基于微信的預(yù)防接種問(wèn)答系統(tǒng)的研發(fā)與探討

陳明華 李文宇 韓明奎 王穎馨 陳 偉

（濰坊市疾病預(yù)防控制中心，山東 濰坊 261061）

當(dāng)前，某市全市疫苗接種兒童數(shù)量139萬(wàn)，全市接種門診共有195個(gè)，預(yù)防接種門診工作人員960余人，工作人員的數(shù)量嚴(yán)重不足，且預(yù)防接種門診的工作量巨大，日常預(yù)防接種的工作任務(wù)繁重，另外每天都有大量的預(yù)防接種咨詢問(wèn)題，工作人員很難及時(shí)接聽(tīng)和回復(fù)，有時(shí)甚至?xí)鹜对V。

該文以微信公眾平臺(tái)為基礎(chǔ)，快速研發(fā)了預(yù)防接種問(wèn)答系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)24 h自動(dòng)回復(fù)預(yù)防接種咨詢問(wèn)題的功能[1-2]。該系統(tǒng)由1名專業(yè)人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其開(kāi)發(fā)周期為27個(gè)工作日，完成了問(wèn)題整理、問(wèn)題邏輯形式整理和映射構(gòu)建語(yǔ)法樹(shù)3項(xiàng)主要工作。問(wèn)答系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，進(jìn)行了為期1周的上線測(cè)試，系統(tǒng)測(cè)試期間平均每天減少了大約680個(gè)咨詢電話。系統(tǒng)能夠減少預(yù)防接種咨詢電話的數(shù)量以及預(yù)防接種接種人員工作量，并且系統(tǒng)開(kāi)發(fā)快速簡(jiǎn)單，不需要過(guò)多的專業(yè)人員參與其中，系統(tǒng)模式也是可以復(fù)制的，可以在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上快速開(kāi)發(fā)針對(duì)傳染病、艾滋病等疾病的問(wèn)答系統(tǒng)，可以在在其他疾控機(jī)構(gòu)推廣該系統(tǒng)，甚至可以在其他部門或是企業(yè)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行推廣，從而達(dá)到提高預(yù)防接種工作效率的目的。

1 對(duì)象與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

該系統(tǒng)的問(wèn)題主要有以下4個(gè)來(lái)源：1） 免疫規(guī)劃科日常預(yù)防接種咨詢問(wèn)題匯總。2） 某市部分預(yù)防接種門診日常群眾咨詢問(wèn)題匯總。3） 百度、360搜索部分防接種問(wèn)題匯總。4） 某省疾控中心預(yù)防接種問(wèn)題庫(kù)。

1.2 開(kāi)發(fā)問(wèn)答系統(tǒng)使用的方法

正常情況下，該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作主要包括語(yǔ)義解析、信息抽取和向量建模3個(gè)部分。由于微信公眾平臺(tái)自帶關(guān)鍵字回復(fù)功能，且該系統(tǒng)的預(yù)防接種咨詢問(wèn)題都有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的答案，因此在開(kāi)發(fā)基于微信公眾平臺(tái)的預(yù)防接種問(wèn)答系統(tǒng)的過(guò)程中，不需要通過(guò)向量抽取和向量建模來(lái)完成問(wèn)題匹配和尋找最佳答案的工作。綜上所述，語(yǔ)義解析是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。語(yǔ)義解析例子，如圖1所示。該系統(tǒng)用經(jīng)典的baseline方法進(jìn)行語(yǔ)義解析，語(yǔ)義解析是將預(yù)防接種咨詢問(wèn)題轉(zhuǎn)化為能夠讓問(wèn)答庫(kù)識(shí)別的問(wèn)題表達(dá)形式，即邏輯形式，而該系統(tǒng)使用Lambda Dependency-Based Compositional Semantics （ Lambda-DCS）邏輯語(yǔ)言對(duì)問(wèn)答庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程及結(jié)果

