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AI Agents · Lektion

Entitätsextraktion für Wissensgraphen

Erkennung benannter Entitäten, Relationsextraktion und Befüllung von Graphen.

Entitätsextraktion für Wissensgraphen ist eine kostenlose AI Agents-Lektion auf CoddyKit. Dies ist Lektion 1 von 4. Du kannst die komplette Lektion unten kostenlos lesen – dann übst du sie direkt im Browser mit einem integrierten Code-Editor und einem KI-Tutor rund um die Uhr. Sie ist Teil des AI Agents-Lernpfads, und dein Fortschritt wird über Web und CoddyKit-App synchronisiert. Der AI Agents-Kurs umfasst insgesamt 4 Lektionen.

Was ist Entitätsextraktion?

Entitätsextraktion (Named Entity Recognition, NER) identifiziert benannte Elemente in Texten: Personen, Organisationen, Orte, Datumsangaben und mehr. Sie ist der erste Schritt beim Erstellen eines Wissensgraphen aus unstrukturiertem Text.

Grundlagen von spaCy NER

Das Modell en_core_web_sm von spaCy erkennt standardmäßige Entitätstypen: PERSON, ORG, GPE (geopolitische Entität), DATE, MONEY und weitere.

import spacy

# Load English model (install: python -m spacy download en_core_web_sm)
nlp = spacy.load('en_core_web_sm')

text = 'Elon Musk founded SpaceX in 2002 in Hawthorne, California. Tesla is headquartered in Austin, Texas.'

doc = nlp(text)

for ent in doc.ents:
    print(f'{ent.text:30} {ent.label_:15} {spacy.explain(ent.label_)}')

# Output:
# Elon Musk                      PERSON          People, including fictional
# SpaceX                         ORG             Companies, agencies...
# 2002                           DATE            Absolute or relative dates
# Hawthorne, California          GPE             Countries, cities, states

Entitäten als strukturierte Daten extrahieren

Wandeln Sie die Entitätsergebnisse von spaCy in ein strukturiertes Format um, das sich zum Speichern in einem Wissensgraphen eignet. Gruppieren Sie Entitäten nach Typ und entfernen Sie Duplikate innerhalb eines Dokuments.

import spacy
from collections import defaultdict

nlp = spacy.load('en_core_web_sm')

def extract_entities(text: str) -> dict:
    doc = nlp(text)
    entities = defaultdict(set)
    
    for ent in doc.ents:
        entities[ent.label_].add(ent.text.strip())
    
    # Convert sets to lists for JSON serialization
    return {k: list(v) for k, v in entities.items()}

text = 'Apple CEO Tim Cook announced new products. The event was held in Cupertino on September 12, 2023.'
result = extract_entities(text)

import json
print(json.dumps(result, indent=2))
# {
#   "ORG": ["Apple"],
#   "PERSON": ["Tim Cook"],
#   "GPE": ["Cupertino"],
#   "DATE": ["September 12, 2023"]
# }

Relationsextraktion mit einem LLM

spaCy identifiziert Entitäten, aber nicht die Beziehungen zwischen ihnen. Fragen Sie ein LLM: In welcher Beziehung stehen X und Y?, um Kanten für Ihren Wissensgraphen zu extrahieren.

import openai
import json

client = openai.OpenAI(api_key='sk-...')

def extract_relations(text: str, entities: list) -> list:
    if len(entities) < 2:
        return []
    
    entity_list = ', '.join(entities)
    prompt = (
        f'Given this text and these entities: {entity_list}\n\n'
        f'Text: {text}\n\n'
        'Extract relationships between the entities. '
        'Return a JSON array of objects with fields: '
        'subject (string), relation (string), object (string). '
        'Use concise relation labels like FOUNDED_BY, WORKS_AT, LOCATED_IN, ACQUIRED_BY.'
    )
    response = client.chat.completions.create(
        model='gpt-4o-mini',
        messages=[{'role': 'user', 'content': prompt}],
        response_format={'type': 'json_object'}
    )
    result = json.loads(response.choices[0].message.content)
    return result.get('relations', [])

text = 'Elon Musk founded SpaceX in Hawthorne, California.'
entities = ['Elon Musk', 'SpaceX', 'Hawthorne']
relations = extract_relations(text, entities)
print(relations)
# [{'subject': 'Elon Musk', 'relation': 'FOUNDED', 'object': 'SpaceX'},
#  {'subject': 'SpaceX', 'relation': 'LOCATED_IN', 'object': 'Hawthorne'}]

