Retrieval-Augmented Generation (RAG) enhances the response quality and domain-specific performance of large language models (LLMs) by incorporating external knowledge to combat hallucinations. In recent research, graph structures have been integrated into RAG to enhance the capture of semantic relations between entities. However, it primarily focuses on low-order pairwise entity relations, limiting the high-order associations among multiple entities. Hypergraph-enhanced approaches address this limitation by modeling multi-entity interactions via hyperedges, but they are typically constrained to inter-chunk entity-level representations, overlooking the global thematic organization and alignment across chunks. Drawing inspiration from the top-down cognitive process of human reasoning, we propose a theme-aligned dual-hypergraph RAG framework (Cog-RAG) that uses a theme hypergraph to capture inter-chunk thematic structure and an entity hypergraph to model high-order semantic relations. Furthermore, we design a cognitive-inspired two-stage retrieval strategy that first activates query-relevant thematic content from the theme hypergraph, and then guides fine-grained recall and diffusion in the entity hypergraph, achieving semantic alignment and consistent generation from global themes to local details. Our extensive experiments demonstrate that Cog-RAG significantly outperforms existing state-of-the-art baseline approaches.


翻译:检索增强生成(RAG)通过引入外部知识来对抗幻觉,从而提升大语言模型(LLM)的响应质量与领域特定性能。近期研究中,图结构被整合进RAG以增强对实体间语义关系的捕捉。然而,现有方法主要关注低阶的成对实体关系,限制了多实体间的高阶关联。超图增强方法通过超边建模多实体交互以解决此局限,但通常局限于块间实体级表示,忽视了跨文本块的全局主题组织与对齐。受人类推理中自上而下认知过程的启发,我们提出一种主题对齐的双超图RAG框架(Cog-RAG),该框架使用主题超图捕捉块间主题结构,并利用实体超图建模高阶语义关系。此外,我们设计了一种认知启发的两阶段检索策略:首先从主题超图中激活查询相关的主题内容,进而引导在实体超图中进行细粒度召回与扩散,实现从全局主题到局部细节的语义对齐与连贯生成。大量实验表明,Cog-RAG显著优于现有最先进的基线方法。

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