NVIDIA发布Kumo Relational关系型基础模型，无需训练即可预测

内容摘要

NVIDIA Kumo Relational 是一个预训练的关系基础模型，可直接在企业数据库上进行预测。给定一个预测查询，它会收集多达 10,000 条历史样本作为上下文，并在一次前向传播中预测流失、需求或欺诈等结果。它无需针对特定任务进行训练，无需特征工程，也无需将数据表展平。Kumo Relational 是首个在常见关系基准上超越监督式机器学习的小样本基础模型。在 15 个数据库的 41 项任务中，它击败了监督式关系深度学习模型和由专家设计的梯度提升树流水线；在 SAP SALT 企业基准上，其平均倒数排名（MRR）比 AutoGluon 集成模型高出 8%。它可扩展到超过 5000 亿行的数据库，既可供人类使用，也可供智能体使用，可通过 NVIDIA 开源的、GPU 原生的结构化数据模型库或作为 NVIDIA NIM 使用。

论文： https://arxiv.org/abs/2604.12596
文档： https://docs.nvidia.com/sdgm/rfm/overview

向结构化数据基础模型的转变

基础模型已经改写了语言和视觉领域的规则。不久前，生产级 NLP 还意味着每个任务都要有一个专用模型，每个模型都由各自的分词、词形还原和 n-gram 流水线提供输入。LLM 在很大程度上使这套技术栈过时，原因有三：它们比最好的任务专用模型更准确，部署到生产环境要简单得多，并且足够灵活，足以开启智能体应用的新时代。

同样的转变如今正在结构化数据领域发生。关系数据库支撑着世界上最重要的业务决策，但在其上构建预测模型仍然需要数周的特征工程、针对特定任务的训练以及调优过的流水线。结构化数据基础模型出于同样的三个原因改变了这一局面：

如今更高的准确率：作为可直接替换的方案，这些模型已经超越了众多生产流水线，尤其是 XGBoost。在 RelBench V1 分类任务上，Kumo Relational 在专家设计的特征上比梯度提升树平均高出近 4 个 AUROC 百分点。在 SAP SALT 上，它在工程化特征上开箱即比 XGBoost 高出 7 个 MRR 百分点，微调后高出 13 个 MRR 百分点。这些结果有力地支持了用 Kumo Relational 替换生产环境中的 XGBoost 流水线。

简洁与敏捷：一个预训练模型即可取代针对各个任务的独立流水线。新的预测变成一次查询，而非一个项目，因此 ML 团队终于能够在组织的各个层级承接那些传统 ML 因过于繁琐而难以构建的用例。

能够预测的智能体：LLM 让智能体能够读取、写入和推理。结构化数据基础模型则让它们能够预判接下来会发生什么，例如哪位客户会流失，并据此采取行动。Kumo Relational 在设计上已经可供智能体调用，其预测查询语言（PQL）为智能体提供了一个简单的接口来提出预测性问题。

今天，我们推出 Kumo Relational（论文、文档），这是一个预训练基础模型，将这一范式带到了关系数据领域。连接数据库，描述要预测的内容，即可在一次前向传播中获得预测结果。无需训练。

Kumo Relational 的工作原理

大多数面向结构化数据的基础模型都只处理单张扁平表。而现实世界的数据存在于关系型数据库中：用户与订单相连，订单与产品相连，且都在随时间不断演化。通过人工聚合（例如“过去 30 天的平均订单金额”）把这些关系压平成一行，会丢失细粒度的结构信号，并且需要投入大量人力。

Kumo Relational 是一个关系型基础模型，它直接作用于数据库，遵循其表、外键和时间戳的结构。它先在反映真实数据集的合成关系数据上完成一次预训练，然后通过上下文学习适配每个新任务，在推理时最多可读取 10,000 个上下文示例。每个示例都将某个实体在某一时间点附近的局部子图与其真实标签配对（例如“该用户流失了”或“该商品售出 142 件”）。

![NVIDIA Kumo Relational 系统概览：(a) 数据库集成，(b) 将自然语言转换为预测查询的提示界面，(c) 自动生成上下文并输入 NVIDIA Kumo Relational 模型，该模型可跨租户水平扩展。]

图 1. Kumo Relational 系统概览。连接数据库，指定预测查询，其余工作——从上下文生成到模型推理——均由 Kumo Relational 处理。

为了做出预测，Kumo Relational 必须完成三件事：(1) 理解每张表中的值，(2) 关联跨表的记录，(3) 将带有已知标签的上下文示例与待预测实体关联起来。其工作方式如下：