2.1 使用問(wèn)答系統(tǒng)的總體流程

問(wèn)答系統(tǒng)（Question Answering System，QA）是人工智能和自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域中倍受關(guān)注且具有廣闊發(fā)展前景的研究?jī)?nèi)容[3]。該問(wèn)答系統(tǒng)以微信公眾平臺(tái)為基礎(chǔ)，使用大數(shù)據(jù)、人工智能以及互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)手段[4]，實(shí)現(xiàn)了24 h自動(dòng)回復(fù)咨詢預(yù)防接種問(wèn)題的功能。總體流程包括以下4個(gè)步驟：1） 群眾提出問(wèn)題。2） 問(wèn)答系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)義解析。3） 判斷是否建立詞匯映射。4） 映射匹配成功自動(dòng)回復(fù)，否則轉(zhuǎn)人工電話。為了進(jìn)一步完善系統(tǒng)，研究人員考慮在問(wèn)答系統(tǒng)上線后，定期整理問(wèn)答系統(tǒng)的問(wèn)答記錄和人工電話的咨詢記錄，并將這些咨詢問(wèn)題補(bǔ)充到問(wèn)題庫(kù)中，從而讓系統(tǒng)更加完善，如圖2所示。

2.2 問(wèn)答系統(tǒng)研發(fā)主要過(guò)程

微信公眾平臺(tái)自帶關(guān)鍵字回復(fù)功能，且預(yù)防接種問(wèn)題都有標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的答案，不需要通過(guò)向量抽取和向量建模來(lái)完成問(wèn)題匹配和尋找最佳答案的工作，因此該系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵步驟是要對(duì)預(yù)防接種咨詢問(wèn)題進(jìn)行解析，并把解析后的問(wèn)題與問(wèn)題庫(kù)進(jìn)行匹配。同時(shí)橫向擴(kuò)充該系統(tǒng)問(wèn)答庫(kù)中的類似答案，即對(duì)類似問(wèn)題答案進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將其作為對(duì)當(dāng)前答案的有效補(bǔ)充，從而解決對(duì)預(yù)防接種咨詢問(wèn)題回復(fù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，因此對(duì)類似問(wèn)題答案進(jìn)行橫向關(guān)聯(lián)，可以使咨詢?nèi)藛T盡快得到有效的答案。

圖2 問(wèn)答系統(tǒng)使用流程

2.2.1 整理問(wèn)題庫(kù)

將問(wèn)題進(jìn)行整理分類，從而提高預(yù)防接種咨詢?nèi)藛T的咨詢效率，該系統(tǒng)的主要分類依據(jù)包括是否為新生兒、是否為一類苗、嬰兒大小和預(yù)防接種門位置等。

2.2.2 預(yù)防接種咨詢問(wèn)題的邏輯形式

邏輯形式就是將用戶咨詢的問(wèn)題（自然語(yǔ)言）轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識(shí)別的形式。該系統(tǒng)使用經(jīng)典的邏輯語(yǔ)言λ-依存組合語(yǔ)義（Lambda Dependency-Based Compositional Semantics） 對(duì)問(wèn)答庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，將系統(tǒng)的答案庫(kù)看作是數(shù)據(jù)庫(kù)，那么邏輯形式（Logic Form）就是查詢語(yǔ)句要表達(dá)的意思。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。

z是表示邏輯形式，κ是表示知識(shí)庫(kù)，e是表示實(shí)體，p是表示實(shí)體關(guān)系。一元形式（unary）和二元形式（binary）是2種不同的邏輯形式。通過(guò)查詢一元實(shí)體e對(duì)應(yīng)的實(shí)體，可以查到與二元實(shí)體關(guān)系p相關(guān)的三元組中的實(shí)體對(duì)[4]。同時(shí)，還可以可以進(jìn)行連接Join，求交集Intersection和聚合Aggregate。

這樣就可以把用戶咨詢的問(wèn)題（自然語(yǔ)言）解析為可以在問(wèn)答庫(kù)中查詢的邏輯形式，例如問(wèn)題 “孩子要打幾針乙肝？”對(duì)應(yīng)的邏輯形式是：Count（ 人類.孩子∩注射.疫苗.乙肝）。

2.2.3 語(yǔ)義解析，搭建基礎(chǔ)問(wèn)題庫(kù)