Entitätsnormalisierung

Dieselbe Entität kann in unterschiedlichen Schreibweisen vorkommen: Elon Musk, Musk, E. Musk. Die Normalisierung ordnet diese vor dem Hinzufügen zum Graphen einer kanonischen Form zu.

import openai
import json

client = openai.OpenAI(api_key='sk-...')

def normalize_entities(entity_mentions: list, entity_type: str) -> dict:
    '''
    Groups variations of the same entity together.
    Returns {canonical_name: [mention1, mention2, ...]}
    '''
    if len(entity_mentions) <= 1:
        return {m: [m] for m in entity_mentions}
    
    mentions_str = json.dumps(entity_mentions)
    prompt = (
        f'These are {entity_type} entity mentions from text: {mentions_str}\n'
        'Group mentions that refer to the same entity. '
        'Return JSON: {"groups": [["canonical", "alias1", "alias2"], ...]}'
    )
    response = client.chat.completions.create(
        model='gpt-4o-mini',
        messages=[{'role': 'user', 'content': prompt}],
        response_format={'type': 'json_object'}
    )
    result = json.loads(response.choices[0].message.content)
    
    normalized = {}
    for group in result.get('groups', []):
        if group:
            canonical = group[0]
            for mention in group:
                normalized[mention] = canonical
    return normalized

mentions = ['Elon Musk', 'Musk', 'E. Musk', 'Tim Cook']
result = normalize_entities(mentions, 'PERSON')
print(result)

Entitätsdeduplizierung

Prüfen Sie vor dem Einfügen in einen Wissensgraphen, ob die Entität bereits vorhanden ist. Verwenden Sie unscharfen Abgleich oder kanonische IDs, um Duplikate aus mehreren Dokumentquellen zusammenzuführen.

from difflib import SequenceMatcher

class EntityRegistry:
    def __init__(self, similarity_threshold=0.85):
        self.entities = {}  # {canonical_name: entity_data}
        self.threshold = similarity_threshold
    
    def similarity(self, a: str, b: str) -> float:
        return SequenceMatcher(None, a.lower(), b.lower()).ratio()
    
    def find_existing(self, name: str) -> str:
        for canonical in self.entities:
            if self.similarity(name, canonical) >= self.threshold:
                return canonical
        return None
    
    def add_entity(self, name: str, entity_type: str, metadata: dict = None) -> str:
        existing = self.find_existing(name)
        if existing:
            print(f'Merged "{name}" -> "{existing}"')
            return existing
        self.entities[name] = {'type': entity_type, 'metadata': metadata or {}}
        print(f'New entity: "{name}"')
        return name

registry = EntityRegistry()
registry.add_entity('OpenAI', 'ORG', {})
registry.add_entity('Open AI', 'ORG', {})   # Merged
registry.add_entity('OpenAI Inc', 'ORG', {})  # Merged
registry.add_entity('Microsoft', 'ORG', {})

Mehrere Dokumente verarbeiten

Wenn Sie einen Wissensgraphen aus einem Korpus erstellen, verarbeiten Sie die Dokumente sequenziell und sammeln Sie Entitäten und Relationen. Erfassen Sie, aus welchem Dokument jede Information stammt (Provenienz).

import spacy
from typing import List, Dict

nlp = spacy.load('en_core_web_sm')

@dataclass
class KGFact:
    subject: str
    relation: str
    obj: str
    source_doc: str

def process_corpus(documents: List[Dict]) -> List:
    facts = []
    entity_registry = EntityRegistry()
    
    for doc in documents:
        doc_id = doc['id']
        text = doc['text']
        
        # Extract entities
        spacy_doc = nlp(text)
        persons = [ent.text for ent in spacy_doc.ents if ent.label_ == 'PERSON']
        orgs = [ent.text for ent in spacy_doc.ents if ent.label_ == 'ORG']
        
        # Register entities (deduplication)
        for p in persons:
            entity_registry.add_entity(p, 'PERSON')
        for o in orgs:
            entity_registry.add_entity(o, 'ORG')
        
        print(f'Processed doc {doc_id}: {len(persons)} persons, {len(orgs)} orgs')
    
    return entity_registry.entities

docs = [
    {'id': 'doc1', 'text': 'Sundar Pichai leads Google.'},
    {'id': 'doc2', 'text': 'Google CEO Sundar Pichai spoke at the conference.'}
]
entities = process_corpus(docs)

Entitätstypen für Wissensgraphen

Legen Sie Ihre Entitätstaxonomie fest, bevor Sie den Graphen erstellen. Häufige Typen für einen geschäftlichen Wissensgraphen sind: Person, Organization, Product, Location, Event, Technology. Benutzerdefinierte Typen hängen von Ihrer Domäne ab.

