图数据库，得到答案“黄秋生”

上述过程是一个标准的流程，在实际的应用过程中，可能还会有实体的链接以及关系校正等过程。

当然，检索数据库过程因不同数据库而异，具体不会太复杂，感兴趣的同学可以参考自己所使用的数据库的文档，这里不做详细的介绍。

总结

知识图谱是人工智能技术最重要的基础设施，是计算机能够实现推理、预测等类似人类思考能力的关键。知识存储和检索是知识图谱系列技术中相对简单的一环。对开发者而言，其难点在于检索过程，即组建检索语句的过程，设计实体识别及关系识别。