可以將語(yǔ)義解析的過(guò)程看作是自下而上構(gòu)造語(yǔ)法樹(shù)的過(guò)程。解析過(guò)程分為詞匯映射和構(gòu)建語(yǔ)法樹(shù)2個(gè)步驟。詞匯映射就是構(gòu)造語(yǔ)法樹(shù)的底層節(jié)點(diǎn)，即將單個(gè)短語(yǔ)或者單詞映射到問(wèn)答庫(kù)關(guān)系所對(duì)應(yīng)的邏輯形式。構(gòu)建語(yǔ)法樹(shù)就是自下而上地對(duì)樹(shù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行兩兩合并和匯總，最后完成語(yǔ)法樹(shù)的構(gòu)建工作，語(yǔ)法樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)是用戶咨詢問(wèn)題的最終邏輯表達(dá)形式。執(zhí)行連接Join、求交Intersection和聚合Aggregate是該系統(tǒng)對(duì)2個(gè)節(jié)點(diǎn)的3種不同的操作方式。這種合并方式的復(fù)雜度是呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的，因此最終會(huì)生成很多棵語(yǔ)法樹(shù)，且需要對(duì)語(yǔ)法樹(shù)進(jìn)行篩選。

通過(guò)比較用戶咨詢問(wèn)題集合F（r[t1，t2]）和問(wèn)答庫(kù)集合F（r2）與類似Jaccard距離的特征來(lái)確定是否建立詞匯映射，如圖3所示。

圖3 統(tǒng)計(jì)問(wèn)答庫(kù)建立映射

r1是三元組中咨詢預(yù)防接種問(wèn)題（自然語(yǔ)言）的短語(yǔ)，統(tǒng)計(jì)r1兩邊的實(shí)體對(duì)（entity1，entity2），對(duì)r1兩邊的實(shí)體類型進(jìn)行查詢，就可以得到主語(yǔ)實(shí)體的類型t1和賓語(yǔ)實(shí)體的類型t2可以將其表示為r[t1，t2]，對(duì)三元組兩邊的實(shí)體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)體對(duì)集合F（r[t1，t2]）[4]。對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)體對(duì)集合F（r2）[4]。

2.2.4 微信公眾平臺(tái)錄入數(shù)據(jù)

由于用戶咨詢預(yù)防接種相關(guān)問(wèn)題都有準(zhǔn)確的答案，且微信公眾平臺(tái)自帶關(guān)鍵字回復(fù)功能，因此不需要通過(guò)向量抽取和向量建模去完成尋找最佳答案的工作，這樣將大大減少開(kāi)發(fā)的難度和工作量，因此在開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)的過(guò)程中，只需要根據(jù)邏輯形式（關(guān)鍵字）錄入數(shù)據(jù)就可以完成相關(guān)工作了。

2.2.5 收集整理反饋問(wèn)題，對(duì)問(wèn)答系統(tǒng)進(jìn)行完善

正常情況下問(wèn)答系統(tǒng)上線后，就會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)維護(hù)階段。一般情況下，系統(tǒng)維護(hù)分為更正性維護(hù)、適應(yīng)性維護(hù)、完善性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)。4種維護(hù)比例的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：糾錯(cuò)性維護(hù)為21%，適應(yīng)性維護(hù)為25%，完善性維護(hù)為50%，預(yù)防性維護(hù)為4%。因?yàn)橐趩?wèn)答系統(tǒng)上線后定期整理問(wèn)答和人工電話咨詢記錄，記錄這些咨詢問(wèn)題并將其補(bǔ)充到問(wèn)題庫(kù)中，從而使問(wèn)答系統(tǒng)更加完善。所以維護(hù)階段主要對(duì)問(wèn)答系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性維護(hù)和完善性維護(hù)。

2.3 效果

2.3.1 研發(fā)問(wèn)答系統(tǒng)成本分析

因?yàn)樵搯?wèn)答系統(tǒng)是基于微信公眾平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)的，不需要進(jìn)行關(guān)鍵字匹配功能的開(kāi)發(fā)，且預(yù)防接種問(wèn)題有標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的答案，所以開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)的工作主要包括問(wèn)題整理、問(wèn)題邏輯形式整理和映射構(gòu)建語(yǔ)法樹(shù)。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本包括人力成本和時(shí)間成本，即需要1名信息化人員花費(fèi)27 d完成基本工作，開(kāi)發(fā)時(shí)間分配見(jiàn)表1。

