問答系統(tǒng)及其應(yīng)用案例分析

白祎銘

摘要：在進(jìn)行高級(jí)信息的檢索時(shí)較為常用的為問答系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)用戶所需提問的問題進(jìn)行理解并給出答案。本文對(duì)問答系統(tǒng)的定義、發(fā)展背景和發(fā)展歷程進(jìn)行了闡述，之后通過旅游領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域中的兩個(gè)具體案例介紹了問答系統(tǒng)的應(yīng)用情況及構(gòu)建方法，最后分析了問答系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)柎鹣到y(tǒng);知識(shí)圖譜;旅游;軍事科普

1 引言

在日常生活中，人們希望能夠?qū)崟r(shí)、精準(zhǔn)的獲取所需信息。隨著信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為社會(huì)生活的重要組成部分。借助互聯(lián)網(wǎng)，人們可以隨時(shí)隨地進(jìn)行溝通、發(fā)布動(dòng)態(tài)、網(wǎng)上購物等經(jīng)濟(jì)、生活行為。與此同時(shí)，人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上的各種行為也被記錄下來，互聯(lián)網(wǎng)上的信息隨之呈井噴式增長(zhǎng)。如何從這些海量信息中獲取用戶需要的內(nèi)容，解決信息過載問題是當(dāng)前信息檢索領(lǐng)域面臨的難題。為了將信息、知識(shí)精準(zhǔn)地推送給用戶，研究者開始設(shè)計(jì)一種高級(jí)信息檢索系統(tǒng)——問答系統(tǒng)（Question Answering System，QA）。問答系統(tǒng)是用戶采用自然語言的形式給出想要檢索的問題，系統(tǒng)通過對(duì)問題進(jìn)行語義理解和解析，進(jìn)而利用知識(shí)庫進(jìn)行查詢、推理得到答案。用通俗的話來講，就是用戶直接輸入想問的問題，機(jī)器通過運(yùn)算將準(zhǔn)確的答案用自然的語言反饋給用戶[1]。

問答系統(tǒng)能夠用自然的語言，簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確地回答用戶所提出的問題，其在人工智能領(lǐng)域備受關(guān)注，同時(shí)具有廣泛的發(fā)展前景。目前，問答系統(tǒng)已在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了初步運(yùn)用并得到了廣泛關(guān)注。在淘寶、京東等電子商務(wù)平臺(tái)，已經(jīng)廣泛使用了智能客服機(jī)器人，智能客服能夠快速處理客戶的問題，這些問題主要是一些簡(jiǎn)單、重復(fù)性的問題。相比傳統(tǒng)的人工客服，智能客服的成本較低，且能夠24小時(shí)不間斷工作。聊天機(jī)器人是問答系統(tǒng)的升級(jí)，其不僅可以回答用戶的問題，還能與用戶進(jìn)行人性化對(duì)交流，仿佛是用戶的一個(gè)好朋友。當(dāng)前，聊天機(jī)器人在商業(yè)領(lǐng)域很常見，如蘋果公司推出的移動(dòng)個(gè)人助理Siri，阿里巴巴的聊天機(jī)器人等。本文將對(duì)問答系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為其未來發(fā)展提供借鑒。

2 問答系統(tǒng)的發(fā)展歷程

1950年，英國數(shù)學(xué)家圖靈在其論文中提出并研究了一個(gè)十分有意思的問題，即測(cè)試機(jī)器是否具有智能，并提出了判定機(jī)器能否思考的方法——圖靈測(cè)試。其測(cè)試內(nèi)容為：房間1中有測(cè)試人員，房間2中有一名人類和一臺(tái)機(jī)器，被測(cè)人與房間2中的兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行對(duì)話，若測(cè)試人員無法對(duì)房間2中的對(duì)象做出屬性判斷，那么可以初步判定該機(jī)器具有智能性。

1966年，Weizenbaum設(shè)計(jì)了第一個(gè)公認(rèn)的問答系統(tǒng)，其名為“Eliza”。Eliza被設(shè)計(jì)為一個(gè)心理學(xué)專家，采用啟發(fā)式心理療法，能夠與患者進(jìn)行對(duì)話。其原理是通過提出問題，引導(dǎo)病人說出心里的不適，從而達(dá)到治療的效果。1970年，耶魯大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室研制出一套閱讀理解系統(tǒng)，該系統(tǒng)名為Sam。Sam的能力受限于其預(yù)先準(zhǔn)備的問題及答案腳本，當(dāng)腳本未準(zhǔn)備好時(shí)，系統(tǒng)將無法工作。

在1990年，傳統(tǒng)模式的問答系統(tǒng)主要依靠于文檔集，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今的系統(tǒng)基礎(chǔ)也發(fā)展為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，但此時(shí)面向Web開放域的問答系統(tǒng)其回答的正確率與精準(zhǔn)性較低，用戶體驗(yàn)不佳。近年來，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在自然語言處理領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多，而基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的問答系統(tǒng)其系統(tǒng)性能往往更好，也是目前研究的熱點(diǎn)。

