MMEKG : Multi-modal Event Knowledge Graph towards Universal Representation across Modalities

Posted 2022-12-15 Peppa _Peppa

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• · MMEKG : Multi-modal Event Knowledge Graph towards Universal Representation across Modalities
• • ·Abstract
  • • • • • ·提出：大规模多模态事件知识图谱——**MMEKG**
          • ·开发：
  • ·Introduction
  • • • • • ·（描述概念及存在的问题）
          • ·（简单介绍本文提出的模型，并给出一个简单的例子进行说明）
          • ·（分点说明本文的创新点）
          • （构建MMEKG具体步骤）
  • ·Overview of MMEKG
  • ·跨模态事件本体（ontology）
  • • • • • ·Schema（模式）
          • ·Ontology Initialization（本体初始化）
          • ·Ontology Induction（本体归纳）
  • ·Knowledge Extraction System（知识提取系统）
  • • • • • ·文本知识抽取
          • ·视觉知识抽取
          • ·事件关系抽取

· MMEKG : Multi-modal Event Knowledge Graph towards Universal Representation across Modalities

​ -面向跨模式普遍表示的多模态事件知识图谱

·Abstract

·提出：大规模多模态事件知识图谱——MMEKG

​ MMEKG：通过事件将不同的知识形式统一起来，相互补充、消除歧义。
​ ①该模型包括：99万个概念事件，644个关系类型
​ ②超过8.63亿个实例事件通过9.34亿个关系连接起来，在文本和/或图像中提供了丰富的上下文信息。

·开发：

一个高效的文本/可视化知识提取系统的管道（概念级+实体级），induction strategy（归纳策略）创建百万规模的概念事件和组织所有事件和关系的模式

·Introduction

·（描述概念及存在的问题）

知识图谱通常用有向图进行表示，节点表示实体，边表示两节点之间的关系，即两实体之间的关系。这种表示方法虽然简单高效，但是表达能力有限。 （Extracting event and their relations from texts: A survey on recent research progress and challenges.）如何表示更复杂的知识，如事件、情况或不同的模式，成为更广泛应用的关键问题。

·（简单介绍本文提出的模型，并给出一个简单的例子进行说明）

MMEKG将事件作为其构建的基本模块，每个事件包括一个概念（concept）、几个参数（argument）和相应的角色定义（role）。事件之间也会存在一定的关系，如因果关系、时间关系、子事件关系等，因此，在知识图谱中，一个事件可以当作另一个事件的参数（argument）。

例子：

这两个事件利用互补的参数搭建文本与图片之间的桥梁，还表明了潜在的一种常识，睡觉的时候会裹上一个围巾。

·（分点说明本文的创新点）

与xxx进行比较，创新点在于①创建一个大规模本体包含990000个概念事件和644个关系类型，涵盖了现实世界发生的大多数类型。②第一个通过细粒度事件、参数对齐的多模态知识图谱。③概念和实体事件的集合。从实体事件扩展到本体，通过上下文实例为综合推理提供概念级常识知识。

（构建MMEKG具体步骤）

①构建一个模式（schema）并获取概念事件。将FrameNet与WordNet进行组合去初始化一个高质量的事件本体，通过实体事件的本体归纳对事件本体进行自动扩展。同时，为了保证模型的灵活性与可移植性，在简单事件模型（SEM）（Design and use of the Simple Event Model (SEM) ）的基础上进行扩展，以在**资源描述框架(RDF)（The Resource Description Framework (RDF) and its Vocabulary Description Language RDFS）**中定义我们的本体。
②为了从文本或图像中提取实例事件，提出知识提取系统，以支持在实际场景下快速和大规模的提取。知识提取系统包括对事件与事件关系的提取，以及两者之间的对齐。此外，该系统可以将任何输入文本/图像解析为事件图，并从MMEKG中无缝检索多模态知识。

为了涵盖各种事件，我们将提取系统应用于多个来源，包括C4 News2、Wikipedia3、Bookcorpus4和CC3M&12M 。这些数据源产生8.63亿个实例事件和9.34亿个关系。

·Overview of MMEKG

MMEKG提出四种类型的节点和四种类型的关系。节点包括：概念事件、实例事件、实体和非实体参数。概念事件：与模式无关，提供实例事件的高水平摘要。实体：事件参数。
关系包括：①概念事件之间的关系。subclassOf ，子类，表示层次关系。②实例事件之间的关系。可以进一步分类为更细粒度的子类型，如temporal（时间）、causal（因果）、co-occur（共现）。③概念事件与实例事件之间的关系。instanceOf，集成概念和实例事件。④角色关系。起连接事件的作用。
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$$MMEKG=(h,r,t)|h,t\in E,r\in R.E=Ecpt\bigcup Eins\bigcup Eent\bigcup Enent,R=Rins-ins\bigcup Rcpt-cpt\bigcup Rcpt-ins\bigcup Rrole$$

*w(h,r,t)表示MMEKG中三元组(h,r,t)*的关系权重，即 真的置信度分数。

·跨模态事件本体（ontology）

跨模态事件本体规定了知识类型的范围，并且提供推理能力（从实例到概念的归纳会带来新的知识，即从特殊到一般的知识；从概念到实例的演绎，没有不确定性，能够提供额外的信息）

