引言：开放知识与可信AI的融合

Wikimedia Indonesia于2024年推出Wikidata Research Fund，以推动知识图谱如Wikidata在人工智能及科研领域中的创新应用。由印尼大学与维也纳经济大学合作的FrOG团队，围绕“AI幻觉”这一难题，提出了将大型语言模型（LLM）与结构性知识图谱（KG）深度结合的技术路线，并研发出FrOG开源RAG问答系统。

https://github.com/Framework-of-Open-GraphRAG/FROG

项目团队

课题组长： Fariz Darari（印尼大学）
成员：

• Jaycent Gunawan Ongris（印尼大学）
• Eduardus Tjitrahardja（印尼大学）
• Fajar Juang Ekaputra（维也纳WU）

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一、研究背景

近年来，大型语言模型（LLM, 如ChatGPT、Gemini、Copilot等）在信息检索与自然语言理解领域取得了重大突破，实现了问答、摘要等多项复杂任务。然而，LLM 仍然存在三大核心挑战：

1. 知识更新难度大

   ——模型知识难以动态追踪现实世界变化。

2. 推理过程不透明

   ——“黑盒”操作难以解释答案来源。

3. 幻觉问题

   ——有时输出存在不准确或虚假内容。LLM如ChatGPT、Gemini善于生成流畅自然的语言，但在面对事实性问题时，常出现自信但错误的回答，即“幻觉”。这在教育、法律、科研等领域尤为严重。

为应对上述问题，Retrieval-Augmented Generation（RAG）成为主流办法，通过外部知识检索辅助LLM生成答案，减少对参数记忆的依赖。然而，RAG主流方法一般采用Dense Retriever（如DPR），其向量表达方式使检索过程缺乏可解释性，并易导致上下文片段化，影响复杂查询的整体理解。

知识图谱（Knowledge Graph, KG）则通过实体及其属性与关系将真实世界结构化，能为LLM输出提供精准可查证的支撑，成为Retrieval-Augmented Generation（RAG）技术的理想基础。

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二、核心创新

1. 引入知识图谱（KG）驱动RAG

本研究提出以知识图谱（KG）为信息基础，开发了名为FrOG（Framework of Open GraphRAG）的开源RAG系统，通过KG节点关系透明组织事实信息，使推理、溯源更加易于追溯。

KG优点示意

• 以实体为节点、关系为边，高度结构化，便于显性追踪和多跳推理。
• 支持SPARQL等结构化查询语言，易于控制、集成。
• 支持大规模、开放协作（如Wikidata）。

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2. 主要研究问题

研究针对以下问题展开：

• 如何高效用开源组件实现GraphRAG架构？
• 哪种大模型最适合该框架？
• GraphRAG架构中哪些组件对答案准确率提升作用最大？

3. 研究范围

• 核心聚焦于事实型问答（factoid QA）。
• 所有系统（含LLM）与依赖均选用开源组件，确保透明复现。
• 评估数据涵盖开放KG（Wikidata、DBpedia）与本地KG（Curriculum KG）。
• LLM实验限定在Qwen2.5 7B、Mistral 7B/NeMo 12B、LLaMA 3.1 8B等主流开源模型。
• 不进行高消耗的模型微调（fine-tune），而利用上下文学习（in-context learning）。
• 评价采用SPARQL查询结果Jaccard相似度（见后文表格与评估图）。
• 多语言能力在Pipeline v2上初步验证，重点为印尼语。

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三、技术方案和系统架构

1. 相关背景

• KG技术快速回顾

  借助RDF三元组（主语-谓语-宾语）、SPARQL、Semantic Web理念构建结构化实体网络。

• LLM分类

  Encoder-only（如BERT）、Decoder-only（如GPT）、Encoder-Decoder（如T5）等。

• RAG机制

  结合LLM内部知识与外部知识库，辅助问答准确性。传统RAG用文本语料+DPR检索，GraphRAG用KG，实现复杂语义关系可视推理。

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2. Pipeline系统详细设计

Pipeline v1: 初始原型

• 通过prompt工程指导基础LLM把自然语言问题转为SPARQL查询，实现对Wikidata的自动检索与应答。
• 局限：复杂句式、跨语言支持较弱，迁移到其它KG难度较大。

Pipeline v2: 多语言·多知识库能力升级

• 引入多语言LLM（如Qwen2.5 7B）、多轮prompt链，综合矢量（向量）本体检索工具，理解不同KG结构和术语，大幅提升复杂任务対応与多领域应用能力。
• 支持自建学科课程知识图谱（Curriculum KG）等场景，落地性强。