目前國內(nèi)的企業(yè)與研究團(tuán)體也推出了許多問答系統(tǒng)，如在電子商務(wù)平臺(tái)——淘寶上廣泛應(yīng)用的智能客服、百度公司推出的小度機(jī)器人、知識(shí)問答社區(qū)——知乎的智能回答等。由于中文區(qū)別于英文沒有天然的分詞，其在問題理解方面相比英文難度較大[2]，此外，國內(nèi)在自然語言處理領(lǐng)域起步較晚，技術(shù)相對(duì)薄弱。因此，相比國外的研究水平，國內(nèi)還存在一定的差距。

3 問答系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1旅游問答

隨著人民生活狀況不斷改善，越來越多的人們會(huì)在休閑時(shí)間選擇旅游來放松心情、增長(zhǎng)見識(shí)。而到一個(gè)旅游景點(diǎn)時(shí)就不免要在去之前對(duì)它背后的歷史、文化知識(shí)進(jìn)行了解。在現(xiàn)今所使用的大多搜索工具幾乎都是在用戶進(jìn)行搜索后根據(jù)所輸入關(guān)鍵詞呈現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)頁，這樣的方式會(huì)造成答案片面化的情況。況且有的景點(diǎn)背后存在著許多與之相關(guān)的事件、人物。因此，如果在旅游領(lǐng)域引入問答系統(tǒng)將為游客進(jìn)行路線制定、相關(guān)知識(shí)科普帶來極大的便利。

針對(duì)“靖江王府”相關(guān)的文化知識(shí)，桂林電子科技大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一套問答系統(tǒng)[3]。這一問答系統(tǒng)是基于知識(shí)圖譜的，系統(tǒng)的構(gòu)建分為三步：知識(shí)圖譜構(gòu)建、問句分析、答案生成。

第一步，信息獲取。研究人員首先用網(wǎng)絡(luò)爬蟲自動(dòng)獲取景點(diǎn)基本信息以及真實(shí)的用戶問答內(nèi)容，解析相關(guān)內(nèi)容，之后將提取的有用信息保存到知識(shí)庫中，接著再查閱相關(guān)歷史文獻(xiàn)完善知識(shí)庫。然后構(gòu)建知識(shí)圖譜，知識(shí)圖譜是將知識(shí)點(diǎn)以及它們之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)化、可視化，知識(shí)圖譜的構(gòu)建能夠?qū)ο嚓P(guān)的概念進(jìn)行精確描述，為后續(xù)的問答生成提供知識(shí)基礎(chǔ)。

第二步，問句分析。首先進(jìn)行問句分詞，這是將中文自然語言轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化語言的基礎(chǔ)模塊。然后進(jìn)行同類詞替換，需要預(yù)先構(gòu)建一個(gè)同類詞詞典，使問句中的語義詞統(tǒng)一為一個(gè)表達(dá)方式，減少由于用戶語言習(xí)慣帶來的差異，從而提高查詢準(zhǔn)確率。最后是很重要的一步——問句相似度計(jì)算。通過計(jì)算用戶輸入部分與模板相似度能讓返回的答案更加快速、準(zhǔn)確。

第三步生成答案。在這個(gè)系統(tǒng)中使用的是多策略檢索方式，在生成答案前進(jìn)行相似度計(jì)算將問題與知識(shí)庫中模板進(jìn)行比對(duì)。如匹配則直接返回問答對(duì)模板中的答案。不匹配就在知識(shí)圖譜中查詢生成答案。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括三個(gè)部分：獲取和整理網(wǎng)絡(luò)信息的數(shù)據(jù)獲取與存儲(chǔ)模塊、處理輸入輸出語言的問答模塊、通過簡(jiǎn)潔的界面幫助用戶獲取信息的人機(jī)交互模塊。研究人員最終進(jìn)行調(diào)試與運(yùn)行證明了該設(shè)計(jì)是可行的。

可以看到基于知識(shí)圖譜的問答系統(tǒng)很好地解決了游客關(guān)于旅游景點(diǎn)的問題，兼具準(zhǔn)確性與速度。下一步只需擴(kuò)增它的知識(shí)圖譜及知識(shí)庫就可以應(yīng)對(duì)更多用戶問題。

3.2 軍事科普問答

軍事科普領(lǐng)域需要的問答系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性以及專業(yè)性并且往往需要通過深度推理準(zhǔn)確理解問題和生成答案。傳統(tǒng)的瀏覽器及開放領(lǐng)域問答系統(tǒng)都無法滿足需求，前者準(zhǔn)確性不高，后者則缺乏開放知識(shí)源。同時(shí)由于軍事類的特殊性，問題的形式遠(yuǎn)少于開放域問題。那么問答系統(tǒng)的構(gòu)建難點(diǎn)就落在了構(gòu)建知識(shí)圖譜以及推理求解的過程上。