·Schema（模式）

单事件表示（SEM和FrameNet的扩展）：①每个角色有一个关联的 ekg :[role] 被用来连接事件e（实例事件），a属性（实体+非实体）②使用虚拟节点连接实例事件与边ekg :[contextOf] ，表示该事件的来源。ekg :trigger，ekg :modality，ekg : content分别表示触发词、模态、句子/图像索引。
事件与事件之间的关系：①rdf:instanceOf 实例与概念事件之间的关系 ②rdf:subclassOf 概念事件的层次结构 ③设置连接节点（linking node）*[EventRel_id] *表示实例事件之间的关系，如因果、时间等。（这样表示的好处：①可扩展性，可以表示一对多的情况；②信息统计和补充剂的集成。在不确定的推理事件中添加频率和置信度分数）

·Ontology Initialization（本体初始化）

通过合并WordNet 、FrameNet和 imSitu（数据集）初始化本体。具体地，将WordNet（分层信息）中每个动词和形容词的同义词集映射到FrameNet中的框架。Frame为高级概念事件，对齐的同义词集为细粒度的概念事件。映射：首先考虑结构映射 (Leseva and Stoyanova, 2019) 的结果以及 Sentence-BERT 给出同义词集和框架定义之间的余弦相似度分数。

然后，我们通过手动将 WordNet 同义词集与带注释的帧对齐作为我们的视觉本体来扩展来自 imSitu 数据集的本体。

·Ontology Induction（本体归纳）

分类法归纳：找到更细粒度的概念事件。
给定一个初始化的概念事件o和它的一个特定角色r，首先选择由角色r与一个分类为o的实例事件连接的所有参数。然后通过推导每个短语的标题启发式地聚类这些参数。我们进一步用该词头词命名每个聚类，并通过联合考虑(1)聚类中的每个事件-角色-参数三元组的置信度得分，以及(2)每个聚类名称提供的信息量，计算每个聚类的显著性得分。最后，选择K个显著性得分最高的聚类，通过将角色r和这些名称及其触发词结合起来创建新的概念事件。相应的实例事件也归入这些新派生的概念事件。

**关系归纳法：**在实例事件之间的关系上，发现概念事件之间的尝试关系。
该得分考虑(1)子实例事件之间关系的置信度得分。(2) ot w.r.t r的共性。我们在MMEKG中添加显著性评分超过阈值的(o~h，r, o~t)。例如，在图2中，由于三重(talk.v。01, coocur, sit.v.01)超过阈值时，我们将这种关系从实例级扩展到概念级。

·Knowledge Extraction System（知识提取系统）

1）遵循已有的知识提取系统的总体框架（GAIA: A Fine-grained Multimedia Knowledge Extraction System ）（RESIN: A Dockerized Schema-Guided Cross-document Cross-lingual Cross-media Information Extraction and Event Tracking System），在此基础上，拓展和优化事件相关组件。
2）在每个组件上使用通用的基准测试，保证性能。
3）将系统中的所有交叉编码器替换为双编码器，并在事件关系提取过程中进行多任务训练的联合模型，以提高效率。

·文本知识抽取

①对语料库进行预处理。首先，使用基于BERT-base Next Sentence Prediction (NSP) model和启发式规则(每个文档5-10句)确定文档边界。然后，我们通过Stanza (Qi et al.， 2020)获得POS-tag和依赖树（dependency tree）。动词和形容词为是触发事件的候选词。
②使用Biencoder model（Moving Down the Long Tail of Word Sense Disambiguation with Gloss Informed Bi-encoders）对候选触发词最可能的同义词集进行预测。每个同义词集都引用一个概念事件。这样就可以把文本和MMEKG联系起来。将事件检测转换为无监督的词义消歧(WSD)任务，以避免昂贵的训练数据。
③事件参数提取方法PAIE（Prompt for Extraction? PAIE: Prompting Argument Interaction for Event Argument Extraction）为提取任务提示plm，并为每个概念事件设计一个角色交互提示模板。所有角色嵌入都用作查询向量，以识别参数跨度作为答案。用FrameNet提供的注释训练模型。

·视觉知识抽取

设计了一个两级抽取网络。两种模型都使用最大的视觉态势识别数据集进行训练。(1)对于事件检测，利用预训练的ViT来获取修补后的图像特征。另一层transformer将图像分类到视觉概念事件中。(2)继Pratt et al.(2020)之后，我们使用预训练的ResNet-50作为Faster R-CNN 的主要部分，并使用条件LSTM解码器聚合角色信息，从图像中提取参数。

·事件关系抽取

temporal, causal, co-occur, and semantic relations-时间关系、因果关系、共指关系和语义关系。共指包括文本与图像的对齐

①时间、因果关系。建立文档级别的图进行推断关系，联合预测时间和因果关系作为多标签多任务分类，并基于Causal-TimeBank用来训练模型。总共有六种关系类型:Before,After, During, Includes, Included和因果关系。
②共指关系。对于文本共存，如果触发词有conj关系，通过依赖解析来识别它。对于跨模态共发生，分别从成对的图片标题中提取事件，并假设它们共发生。
③语义关系。当事件A的参数是动名词短语B时，B也可以看作是A的子事件的触发词。