（1）Pipeline v1：全LLM-驱动初步问答流程

• 步骤一：实体抽取

  ——LLM定位用户提问中的核心实体。

• 步骤二：实体ID检索

  ——依据关键词对Wikidata API进行检索，返回Top5候选。

• 步骤三：实体消歧与选择

  ——基于问题和实体描述让LLM判定最相关实体。

• 步骤四：SPARQL生成

  ——用LLM生成SPARQL查询，辅助参考Wikidata常用属性Top100表。

• 步骤五：查询执行与自然语言生成

  ——SPARQL拉取数据，最后由LLM生成可读答案。

Pipeline v1系统架构图（Gambar 1）

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（2）Pipeline v2：多语言/多KG升级流程

在v2架构中，系统不仅支持多语言，还引入矢量数据库辅助属性、类别检索，解决大规模资源prompt膨胀问题，并提升“单跳问答”场景的准确性。

• 问题翻译管理

  非英文自动转英文，保证与KG的兼容性。

• 实体链接

  综合实体抽取、KG检索和消歧。用few-shot prompting辅助多轮判别。

• 检索流程

• 单跳问题

  先用KG实体邻居Verbalisaton检索（如“{实体}的{属性}是{值}”），如未达标再转为LLM驱动SPARQL生成。

• 复杂/多跳问题

  切分问题，先用语义检索筛选合适属性和类别，再用few-shot+CoT方式生成SPARQL。

• 答案自然化

  取回结果ID/URI后补充为可理解标签，用LLM生成符合用户原语言的流畅答案。

  

Pipeline v2系统架构图（Gambar 2）

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3. 支持的知识库（KGs）

• Wikidata

  ：结构RDF，SPARQL接口，实体与属性支持批量矢量检索。

• DBpedia

  ：Wikipedia结构化衍生KG，主要用其T-Box本体。

• Curriculum KG

  （本地企业KG示例）：信息来源于印尼大学课程规划材料，涵盖课程/先修/能力等多个实体，通过半自动脚本从教材生成三元组数据。

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4. 数据集与问答生成

• QALD-9-Plus

  ：多语言KG-QA基准（10种语言），用于Wikidata、DBpedia评测，含训练/测试两部分。

• KG自生成问答数据

  ：通过实体采样、KG随机游走、资源标签补充、SPARQL模版和LLM自动改写自然语言，半自动产生面向本地KG的数据集。

[表格引用：问答模板类型表（Tabel 1）]

类别	三元组模式
Simple 1	{ s p ?o }
Simple 2	{ ?s p o }
Complex 1	{ ?s p1 o1 . ?s p2 o2 }
Complex 2	{ ?s p1 ?o1 . ?o1 p2 o2}

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5. 评价方法

• 主指标：Jaccard相似度

  ——考察Pipeline生成SPARQL和“标准答案”结果的集合重叠程度，不受返回条目顺序影响。

• 执行SPARQL后对元组排序统一化处理，确保公平比对。

Jaccard相似度评测流程图（Gambar 3）

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四、关键实验与结果分析

1. 不同Pipeline与模型对比

• 实验比较了两版Pipeline结合三种主流模型的表现：

• Pipeline v1+Mistral 7B（API）：0.473
• Pipeline v1+Mistral 7B（本地）：0.554
• Pipeline v1+Mistral NeMo 12B（本地）：0.581
• Pipeline v2+Mistral NeMo 12B（本地）：0.677

相关表格引用：Pipeline v1/v2性能对比表（Tabel 2）

Pipeline v2明显优于v1，证明了升级后的检索和属性识别机制对准确率提升意义重大。

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2. 多KG/多模型综合评估

• Wikidata/DBpedia/本地KG（Curriculum KG）上四大模型评测：

• Wikidata: 0.458

• DBpedia: 0.517

• Curriculum KG: 0.805（与Mistral NeMo 12B持平）

• Qwen2.5 7B 在所有数据集表现最好，如：

各模型各KG表现（Tabel 3）

• 多语言初测（印尼语）：存在准确率下降（0.362），归因于机器翻译导致的语义偏移，但系统多语言能力得到基本验证。
• Qwen2.5 7B表现优异，得益于预训练语料规模达18万亿token，对语言和事实理解更深，而Qwen2.5 Coder 7B（面向代码任务）表现偏低。

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3. Ablation Study（组件贡献消融分析）

• Ontology Retrieval

  （本体属性检索）：影响最大，删除后准确率大幅滑坡。Curriculum KG从0.805→0.183，若再去verbalisaiton降为0。

• Few-Shot Examples

  （小样本示例）：删除后Wikidata/DBpedia/Curriculum KG分别下降显著，需保留以辅助LLM跨领域迁移。

• Verbalization

  （属性三元组口语化）：复杂KG（Wikidata）上提升大，简洁KG（Curriculum KG）反而影响负向（甚至去除提升到0.949）。

• Chain-of-Thought（CoT）

  ：复杂KG效果好，在单纯KG场景益处有限，甚至略降。

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