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知识图谱与图神经网络的融合:综合综述

本文提出了一种新的双层分类框架,系统回顾了基于图神经网络(GNN)的知识图谱技术,覆盖了知识图谱构建、嵌入、推理和应用,分析了不同GNN模型的优缺点,并指出了未来研究方向。

来源arXiv Machine Learning作者: Chengcheng Sun, Jiayun Tian, Cheng Zhai, Zhixiao Wang, Yajie Song, Xiaobin Rui, Jian Zhang, Philip S. Yu

图神经网络(GNN)因其在处理图结构数据方面的天然优势,已成为知识图谱(KG)领域的重要技术。然而,目前尚缺乏对基于GNN的方法在整个知识图谱技术流水线中的系统性回顾。为弥补这一空白,由Chengcheng Sun等八位作者共同撰写的综述论文《Knowledge Graphs Meet Graph Neural Networks: A Comprehensive Survey》提出了一种新颖的双层分类框架。该框架的第一层基于知识图谱技术流水线,涵盖四个关键阶段:知识图谱构建(包括实体识别、关系抽取、实体对齐等)、知识图谱嵌入(如TransE、RotatE等传统方法以及基于GNN的嵌入方法)、知识推理(如链接预测、关系推理)、知识图谱应用(如问答系统、推荐系统)。第二层从GNN模型角度出发,将技术按图卷积网络(GCN)、图注意力网络(GAT)、异构图神经网络(HGNN)等模型重新分类。文章深入分析了不同任务在知识图谱生命周期中的特点,例如构建阶段需要处理噪声数据和不完整性,推理阶段需要捕获复杂语义关系,并据此阐述了GNN技术在这些任务中的优势。随后,按照所提出的分类框架,详细综述了多种基于GNN的模型,包括GCN、GAT、RGCN、CompGCN、HGT等,总结了各自的优势和局限性,例如GCN在归纳推理上的不足,GAT在注意力机制上的提升。最后,讨论了当前未解决的挑战,如可扩展性、动态知识图谱处理、多模态融合、可解释性等,并展望了有前景的未来研究方向,包括与大型语言模型的结合、持续学习等。该论文已被ACM Computing Surveys接收,于2026年5月12日提交至arXiv,编号为2607.09666。论文的完整列表已在GitHub上公开。该综述为知识图谱与GNN交叉领域的研究者提供了全面而系统的参考,有助于推动该领域的进一步发展。