Neo4j构建目标知识图谱

一、引言

本文主要介绍怎样借助Neo4j构建知识图谱，主要分为软件安装、参数配置、知识图谱定义、图谱展示、案例介绍等环节，整理最近的工作的同时也方便新手快速搭建目标知识图谱。

二、软件安装

本节内容主要参考在Windows环境中安装Neo4j。

在安装neo4j之前，需要安装Java JRE，并配置Java开发环境，然后安装neo4j服务。

1. 安装Java JRE

Neo4j是基于Java运行环境的图形数据库，因此，必须向系统中安装JAVA SE（Standard Editon）的JRE。从Oracle官方网站下载 Java SE JRE，常见版本是JRE 8（本文使用，建议使用），后面更新的是JRE11和JRE14（最新，但是可能不全）。

说明：JDK和JRE是有区别的，JDK（Java Development Kit）是包括Java运行环境（JRE）和Java开发工具；而JRE（Java Runtime Environment）是运行Java程序时必须安装的环境。如果只是运行Java程序，那么只需要安装JRE即可；如果希望开发Java程序，那么必须安装JDK。（本文直接安装JDK即可）*

配置Java的环境变量，Windows系统有系统环境变量和用户环境变量，都配置，配置环境变量分两步进行：

第一步：新建JAVA_HOME变量，变量值填写jdk的安装目录，默认的安装目录是： C:\ProgramFiles\Java\jdk1.8.0_211. （本文JDK版本与下载链接略有不同，但是这两个版本都不影响后续的操作）

第二步：编辑Path变量，在Path变量值的最后输入：%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin; 检查配置是否成功，运行cmd，输入java -version，如果显示java的版本信息，说明Java的安装和配置成功。

2.安装Neo4j

从Neo4j官网下载最新版本Neo4j 3.4 社区（Community）版本 “neo4j-community-3.4.5-windows.7z”，解压到指定目录，“D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows”。 Neo4j应用程序有如下主要的目录结构：

bin目录：用于存储Neo4j的可执行程序； conf目录：用于控制Neo4j启动的配置文件； data目录：用于存储核心数据库文件； plugins目录：用于存储Neo4j的插件；

创建Neo4j的环境变量 创建主目录环境变量NEO4J_HOME，并把主目录设置为变量值。

三、启动Neo4j程序

点击组合键：Windows+R，输入cmd，启动DOS命令行窗口，切换到主目录，以管理员身份运行命令提示符。

通过控制台启动Neo4j程序

以管理员权限启用DOS命令行窗口，输入以下命令，通过控制台启用neo4j程序

neo4j.bat console

如果看到以下消息，说明neo4j已经开始运行： 注意：如果这个环节报错，可能是之前开启neo4j，需要先运行：

neo4j stop 把Neo4j安装为服务

安装和卸载服务（Windows Services）：

bin\neo4j install-service bin\neo4j uninstall-service

启动服务，停止服务，重启服务和查询服务的状态：

bin\neo4j start bin\neo4j stop bin\neo4j restart bin\neo4j status

四、Neo4j集成的浏览器

Neo4j服务器具有一个集成的浏览器，在启动neo4j服务之后，可以使用neo4j集成的浏览器管理图数据库。

在一个运行neo4j服务器主机上访问 “http://localhost:7474/”，显示以下的界面（本文是设置好用户名密码之后的界面）：默认的host是bolt://localhost:7687，默认的用户是neo4j，默认的密码是：neo4j，第一次成功connect到Neo4j服务器之后，需要重置密码。

五、使用数据导入的方式构建一个知识图谱

需求分析：在小组实验中，我们需要对《毛选》中的几本书进行知识图谱结构化。已有的文本为《中国社会各阶级的分析》、《实践论》、《矛盾论》等内容，在前几周的讨论中已经对文本内容进行了简单的总结归纳，我们的近期目标是结合文本内容形成观点然后结构化。

这里的知识图谱可能并没有严格分类，里面的节点和关系并不是非常严格，在实际中可以严格定义，这样的后续调整中工作量会小一些。而本文主要考虑的是快速构建，姑且先简单定义。

知识图谱首要的是模式层的定义，也就是对知识图谱中类别和关系的定义，例如我们想把学生上课这个过程定义清楚，我们需要定义类<学生>、<导师>，关系为<指导>，模式定义为：导师—指导—>学生，实例为：王导师—指导—>jesse;李导师—指导—>Steven；……。模式只有一个，但是实例可以有多个。回归到本研究的需求，即把《毛选》中的内容进行知识图谱化。

第一步：定义模式层

这个步骤是知识图谱中最难一步，好的知识图谱一般需要专家智慧的参与，也就是由专家定义好知识图谱中的类与关系，在实际中，我们可能并不是专家，但是实现基本的知识图谱结构还是可以的。例如，构建一个人物知识图谱，那么类别可以定义为、、，关系可以定义为<属于>、<拥有>。对于书籍的话，类别可以简单定义为、，关系定义为<作者>。

第二步：建表填充数据

在模式层定义中，定义了几个类就对应着几个实体表，同理，定义了几个关系，也要有几个关系表，根据模式层定义三个表：peo.csv（实体表）、book.csv（实体表）、peo_book.csv（关系表）。 ***注意：***表的格式为csv，UTF-8，在windows中默认是ANSI，我一般将csv重命名为txt，然后用windows中自带的记事本打开，另存为的时候改成utf-8的格式，同时把后缀改成csv。此外，只要修改csv文件就得重新设置一下utf-8格式，不然导入neo4j中就会有乱码。