竇小強(qiáng)等[4]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于軍事知識(shí)的智能科普問答系統(tǒng)。該系統(tǒng)的構(gòu)建最重要的兩步就是相關(guān)軍事知識(shí)圖譜的構(gòu)建以及問答系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

第一步構(gòu)建軍事知識(shí)圖譜。首先要解決知識(shí)來源不統(tǒng)一帶來的模式層不同的問題。文中通過建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模式層分類體系，自動(dòng)轉(zhuǎn)化的模式層通過語言學(xué)判定上下位、類屬、并列等關(guān)系建立聯(lián)系，達(dá)成語義上的統(tǒng)一。由于圖數(shù)據(jù)庫與查詢比文件查詢?cè)诖髷?shù)據(jù)面前更加高效，不僅能節(jié)省時(shí)間而且可以為以后數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，因此系統(tǒng)采用圖數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)相關(guān)的知識(shí)。將每個(gè)知識(shí)圖譜上的邊和點(diǎn)對(duì)應(yīng)到圖數(shù)據(jù)庫上，不僅能體現(xiàn)高效性與可操作性，同時(shí)使得語義信息得以完整保存。圖數(shù)據(jù)庫建好之后，調(diào)用知識(shí)圖譜時(shí)只需要使用圖數(shù)據(jù)庫的查詢語句即可。

第二步就是設(shè)計(jì)問答系統(tǒng)整體架構(gòu)。同旅游業(yè)中介紹的問答系統(tǒng)類似，由問題理解、問題求解和答案生成三個(gè)模塊組成。在問題求解過程，系統(tǒng)將問題進(jìn)行分類處理：第一類是直接輸出查詢結(jié)果就可以的;第二類是基于查詢結(jié)果進(jìn)行邏輯推理得出答案;第三類是基于推理得到模糊答案的問題。這樣針對(duì)每類問題都可求解。

該系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了幾類問題的自動(dòng)回答，可支持部分交互應(yīng)答，并將蘊(yùn)含查詢結(jié)果的知識(shí)圖譜可視化。該系統(tǒng)利用多種來源的知識(shí)，生成知識(shí)圖譜，經(jīng)過問題理解、查詢后返回答案。對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的問答系統(tǒng)的構(gòu)建具有一定指導(dǎo)性。在這個(gè)系統(tǒng)的處理用戶提問中的處理方式讓人眼前一亮，比如在用戶提問的答案有好幾種結(jié)果時(shí)會(huì)將多個(gè)答案用自然語言返回給用戶，從而進(jìn)一步縮小答案范圍，更加便利。

4 結(jié)語

目前來看，小范圍特定領(lǐng)域應(yīng)用基于知識(shí)圖譜的問答系統(tǒng)可以更加高效、結(jié)果更加準(zhǔn)確，但是仍有一些缺陷：難以十分精準(zhǔn)地理解自然語言，以及知識(shí)圖譜建構(gòu)方面的成本、準(zhǔn)確性問題。構(gòu)建一個(gè)規(guī)模稍大的知識(shí)圖譜，首先要提取數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)樣本，由業(yè)內(nèi)專家標(biāo)注它們之間的關(guān)系，之后進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)的標(biāo)注。這個(gè)過程需要投入不少人力，比如：自然語言學(xué)習(xí)師、大數(shù)據(jù)工程師。動(dòng)輒幾百萬的造價(jià)使得問答系統(tǒng)的普及較為困難[5]。

自然語言的問句理解是問答系統(tǒng)構(gòu)建的瓶頸問題。問句理解是要將用戶的問題轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠理解的形式。由于用戶的自然語言表述受到個(gè)體語言習(xí)慣、文化等的影響，是不斷發(fā)展變化的。其不僅僅是問答系統(tǒng)面臨的難題，也是人工智能領(lǐng)域所需要解決的最核心的難題之一。

此外，答案的生成也是問答系統(tǒng)面臨的難題。目前，基于知識(shí)圖譜的問答系統(tǒng)發(fā)展迅速，但如何從知識(shí)圖譜中推理生成準(zhǔn)確的答案仍然面臨許多挑戰(zhàn)。目前的問答系統(tǒng)僅能處理簡(jiǎn)單問題，對(duì)于一些復(fù)雜的問題的回答還面臨許多技術(shù)難題。

當(dāng)上述問答系統(tǒng)面臨的技術(shù)、成本問題得到緩解甚至解決時(shí)，問答系統(tǒng)的便捷以及準(zhǔn)確性就會(huì)凸顯出來，其應(yīng)用的范圍也會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。雖然問題系統(tǒng)的發(fā)展面臨許多困難與挑戰(zhàn)，但其未來的發(fā)展前景是廣闊的。

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