![Kumo Relational 架构：(a) 包含任务、用户、订单和商品表的上下文输入；(b) 表内注入上下文标签后的列注意力和行注意力；(c) 跨表的图注意力和跨样本注意力。]

图 2. Kumo Relational 架构：(a) 上下文输入，(b) 表内推理，(c) 跨表推理。

自动上下文生成：任务使用 Predictive Query Language (PQL) 编写，这是一种声明式接口，你只需说明要预测什么，而无需说明如何预测。对于时序任务，Kumo Relational 会重放历史数据库状态：它采样以实体为中心、截至某个锚点时间戳的子图，并根据该时间戳之后的事件计算每个标签，同时只向模型提供该时间戳之前的数据。这可以防止数据泄漏。

表内推理：一个轻量级网络独立处理每张表，交替进行列注意力（关联同一列内的值）和行注意力（关联同一行内的特征）。模型会学习哪些列和行对当前预测重要，并在噪声传播之前将其过滤掉。

跨表推理：一个更大的网络通过在主键/外键关系上的图注意力，将行嵌入分布到关系结构中，并与跨上下文示例的跨样本注意力交错进行。关系推理就发生在这里，例如将用户的个人资料与其交易历史关联起来。由于此阶段处理的是行嵌入，而不是每张表中的每个单元格，该设计避免了二次方开销，并可扩展到大规模上下文和更深的子图。

Kumo Relational 是如何构建的

Kumo Relational 完全基于合成关系数据进行预训练，这些数据经过模拟以反映真实世界中的关系型数据库及其多样化的预测查询。预训练分阶段进行，从单表逐步过渡到日益复杂的关系结构。

预训练所需的多样化关系型数据库很少公开，因此合成数据填补了这一空缺。Kumo Relational 的生成器建立在 PluRel（Kothapalli 等，ICML 2026）的方法之上，该方法将单表数据生成器扩展到完整的关系型数据库。Kumo 团队的部分成员参与开发了 PluRel，并合著了原始论文。PluRel 分三个阶段生成每个数据库：模式（schema）、行之间的外键链接（其聚类方式与真实数据中一致），以及来自结构因果模型的列值（带有时间趋势和跨表依赖关系）。生成过程轻量，因此预训练数据实际上是无限的；PluRel 论文表明，随着合成数据库的增加，预训练损失遵循幂律，且增益可迁移到真实数据库。

通过这种预训练，模型学会了跨表过滤、关联和聚合信息，而不是依赖固定的聚合方式。当需要最高准确率时，Kumo Relational 还可以针对特定数据集和任务进行微调。

性能

在本文中，我们在来自 RelBench V1 和 V2、SAP SALT 以及 4DBInfer 的 15 个关系型数据库的 41 个基准上评估了 Kumo Relational，涵盖电子商务、医疗、企业、社交和学术领域。这些数据集均未在预训练中出现过。Kumo Relational 在分类和回归任务上均优于最强的监督模型，包括关系深度学习模型和专家工程化的表格集成模型。在比较 RelBench V1 上关系模型与系统的 RelArena-α 排行榜上，它开箱即处于准确率-效率帕累托前沿：

![RelArena-α 排行榜散点图：跨任务的相对准确率（以 Elo 表示，y 轴）与每 1,000 个样本的中位推理时间（x 轴，对数刻度）。Kumo Relational 位于帕累托前沿，耗时约 17 秒，Elo 为 1,842。得分最高的条目 rt-plurel 在约 7,300 秒时达到 Elo 1,878，大约慢 430 倍。其他所有基础模型、特征工程系统和监督模型的得分都更低，运行速度也比 Kumo Relational 慢。]

图 3. RelArena-α 排行榜：跨任务的 Elo 与每 1,000 个样本的中位推理时间（对数刻度）。在准确率相近的情况下，Kumo Relational 比得分最高的条目快约 430 倍。

论文还报告称，在 SAP SALT 企业基准上，Kumo Relational 在平均倒数排名（MRR）上比大型 AutoGluon 集成模型高出 8%，比近期的表格基础模型高出约 25%，而微调将其对 AutoGluon 的领先优势扩大到 16%。它在严苛条件下同样表现稳健：仅用 0.2% 的训练数据作为上下文即可表现良好，在最多移除 75% 的外键链接时保持稳定，并且在添加大量噪声列时几乎不出现性能下降。