表1 問(wèn)答系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間

2.3.2 應(yīng)用效果

2020年1月26日～2月2日進(jìn)行了問(wèn)答系統(tǒng)的上線測(cè)試，在測(cè)試期間通過(guò)微信公眾號(hào)使用過(guò)問(wèn)答系統(tǒng)的人數(shù)累計(jì)4803人次，疾控機(jī)構(gòu)和預(yù)防接種門診平均每天的咨詢電話減少了大約680個(gè)，問(wèn)答系統(tǒng)主要問(wèn)題提問(wèn)比例，如圖4所示。

圖4 問(wèn)答系統(tǒng)主要問(wèn)題提問(wèn)比例

對(duì)用戶咨詢的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中24題（“孩子更換住址，應(yīng)到何處接種門診接種？”）、第25題（“滿月孩子如何辦理兒童接種檔案”）以及第26題（“HPV疫苗接種條件，如何預(yù)約？”的咨詢數(shù)量比較多，提問(wèn)比例大約為10%，測(cè)試表明，問(wèn)答系統(tǒng)能夠自動(dòng)回復(fù)這些常見(jiàn)問(wèn)題。

3 討論

3.1 問(wèn)答系統(tǒng)效果

問(wèn)答系統(tǒng)測(cè)試期間，平均每天每個(gè)接種門診少接聽(tīng)了3個(gè)電話，考慮到鄉(xiāng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)使用微信的情況，問(wèn)答系統(tǒng)實(shí)際效果略好于預(yù)期效果。問(wèn)答系統(tǒng)能夠自動(dòng)回復(fù)群眾提出的部分問(wèn)題，在一定程度上減輕了預(yù)防接種人員的工作壓力。

3.2 系統(tǒng)便于開(kāi)發(fā)維護(hù)

當(dāng)前智能手機(jī)已經(jīng)成為提供獲取信息服務(wù)的主流載體[5]。微信具有功能豐富、接口方便使用的優(yōu)點(diǎn)，以微信公眾平臺(tái)為基礎(chǔ)的智慧預(yù)防接種問(wèn)答系統(tǒng)[6]的開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作也比較簡(jiǎn)單。

3.3 群眾問(wèn)題相對(duì)集中

對(duì)系統(tǒng)收到的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，用戶的問(wèn)題包括以下3點(diǎn)：1） 孩子出生、滿月到接種門診的銜接過(guò)程。2） 預(yù)防接種門診變更的銜接。3） 緊俏疫苗的接種問(wèn)題。

該系統(tǒng)還存在以下2個(gè)問(wèn)題：1） 開(kāi)發(fā)周期短，系統(tǒng)的相關(guān)功能不完善。2） 測(cè)試時(shí)間短，測(cè)試效果不是特別準(zhǔn)確[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和上線測(cè)試得出以下3個(gè)結(jié)論：1） 問(wèn)答系統(tǒng)可以作為預(yù)防接種工作尋求突破的嘗試。當(dāng)前預(yù)防接種工作的開(kāi)展已經(jīng)達(dá)到較好的水平，需要結(jié)合信息化來(lái)尋求更進(jìn)一步的發(fā)展。2） 問(wèn)答系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善，才能更好地服務(wù)于預(yù)防接種工作。根據(jù)問(wèn)答系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)，群眾一般會(huì)提2個(gè)～3個(gè)問(wèn)題才能完成問(wèn)題的咨詢。問(wèn)答系統(tǒng)存在繼續(xù)優(yōu)化的空間，在條件允許的情況下，適當(dāng)增加開(kāi)發(fā)周期和測(cè)試時(shí)間，可以提高系統(tǒng)的效率和性能，減少群眾提問(wèn)的次數(shù)。3） 需要推廣問(wèn)答系統(tǒng)。不僅疫苗預(yù)防接種工作需要尋求突破，疾控的其他業(yè)務(wù)工作也需要進(jìn)一步發(fā)展，以問(wèn)答系統(tǒng)為起點(diǎn)，借助于信息化手段，探索互聯(lián)網(wǎng)+其他模式，為疾控工作尋求新的發(fā)展。