ENTITY_TYPES = {
    'PERSON': {
        'description': 'Individual human being',
        'properties': ['name', 'title', 'email'],
        'spacy_labels': ['PERSON']
    },
    'ORGANIZATION': {
        'description': 'Company, institution, or group',
        'properties': ['name', 'industry', 'founded'],
        'spacy_labels': ['ORG']
    },
    'LOCATION': {
        'description': 'Geographic place',
        'properties': ['name', 'country', 'coordinates'],
        'spacy_labels': ['GPE', 'LOC', 'FAC']
    },
    'PRODUCT': {
        'description': 'Product or service (custom, not in spaCy)',
        'properties': ['name', 'category', 'version'],
        'spacy_labels': ['PRODUCT']
    }
}

# Map spaCy labels to our types
def map_spacy_to_entity_type(spacy_label: str) -> str:
    for entity_type, config in ENTITY_TYPES.items():
        if spacy_label in config['spacy_labels']:
            return entity_type
    return 'UNKNOWN'

print(map_spacy_to_entity_type('ORG'))     # ORGANIZATION
print(map_spacy_to_entity_type('GPE'))     # LOCATION
print(map_spacy_to_entity_type('PERSON'))  # PERSON

spaCy und LLM kombinieren

Verwenden Sie spaCy für eine schnelle und kostengünstige Entitätenerkennung und ein LLM nur für anspruchsvollere Aufgaben: Relationsextraktion, Entitätsdisambiguierung und die Verarbeitung domänenspezifischer Entitäten, die spaCy nicht erkennt.

import spacy
import openai

nlp = spacy.load('en_core_web_sm')
client = openai.OpenAI(api_key='sk-...')

def full_extraction_pipeline(text: str) -> dict:
    # Step 1: Fast spaCy extraction
    doc = nlp(text)
    entities = [
        {'text': ent.text, 'type': ent.label_}
        for ent in doc.ents
        if ent.label_ in ['PERSON', 'ORG', 'GPE', 'PRODUCT']
    ]
    
    if len(entities) < 2:
        return {'entities': entities, 'relations': []}
    
    # Step 2: LLM relation extraction (only when we have multiple entities)
    entity_names = [e['text'] for e in entities]
    relations = extract_relations(text, entity_names)
    
    return {
        'entities': entities,
        'relations': relations
    }

text = 'Satya Nadella of Microsoft acquired Activision Blizzard for $69 billion.'
result = full_extraction_pipeline(text)
print('Entities:', result['entities'])
print('Relations:', result['relations'])

Extrahierte Daten validieren

Validieren Sie extrahierte Entitäten, bevor Sie sie im Wissensgraphen speichern. Prüfen Sie, ob Subjekt- und Objektentitäten bekannt sind, die Relationsbezeichnungen aus Ihrem freigegebenen Vokabular stammen und die Daten vollständig sind.

VALID_RELATIONS = {
    'FOUNDED_BY', 'WORKS_AT', 'LOCATED_IN', 'ACQUIRED_BY',
    'PARTNERED_WITH', 'INVESTED_IN', 'CEO_OF', 'PRODUCT_OF'
}

def validate_relation(relation: dict, known_entities: set) -> tuple:
    errors = []
    subject = relation.get('subject', '')
    relation_label = relation.get('relation', '')
    obj = relation.get('object', '')
    
    if not subject:
        errors.append('Missing subject')
    if not obj:
        errors.append('Missing object')
    if relation_label not in VALID_RELATIONS:
        errors.append(f'Unknown relation: {relation_label}')
    if subject and subject not in known_entities:
        errors.append(f'Unknown entity: {subject}')
    if obj and obj not in known_entities:
        errors.append(f'Unknown entity: {obj}')
    
    return len(errors) == 0, errors

known = {'Elon Musk', 'SpaceX', 'California'}
relation = {'subject': 'Elon Musk', 'relation': 'FOUNDED_BY', 'object': 'SpaceX'}
valid, errors = validate_relation(relation, known)
print('Valid:', valid, 'Errors:', errors)

