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2025/12/25 17:14:33 网站建设 项目流程

导读

论文题目:Privacy-protected Retrieval-Augmented Generation for Knowledge Graph Question Answering
论文来源:AAAI 2026 (arXiv:2508.08785)
代码链接:https://github.com/NLPGM/ARoG


研究背景

大型语言模型(LLMs)在自然语言处理任务中表现出色,但仍面临事实幻觉和知识过时的问题。检索增强生成(RAG)技术通过引入外部知识(如知识图谱 KG)来缓解这一问题。然而,在实际应用中,私有知识图谱往往包含个人隐私或商业机密。传统的 RAG 方法直接检索并暴露知识图谱中的事实三元组,由于 LLM 的“黑盒”特性及数据传输过程中的潜在风险,这种方式存在严重的隐私泄露隐患。

为此,本文首次定义并探索了隐私保护的 RAG 场景。在该场景下,知识图谱中的实体对 LLM 均呈现为匿名状态(即使用无语义的机器标识符 MIDs),从而从根本上阻断 LLM 对实体具体语义的访问。然而,实体语义的缺失导致现有 RAG 系统无法通过自然语言问题匹配到无意义的标识符,从而面临检索失效的困境。


核心挑战:匿名实体环境下的知识检索

如图 1 所示,在隐私保护设置下,原始实体(如 “Bronny”)被替换为加密后的标识符(如ID.1)。

▲ 图 1:传统 RAG(Step A)与本文提出的隐私保护 RAG(Step I-II)系统的对比。在隐私保护场景下,实体被匿名化为无意义 ID。

在此场景下构建有效的 RAG 系统,必须解决以下两个核心挑战:

    1. 如何将匿名实体转化为可检索的信息?(即如何在不暴露具体名称的前提下恢复部分语义)
    1. 如何检索与问题相关的匿名实体?(即如何建立自然语言问题与匿名实体之间的映射)

解决方案:ARoG 框架

针对上述挑战,本文提出了**图上抽象推理(Abstraction Reasoning on Graph, ARoG)**框架。该框架包含两种核心抽象策略及相应的检索生成模块。

图2:ARoG 框架概览

▲ 图 2:ARoG 框架概览,包含四个主要模块:(a) 关系中心抽象,(b) 结构导向抽象,© 抽象驱动检索,(d) 生成器。

1. 以关系为中心的抽象(Relation-centric Abstraction)

该策略旨在解决第一个挑战。系统将匿名实体视为“主语”或“宾语”,将其相邻的关系视为“谓语动词”。利用 LLM 的推理能力,根据相邻关系的语义动态推断该实体的高层概念(Concept)。

具体而言,对于候选实体 ,模型根据其筛选后的相关关系集合 生成抽象概念,并将其附加在 MID 之后形成抽象实体 。计算过程如下:

例如,若某实体关联了time_zones(时区)、population(人口)等关系,LLM 可将其抽象为“地理位置(Geographic Location)”。这使得无意义的 ID 具备了可供检索的类型语义。

2. 以结构为导向的抽象(Structure-oriented Abstraction)

该策略旨在解决第二个挑战。系统将非结构化的自然语言问题转化为结构化的抽象概念路径(Abstract Concept Path)

例如,对于问题“The Mrs. Carter Show World Tour 艺术家的女儿叫什么?”,生成的路径包含:

    1. Nicki Minaj (artist) → had → The Mrs. Carter Show World Tour
    1. Nicki Minaj (artist) → has daughter named → Chiara Fattorini (person)

虽然生成的具体实体名称(如 Nicki Minaj)可能是不准确的,但路径中的概念结构(如artistrelationperson)能够与知识图谱中经抽象处理的三元组有效对齐,从而引导精准检索。

3. 抽象驱动检索与生成

基于上述策略,检索模块(Abstraction-driven Retrieval)通过计算抽象概念路径 与候选抽象三元组 之间的语义相似度来获取证据:

最终,生成器基于检索到的抽象三元组证据生成答案。


实验结果与分析

研究在 WebQSP、CWQ 和 GrailQA 三个数据集上进行了评估,设置了#Total(全量数据)和#Filtered(过滤掉 LLM 已知知识的数据,模拟严格隐私场景)两种实验环境。

1. 性能对比

实验结果(见原论文 Table 2)表明,ARoG 在所有数据集和设置下均优于基线方法。

  • • 在#Total设置下,ARoG 显著优于 ToG、PoG 等现有 RAG 方法。
  • • 在#Filtered设置下,传统方法因无法利用实体语义导致性能急剧下降(例如 ToG 在 WebQSP 上从 64.9% 降至 8.2%),而 ARoG 凭借抽象策略保持了较高的准确率(WebQSP 上为 58.9%),证明了其在处理未知私有知识时的有效性。

2. 隐私鲁棒性分析

为了验证模型在不同隐私泄露程度下的表现,研究对比了四种场景:P-RAG(检索与生成均暴露实体)、P-G(仅生成暴露)、P-R(仅检索暴露)和 Private(全匿名)。

▲ 图 5(原论文 Figure 5):ARoG 与 ToG 在不同隐私保护场景下的性能对比。

如图 5 所示,随着隐私保护力度的增加(从 P-RAG 到 Private),ToG 的性能(灰色线)显著下滑,而 ARoG(蓝色实线)表现出极强的鲁棒性,在完全匿名场景下依然维持了稳定的高水准表现。

3. 效率分析

在计算开销方面(参考原论文 Table 4),ARoG 在保证高性能的同时,并未引入过高的计算成本。特别是在复杂的 GrailQA 数据集上,ARoG 的总 Token 消耗量(5,605.5)甚至低于 ToG(6,526.5)和 GoG(13,093.7),显示了其在复杂推理任务中的高效性。


总结

本文提出了一种面向隐私保护 KGQA 的 ARoG 框架。通过引入“关系中心抽象”和“结构导向抽象”两种策略,该框架有效解决了匿名实体导致的语义缺失和检索失配问题。实验证明,ARoG 不仅在隐私保护场景下取得了 SOTA 性能,还具备良好的鲁棒性与计算效率,为隐私敏感领域的 RAG 应用提供了切实可行的技术路径。

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