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学知识图谱,你得会Python!史上最通俗易懂系列(七)

  • 2026-09-12 14:17:30
学知识图谱,你得会Python!史上最通俗易懂系列(七)

“Life is short, you need Python. —— Bruce Eckel。”

前面一篇文章,我们已经学习了如何把文件中的内容读进Python,也尝试着把一个文本文件中的三元组,一行一行地拆开,再保存成列表、元组,或者对象。

这其实已经很接近真实的数据处理过程了。

不过,在实际学习和研究知识图谱的时候,我们会慢慢发现,数据并不总是像这样规规矩矩地保存在 .txt 文件里。很多时候,它可能会是下面这些样子:

  • 保存成 json 文件;

  • 保存成表格形式的数据;

  • 有很多列,需要筛选和统计;

  • 需要把实体、关系、文本说明放在一起处理。

这个时候,如果我们还是完全依靠最基础的列表、字典、循环,当然也不是不行,只是写起来会稍微费一点力气。

所以,这一篇,我们来认识两个很常用的工具:

json

pandas

先提前说一句,请不要被这两个名字吓到。尤其是 pandas,虽然名字看起来像“熊猫”,但它其实是Python里一个处理表格数据非常常用的工具包。后面你做知识图谱的数据整理、统计、清洗,常常都绕不开它。

我们还是慢慢来。

01

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JSON:它其实就是“长得像字典的数据”

我们先来看一段内容:

{    "name": "曹雪芹",    "type": "人物",    "book": "红楼梦"}

你第一眼看过去,会不会觉得它有点眼熟?

没错,它长得很像我们之前学过的字典:

entity = {    "name": "曹雪芹",    "type": "人物",    "book": "红楼梦"}

确实非常像。

所以,对于初学者来说,我们可以先这样理解:

JSON 看起来很像字典,是一种专门用来保存和交换数据的格式。

在知识图谱里面,JSON很常见。因为一个实体,往往不只有一个名字,它还可能有很多属性。比如:

  • 名字

  • 类型

  • 出生年份

  • 国籍

  • 代表作品

如果把这些信息放在一起,JSON就会比较自然。

比如:

{    "name": "鲁迅",    "type": "人物",    "birth_year": 1881,    "works": ["狂人日记", "阿Q正传"]}

这就已经很像一个实体的属性描述了。

02

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Python里怎么处理JSON?

在Python中,要处理JSON,我们通常要先导入一个工具包:

import json

这里的 import,你可以先理解成:

把Python里已经准备好的一个工具请过来用。

这个工具的名字就叫 json。

我们先看第一种情况:如果现在手里已经有一个Python字典,想把它变成JSON格式的字符串,可以这样写:

import jsonentity = {    "name": "鲁迅",    "type": "人物",    "works": ["狂人日记", "阿Q正传"]}json_text = json.dumps(entity, ensure_ascii=False)print(json_text)

这里最值得注意的是 json.dumps()。

这个名字第一次看会有点奇怪,不过不用太在意它为什么叫这个名字。我们先记住它的作用就行:

json.dumps() 可以把Python中的字典、列表这些数据,转换成JSON格式的字符串。

为什么这里说是“字符串”呢?

因为打印出来以后,你看到的是:

{"name": "鲁迅", "type": "人物", "works": ["狂人日记", "阿Q正传"]}

它看起来像字典,但本质上已经是一段文本了。

这里还有个参数:

ensure_ascii=False

这个参数的作用是:让中文正常显示。否则中文有时候会变成一串不太直观的编码。所以只要涉及中文,通常都建议写上。

反过来,如果我们已经有一段JSON格式的字符串,想把它变回Python字典,可以这样写:

import jsonjson_text = '{"name": "鲁迅", "type": "人物"}'entity = json.loads(json_text)print(entity)print(entity["name"])

这里的 json.loads(),作用和刚才相反:

它会把JSON格式的字符串,变回Python里的字典或列表。

所以这一步之后,entity 就又变成了一个字典,我们就可以像以前一样,用 entity["name"] 去取值。

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从JSON文件里读取数据

前一篇我们学过读文本文件,这里我们继续往前走一步:读取JSON文件。

假设现在有一个文件,名字叫 entity.json,内容是这样的:

{    "name": "北京大学",    "type": "学校",    "location": "北京"}

那么在Python里,可以这样读取:

import jsonwith open("entity.json", "r", encoding="utf-8") as file:    data = json.load(file)print(data)print(data["name"])

这里要注意,刚才我们用过的是json.loads(),而这里变成了json.load()。

它们很像,但场景稍微有点不一样:

  • json.loads():处理的是“字符串”

  • json.load():处理的是“文件”

现在没有必要记住,只要先有个印象就可以。以后用多了,自然会熟悉。

如果还想把数据再写回JSON文件,可以这样:

import jsonentity = {    "name": "北京大学",    "type": "学校",    "location": "北京"}with open("output.json", "w", encoding="utf-8") as file:    json.dump(entity, file, ensure_ascii=False, indent=4)

这里的json.dump() 和前面的json.dumps() 也很像:

  • dumps 是转成字符串

  • dump 是直接写进文件

参数 indent=4 的意思是:让输出结果更整齐一些,更方便阅读。你可以把它理解成“自动帮我们排版”。

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为什么JSON在知识图谱里很常见?