Inkrementeller Graphaufbau

Bauen Sie den Wissensgraphen schrittweise auf, sobald neue Dokumente eintreffen. Verarbeiten Sie jedes Dokument, extrahieren Sie Entitäten und Relationen, entfernen Sie Duplikate, validieren Sie die Daten und führen Sie anschließend ein Upsert in der Graphdatenbank aus.

def build_knowledge_graph_incremental(new_documents: list, graph_db, entity_registry):
    for doc in new_documents:
        print(f'Processing document: {doc["id"]}')
        
        # Extract
        extraction = full_extraction_pipeline(doc['text'])
        
        # Register and deduplicate entities
        canonical_entities = {}
        for entity in extraction['entities']:
            canonical = entity_registry.add_entity(
                entity['text'],
                entity['type']
            )
            canonical_entities[entity['text']] = canonical
            # Upsert node in graph
            graph_db.upsert_node(canonical, entity['type'])
        
        # Validate and insert relations
        for relation in extraction['relations']:
            # Map to canonical names
            subj = canonical_entities.get(relation['subject'], relation['subject'])
            obj = canonical_entities.get(relation['object'], relation['object'])
            valid, errors = validate_relation(
                {'subject': subj, 'relation': relation['relation'], 'object': obj},
                set(canonical_entities.values())
            )
            if valid:
                graph_db.upsert_edge(subj, relation['relation'], obj, doc['id'])
            else:
                print(f'Skipping invalid relation: {errors}')

print('Graph build pipeline defined')

Wissenscheck: Entitätsextraktion

Überprüfen Sie Ihr Verständnis der Entitätsextraktion für Wissensgraphen.

Zusammenfassung der Entitätsextraktion

Eine vollständige Pipeline zur Entitätsextraktion für Wissensgraphen kombiniert: spaCy NER zur schnellen Entitätenerkennung, LLM-basierte Relationsextraktion, Entitätsnormalisierung zur Zuordnung verschiedener Schreibweisen zu kanonischen Namen, Deduplizierung zur Vermeidung redundanter Knoten, Validierung vor dem Einfügen und Provenienzverfolgung, um zu wissen, aus welchem Dokument jede Information stammt.

Häufig gestellte Fragen

Ist die Lektion „Entitätsextraktion für Wissensgraphen“ kostenlos?

Ja — der vollständige Text von „Entitätsextraktion für Wissensgraphen“ ist hier im Web kostenlos zu lesen. Um sie interaktiv zu üben (integrierter Code-Editor und 24/7 KI-Tutor) und den Rest des AI Agents-Kurses freizuschalten, upgrade auf CoddyKit PRO. Der AI Agents-Kurs umfasst insgesamt 4 Lektionen.

Was lerne ich in „Entitätsextraktion für Wissensgraphen“?

Erkennung benannter Entitäten, Relationsextraktion und Befüllung von Graphen. Du übst AI Agents mit praktischem Code, den du direkt im Browser ausführst, und ein 24/7 KI-Tutor beantwortet deine Fragen während du die Lektion bearbeitest.

Brauche ich Erfahrung, um AI Agents zu starten?

Keine Vorkenntnisse erforderlich. AI Agents auf CoddyKit ist für Anfänger bis fortgeschrittene Lernende strukturiert, sodass du hier starten oder von Anfang an beginnen und in deinem eigenen Tempo voranschreiten kannst. Dies ist Lektion 1 von 4.

Wie lange dauert die Lektion „Entitätsextraktion für Wissensgraphen“?

Die meisten CoddyKit-Lektionen dauern etwa 5–10 Minuten. Jede ist kompakt und interaktiv, sodass du stetig Fortschritte machst und genau dort weitermachst, wo du aufgehört hast – im Web und in der App.

Kann ich in dieser AI Agents-Lektion Code schreiben und ausführen?

Ja. Jede AI Agents-Lektion enthält einen integrierten Code-Editor, sodass du echten Code direkt in deinem Browser schreibst und ausführst und sofort KI-Feedback erhältst — ohne lokale Einrichtung erforderlich.

Alle Lektionen in diesem Kurs

  1. Entitätsextraktion für Wissensgraphen
  2. Neo4j-Abfragen aus Agent-Tools
  3. Vektor- und Graphen-Retrieval kombinieren
  4. Einen wissensgestützten Agenten erstellen
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