实体表头格式为：

*_id:ID（表示实例的ID，ID不能重复）;name（表示知识图谱显示的节点，建议不超过4个字，不然在neo4j中容易盖住）;:Lable（表示节点的类型，一般同一种Lable颜色一样）

关系表头格式： 如上表所示，关系表头：:START_ID（表示实例的ID）；:END_ID（表示指向的实例ID）；:TYPE（表示关系的类型）。

注 意：以上的表头冒号要用英文；实体表的ID不能重复；关系表的每一行要唯一，不能出现重复的行，否者会报错。

第三步：配置文件与命令行编写

配置文件：Neo4j集成的浏览器会用默认的数据库，当我们需要自定义数据库时，要把配置文件中的数据库改过来。例如，在本例中，我们使用book.db，我们首先需要在conf文件夹下找到neo4j.conf文件，用notopad++打开，大概在第十行的位置去掉开始的#号，然后数据改成目标数据库名字，这个名字按需求改就好了，只要做到和后续命令行指定的名字一致就好。

命令行：完成上面的步骤后就需要写命令行导入数据库了，不过在这之前还需要把建好的csv表添加到neo4j软件的impot目录里，例如我的目录是：

D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data

我的表建的比较多，在测试中，大家可以只建三个表。

命令行的格式是：

neo4j-admin import --mode=csv --database=book.db --nodes 实体表的绝对路径 --relationships 关系表的绝对路径

本文的实体表有8个，关系表有7个，因此写了8个–nodes，7个–relationships。命令行还需注意的是–database参数要和在上述conf文件修改的一样，例如我们都是用book.db。

neo4j-admin import --mode=csv --database=book.db --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\yuzhouguan.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\thing.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\xianshiyiyi.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\tedian.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\peo.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\book.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\opinion.csv --nodes D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\jieji.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\peo_book.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\book_opinion.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\opinion_jieji.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\jieji_tedian.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\book_xianshiyiyi.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\xianshiyiyi_thing.csv --relationships D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\import\book_data\jieji_yuzhouguan.csv

第四步：命令行配置

准备工作完成后就到了最后可视化过程了。

1、用管理员身份运行命令行；

2、切到neo4j软件的bin目录下，即：(D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\bin)； 3、 输入neo4j start；

4、输入neo4j-admin import --mode=csv --database=book.db --nodes 实体表的绝对路径 --relationships 关系表的绝对路径，输入自己的csv的路径，如果已经存在会报错： 这时候我们可以将

D:\SoftWares\ProgramMingSoftWare\Neo4J\software\neo4j-community-3.4.5-windows\neo4j-community-3.4.5\data\databases

里的book.db删除掉，如果删除不了，就现在命令行里执行命令"neo4j stop" 再次删除后就可以了，然后再执行导入节点命令:

neo4j-admin import --mode=csv --database=book.db --nodes 实体表的绝对路径 --relationships 关系表的绝对路径。

本文的是上面的一长串，这里就不再贴了，要是读者只有book.csv、peo.csv、peo_book.csv三个表就比较简单。

导入之后的显示： 这里表明导入之后有37个节点（点），75个关系（边），74个属性（也就是上述TYPE内容的数目）。

导入之后记得开启neo4j的服务，即命令"neo4j start"

至此就可以开始在浏览器中显示了！

第五步、浏览器显示

在浏览器中输入：“http://localhost:7474/browser/”，显示如下

2. 节点大小颜色的调整

点击第一排的节点，然后在最底下一排更改颜色和大小，还可以在面板中随意拉动节点调整位置。

六、其他形式知识图谱

至此，整个知识图谱的构建的过程就完成了，本文在再附上几个其他形式的知识图谱以供参考。

1. 新冠疫情的知识图谱

这个知识图谱主要根据一份11页的各国对新冠的研究进展来的，涉及的实体有药物、组织、病毒等；关系为：研究、有作用等。

2. 股票公司知识图谱

这个主要参考"爬虫获取数据并利用neo4j展示同花顺数据"，很遗憾原文链接已不可见。基本流程如下：

七、总结

本文主要介绍了如何利用Neo4j平台构建一个目标知识图谱的过程，主要的难点在于理清楚实体和实体关系之间的联系，其他难点在于bug及时调整，例如一些细节的处理：CSV要UTF-8格式、删除数据库是要先neo4j stop。此外，本文还列出了用爬虫获取结构化数据并显示的案例（很遗憾原文链接失效），在实际中，人工构建数据表太费劲，因此，还是尽量用爬虫或者机器学习的方法处理数据，以便快速构建大规模节点的知识图谱！

知识图谱是个非常复杂的工程，学术上有命名实体识别、实体关系抽取等概念类的研究，也有构建各种领域知识图谱的研究，还有利用知识图谱应用的研究，例如问答系统、推荐系统。其中难点是如何从无结构化的文本中构建出目标的知识图谱，也就是我们提到的模式定义。

一般而言，如何定义良好的实体、关系、属性类别是第一步； 如何抽取出高质量的实例样本是第二步； 如何将知识图谱应用在实际任务中是第三步。

作为刚接触的小白，先从基本概念、基本操作开始！另外，本文撰写时间仓促，有些内容自己也没完全搞清楚，有错漏之处还望指正！