这一点其实不难理解。

因为知识图谱里,一个实体通常不只是一个名字,它会有很多属性。比如我们想表示一个人物实体,就可以写成:

{    "name": "曹雪芹",    "type": "人物",    "dynasty": "清代",    "works": ["红楼梦"]}

如果想表示一个学校实体,也可以写成:

{    "name": "清华大学",    "type": "学校",    "location": "北京",    "founded": 1911}

你会发现,JSON特别适合表示这种“一个对象,带着很多属性”的数据。

所以,在做知识图谱的数据准备时,常常会看到这样的场景:

  • 原始文本中抽取出实体

  • 把实体及其属性保存成JSON

  • 再进一步处理、筛选、入库

换句话说,JSON在这里有点像“实体信息的小仓库”。

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pandas:处理表格数据的好帮手

如果说JSON更适合表示“一个对象有很多属性”,那么 pandas 更擅长处理“很多行很多列的数据”。

比如这样一张表:

head

relation

tail

曹雪芹

作者

红楼梦

鲁迅

作者

狂人日记

北京大学

位于

北京

这其实就是一个非常典型的知识图谱三元组表。

如果用最基础的Python,我们当然也能处理。比如一行一行读文件,再拆成列表,再循环统计。

不过,如果这样的数据越来越多,列越来越多,比如还带上:

  • 实体类型

  • 来源文本

  • 置信度

  • 标注人员

那么用 pandas 处理起来,就会方便很多。

如果你用的是Anaconda,通常已经自带了 pandas。如果没有,也可以安装。

不过这一篇里,我们先不展开安装细节,只先看怎么使用。

导入方式很常见:

import pandas as pd

这里的 as pd 是什么意思呢?

可以理解为:给 pandas 起一个更短的别名,叫 pd。

因为后面经常要写它,写成 pd 会方便一些。

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用pandas创建一个简单的表格

我们直接用Python里的字典,来创建一个表格试试看:

import pandas as pddata = {    "head": ["曹雪芹", "鲁迅", "北京大学"],    "relation": ["作者", "作者", "位于"],    "tail": ["红楼梦", "狂人日记", "北京"]}df = pd.DataFrame(data)print(df)

这里的 DataFrame,可以先理解成:

pandas 中最核心的一种数据结构,就是“表格”。

所以 df 就是一张表。

运行之后,大概会看到:

   head relation   tail0   曹雪芹      作者    红楼梦1    鲁迅      作者   狂人日记2  北京大学      位于      北京

是不是很像Excel表格?

确实可以这样理解。对于初学者来说,DataFrame 就可以先看成“Python里的表格”。

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从文件里读取表格

前面我们手动创建了一张表。更常见的情况当然还是从文件中读取。

比如有一个文件 triples.csv,内容如下:

head,relation,tail曹雪芹,作者,红楼梦鲁迅,作者,狂人日记北京大学,位于,北京

那么可以这样读取:

import pandas as pddf = pd.read_csv("triples.csv", encoding="utf-8")print(df)

这里的 read_csv(),顾名思义,就是读取CSV文件。

CSV可以理解成“用逗号分隔的表格文件”。它很常见,也很适合保存结构化数据。

以后你看到一些知识图谱数据集,很多都会是CSV格式,或者至少能整理成CSV格式。

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先看看表格里有什么

把表格读进来之后,我们通常不会立刻做复杂操作,而是先看一看数据。

比如:

print(df.head())

这里的 head(),不是“实体头节点”的那个head,而是一个方法名,意思是:

显示前几行数据。

默认显示前5行。

这个方法非常常用,因为数据一大,我们不可能每次都把整张表全部打印出来。所以通常先用 head() 看一眼,确认读得对不对。

如果想看表格有多少行、多少列,可以这样:

print(df.shape)

结果可能是:

(3, 3)

这表示:

  • 3行

  • 3列

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选择某一列数据

在知识图谱里,我们常常想单独看某一列,比如只看关系这一列。

可以这样写:

print(df["relation"])

这会把 relation 这一列取出来。

如果想看所有不同的关系类型,可以这样:

print(df["relation"].unique())

unique() 的意思是:去重之后有哪些不同的值。

输出可能是:

['作者''位于']

这个操作就很像知识图谱预处理中常见的一步:先看看关系集合有哪些。

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筛选满足条件的数据

再高级和复杂一点,我们还能筛选满足条件的数据

这也是 pandas 最方便的地方之一。

比如,我们只想看“关系等于作者”的那些三元组,可以这样写:

author_df = df[df["relation"] == "作者"]print(author_df)

这句第一次看会有点绕,不过可以慢慢理解。

里面最核心的是:

df["relation"] == "作者"