局限性

Kumo Relational 在处理具有有意义关系和时间动态的数据（例如随时间变化的用户行为）时表现最佳。在训练集非常大的任务上，特定任务的监督模型可能仍会胜过上下文预测，而在我们的基准测试中，上下文预测最多使用了 10,000 个上下文示例。对基础模型进行微调正是为此类情况而设计。预测信号也必须在有限跳数内可达，因此应首先针对少数相关表进行聚焦查询，再按需扩展图。

演示

Kumo Relational 原生在数据库上运行上下文学习：可在内存中运行，通过数据库和数仓连接器运行，或通过自定义图引擎运行，该引擎借助内存映射 I/O 以最高 5 GB/s 的速度处理 500B+ 行数据。它已在 NVIDIA 最新发布的 GPU 原生结构化数据模型库中提供，该开源库同样为我们的姊妹模型 Kumo Tabular 提供支持。该库在首次使用时会从 Hugging Face Hub 下载权重，因此你可以在配备 GPU 的 notebook 中加载模型并直接进行预测。下面的代码将上下文示例、预测实体及其相关表传给模型：

# pip install structured-data-models
import sdm

model = sdm.models.KumoRelational(device="cuda")
pred = model(
    # In-context training table (fkeys/timestamps/targets):
    x_context=...,
    y_context=...,
    # Prediction examples (fkeys/timestamps):
    x_query=...,
    # Multi-table information for context/prediction entities:
    related_context_tables=...,
    related_query_tables=...,
)

请参阅该库的关系型示例，了解完整的 RelBench 和 SAP SALT 流水线，包括如何对每个实体的相关表进行采样。

若要将模型作为独立服务运行，可将其部署为 NVIDIA NIM，并在 notebook 中将开源 structured-data-models-client 指向该服务。你用 PQL 编写预测，客户端会收集上下文示例和相关表，然后发送请求：

# pip install 'structured-data-models-client[relational]'
import sdm_client

client = sdm_client.SDMClient(url="http://localhost:8001")  # NIM URL
query = sdm_client.PredictiveQuery(
    # Prediction task in Predictive Query Language (PQL):
    "PREDICT COUNT(orders.*, 0, 30, days) FOR EACH users.user_id",
    # Multi-table data as pandas DataFrames (keys/links inferred):
    {"users": ..., "orders": ...},
)
pred = client.predict(
    # Context examples and related tables for the entities to predict:
    query.materialize(indices=[1, 2, 3]),
    model=sdm_client.KumoRelational(),
)

请参阅该客户端的示例 notebook，了解针对本地 NIM 和在 Databricks 上的端到端运行。

开始使用 NVIDIA Kumo Relational 构建

NVIDIA Kumo Relational 现已可用。阅读研究论文、探索快速入门 notebook，或开始在你自己的数据上进行预测。代码以 Apache 2.0 许可证发布，模型权重以 OpenMDW 许可证协议 1.1 版发布。NVIDIA 认为可信 AI 是一项共同责任，我们已制定相关政策和实践，以支持面向广泛 AI 应用的开发。在按照我们的服务条款下载或使用本模型时，开发者应与提供支持的模型团队合作，确保本模型满足相关行业和使用场景的要求，并应对不可预见的产品误用。请在此处报告模型质量、风险、安全漏洞或 NVIDIA AI 相关问题。

论文： https://arxiv.org/abs/2604.12596
文档： https://docs.nvidia.com/sdgm/rfm/overview
代码： https://github.com/NVIDIA/structured-data-models
PyPI： https://pypi.org/project/structured-data-models/
客户端代码： https://github.com/NVIDIA/structured-data-models-client
客户端 PyPI： https://pypi.org/project/structured-data-models-client/
权重： https://huggingface.co/nvidia/Kumo-Relational
快速入门 notebook： https://github.com/NVIDIA/structured-data-models-client/blob/main/examples/local/relational.ipynb
相关研究： 预测查询语言 (PQL)、PluRel、Kumo Tabular

致谢

我们感谢整个 Kumo 团队给予的宝贵支持。特别感谢 Josh Przybylko、Adi Wadaskar、Hema Raghavan、Manush Murali、Raja Rao DV、Keti Jovanovska、Zack Drach、Vanja Josifovski、Myungwhan Kim、Blaž Stojanovič、Siyang Xie、Alan Krumholz、Effy Fang、Abdullah Al-chihabi、Disha Dubey、Devan Johnson、Joseph Oliveira、Angela Liu、Miha Pelko、Vedaant Jain、Sally Liu、Aleksandar S. Sokolovski、Alex Porter 和 Ramona Bendias。