这句话会逐行判断:每一行的 relation 是不是“作者”。

然后外面的:

df[ ... ]

就是把判断结果为真的那些行取出来。

最后就得到一个新的表格 author_df。

如果从知识图谱角度理解,这一步就是:

从全部三元组中,筛选出某一种关系对应的子集。

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统计每种关系出现多少次

前一篇我们用字典统计过关系数量。现在用 pandas 可以更直接一些:

print(df["relation"].value_counts())

这里的 value_counts() 可以理解为:

统计这一列中,每个值分别出现了多少次。

输出可能是:

作者    2位于    1Name: relation, dtype: int64

这和我们前面用字典做的事情是一样的,只不过现在写起来更简洁了一些。

所以你会慢慢体会到,pandas 的价值不在于“它能做别人做不到的事”,而在于:很多常见的数据处理任务,它能帮我们更方便地完成。

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增加一列:给实体加上类型

有时候,我们想在原来的表格基础上,再补充一些信息。

比如,对于下面这些三元组:

head

relation

tail

曹雪芹

作者

红楼梦

鲁迅

作者

狂人日记

北京大学

位于

北京

我们也许想给 head 这一列对应的实体,加上一个大致的类型:

  • 曹雪芹 → 人物

  • 鲁迅 → 人物

  • 北京大学 → 学校

一种比较简单的做法是先准备一个字典:

entity_type_dict = {    "曹雪芹": "人物",    "鲁迅": "人物",    "北京大学": "学校"}

然后这样写:

df["head_type"] = df["head"].map(entity_type_dict)print(df)

这里的 map(),你可以先理解成:

按照这个字典,去给这一列中的每个值找对应的结果。

于是,表格中就会多出一列 head_type。

这一类操作,在知识图谱数据整理中很常见,因为我们往往需要把实体名、实体类型、关系等信息放在一起看。

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把处理后的结果保存下来

既然表格已经整理好了,当然也可以再写回文件。

比如:

df.to_csv("new_triples.csv", index=False, encoding="utf-8")

这里的 to_csv() 就是保存成CSV文件。

index=False 的意思是:不要把最前面的行号也保存进去。

因为默认情况下,pandas的表格前面会有一列行号,比如0、1、2……这一列在很多时候只是程序内部用的,不一定是我们真正想保存的数据。

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一个和知识图谱更贴近的小案例

下面我们试着做一个稍微完整一点的小例子。

假设有一个 triples.csv 文件,内容如下:

head,relation,tail曹雪芹,作者,红楼梦鲁迅,作者,狂人日记北京大学,位于,北京清华大学,位于,北京

现在我们想完成三件事情:

1. 读取这份三元组表

2. 统计每种关系的数量

3. 把“位于”关系单独保存成一个新文件

代码可以这样写:

import pandas as pddf = pd.read_csv("triples.csv", encoding="utf-8")print("全部数据:")print(df)print("关系统计:")print(df["relation"].value_counts())location_df = df[df["relation"] == "位于"]location_df.to_csv("location_triples.csv", index=False, encoding="utf-8")

这段代码其实不长,但它已经比较像一个真实的数据处理流程了。

如果换成知识图谱的语境,我们可以理解为:

  • 先把原始三元组数据读进来

  • 再看看关系分布

  • 最后抽取出某一类关系,保存成子数据集

这在后续训练模型、分析数据、构建子图时都很常见。

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小结

这一篇比前面稍微进了一步,因为我们接触了两个很常用的工具:json 和 pandas。

如果简单概括一下:

JSON 更适合做什么?

它更适合表示:

  • 一个实体

  • 一个对象

  • 一条带很多属性的数据

也就是说,它适合“一个东西里面有很多信息”的场景。

pandas 更适合做什么?

它更适合表示:

  • 很多行、很多列的数据

  • 表格型数据

  • 需要筛选、统计、分组、保存的数据

也就是说,它适合“把很多条数据排成表格来处理”的场景。

如果把这两个工具和知识图谱联系起来,可以先这样理解:

  • JSON 更像“实体属性表述”

  • pandas 更像“三元组表格处理”

当然,这样说并不绝对,只是为了帮助初学者先建立一个大概印象。

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作业

假设有这样一个 entities.json 文件:

[    {"name": "曹雪芹", "type": "人物"},    {"name": "鲁迅", "type": "人物"},    {"name": "北京大学", "type": "学校"}]

还有这样一个 triples.csv 文件:

head,relation,tail曹雪芹,作者,红楼梦鲁迅,作者,狂人日记北京大学,位于,北京

试着完成下面两个小任务:

1. 读取 entities.json,打印每个实体的名字和类型

2. 读取 triples.csv,统计 relation 列中每种关系出现的次数

参考写法

第一个任务:

import jsonwith open("entities.json", "r", encoding="utf-8") as file:    entities = json.load(file)for entity in entities:    print(entity["name"])    print(entity["type"])

第二个任务:

import pandas as pddf = pd.read_csv("triples.csv", encoding="utf-8")print(df["relation"].value_counts())

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