快速入门 KBQA问答系统的实现

KBQA问答系统的实现

首先默认你是已经学会了如何构建知识图谱，并且学会用sparql语言查询里面的知识库里面的知识。如果不会，请看下面的链接

使用D2RQ把关系数据库的信息转化为rdf文件。
使用jena 构建知识数据库tdb，然后学会如何查询相关知识

源码在GitHub这里
目录结构很简单：
KBQA
/kbqa 里面有四个文件，分别是
word_tag.py ## 这个主要是用来分词的
question_temp.py ## 这个是问题模板
question2sparql.py ## 这个是用来把问题转化为sparql 语句
query_main.py ## 显然这个是最终的查询文件

另一个文件是：lsy.nt 这个是知识rdf的三元组，问答系统的知识来源

一、 把句子切分成一个个单词

这个也就是word_tag.py 的工作

这里主要是利用了斯坦福大学写好的 stanfordcorenlp

在你能使用这个包之前，首先要下载好一些东西
Stanford CoreNLP 官网下载

stanford-corenlp-full-2018-10-05
1、先下载红色按钮的，解压后，再把下面下载的jar包放进里面。

2、使用指令 安装 pip install stanfordcorenlp

需要介绍的是这里实现了一个类，word，表示一个词汇，有两个属性，token （记号） 和pos （part of speech）词性的意思

nlp.pos_tag(sentence) 会返回一个列表，元素为元组，即单词和它的词性组成。
这样我们就可以把句子给切分好了。

二、问题模板的构建

首先基于知识库，我们可以有下面的问题

sentence_list = [
	"What is the name of littlejun ？",
	"What is the age of chacha ?" ,
	"What is the username of scc ?" ,
	"Whose age is larger than 18 ? " ,
	"What is the phone number of chacha ? " ,
	"What is the password of littlejun ? "
]

sparql 的模板，最后都是由下面的模式组成

# 问题模板
prefix_temp ="""
    PREFIX ps:<http://solicucu/person/#>
    PREFIX us:<http://solicucu/user/#>
    PREFIX vocab: <http://solicucu/vocab/>
"""
sparql_select_temp = u"""
	{prefix}
	select distinct {select} where {{
	{expression}
	}}
"""

那注意到我们只需要完成select 的填充和 expression 的填充就好了。
这个跟确却的问题有关，所以，我们要做的事情就是，如何知道，传入来的问题，是属于哪个句子呢？

REFO （Regular Expressions for Objects）

基于对象级别的正则匹配，这个跟python的很像正则表达式很像

"ab" is Literal("a") + Literal("b")

"a*" is Star(Literal("a"))

"(ab)+|(bb)*?" is:

a = Literal("a")
b = Literal("b")
regex = Plus(a + b) | Star(b + b, greedy=False)

如上面所看见，Literal 是一个文字类，那些类支持一些基本符号：+ 连接的意思
| 为或的意思，
python 正则表达式的 + 号用Plus() 代替，表示1到多个的意思。
python 正则表达式的 * 号用Star() 代替，表达0 到多个的意思，可以选择是否采取贪婪模式。

所以，词汇的定义很重要：

# 定义一个词汇类,继承Predicate 
class W(Predicate):
	#token 词汇的字面符号 pos 词汇的属性
	def __init__(self,token=".*",pos=".*"):
		self.token = re.compile(token + "$")
		self.pos = re.compile(pos+"$")
		super(W, self).__init__(self.match) # 不可缺少

	def match(self,word):
		m1 = self.token.match(word.token)
		m2 = self.pos.match(word.pos)
		return m1 and m2

谓词的定义，这是一个继承了Predicate（来自refo 的类，定义另个正则匹配对象属性
match 函数，表面，对于传进来的word 要同时满足 记号和词性都符合才行。

# 定义一些规则，相当与正则表达式的某个模式
class Rule(object):
	#匹配的条件数 和条件，以及action 回调函数
	def __init__(self,condition_num,condition=None,action=None):
		assert condition and action 
		self.condition = condition
		self.action = action 
		self.condition_num = condition_num

	def apply(self,word_list):
		#因为可能满足条件的有多处，所以用matches列表存储
		matches = []
		# 用条件去找匹配的词汇，finditer 里面用到了yeild，就是每次找到一个结果返回一次，继续找
		# 可以理解为finditer 返回的值可以迭代
		for m in finditer(self.condition,word_list):
			i,j = m.span()
			matches.extend(word_list[i:j]) # 提取出被匹配的句子区间划出，其中可能有其他杂词汇

		return self.action(matches),self.condition_num

规则class的形式，首先必须有两个参数condition 和 action 表示这个规则适用的条件（对象正则表达式） 和采取的行动（某个回调函数）
注意里面的finditer 返回的对象是一个Match 的对象，通过span() 获取匹配的范围

当谓词定义好了，规则定义好了，就可以写匹配规则了。

# 疑问代词关键字 who what 
what = (W("what")|W("What"))
whose = (W("whose")|W("Whose"))
of = W("of")

number_entity = W(pos="CD")

# 属性关键字
username = W("username")
name = W("name")
phone = W("phone")
age  = W("age")
password = W("password")

attr_noun  = (username | name | phone | phone | age | password)
#普通名词
common_noun = W(pos = pos_common_noun) 

看上面，定义的词汇，what 可以匹配大写或者小写 ，因为what = (W(“what”)|W(“What”))
所以一个谓词，可以是多个谓词的或，或者只有一个，就是匹配固定的单词
number_entity = W(pos=“CD”) 这里定义了 一个数字谓词，因为我们不关注它的值，所以指定属性为”CD“就好，至于为什么是”CD“

详见standfordcorenlp 英文词性标注

attr_noun :表示属性名词，在本次知识数据库中，主要涉及的属性名词如上。

规则定义

rules = [
	# What is the name of sb-uname？
	# What is the age of sb-uname ?
	# What is the username of sb-uname?
	# What is the phone number of sb-uname?
	# What is the password of sb-name?
	Rule(condition_num = 4 ,condition = what + Star(Any(),greedy = False) + attr_noun + Star(Any(),greedy = False) + of + common_noun + Star(Any(),greedy = False),action = QuestionSet.proccess_attr_noun),
	# Whose age is larger than 18 ?
	Rule(condition_num = 4,condition = whose + attr_noun + Star(Any(),greedy = False) + compare + Star(Any(),greedy = False) + number_entity + Star(Any(),greedy = False),action = QuestionSet.who_age_compare )
]

这里规则，只有两条：第一条匹配了上面5个问题，第二条匹配了它上面的问题
第一个参数 condition_num ：这个是我们condition中关注的词汇数。比如第一个我们希望匹配到有what attr_noun(即name，age 等5个中的一个)，common_noun(普通名词) 所以为3

第二个参数 condition：
这里可以看到 是几个谓词相加，即如前面所述，是连接的意思，所以该条件表达的意思是
任意的一个句子 模式为：what/What … name/age/username/password/phone … of comomn_noun …
也就是为什么会匹配上面的句子的原因

第三个参数 action:
回调函数，在rule 里面有这么一个属性，他是在调用了apply 后，如果匹配了，就会调用的一个函数
在这里，指向了一个QuestionSet.proccess_attr_noun 这个函数，可以继续完成确定是哪个规则。

提取词汇，填充模板

# 1 what is the name of sb-uname ?
def what_name(word_list):
		# if(len(word_list)):
		# 	print("成功匹配问题")
		# 	for w in word_list:
		# 		print(w.token,end = " ")
		
		sparql = None
		select = "?name"
		for w in reversed(word_list):
			# 找到第一个普通名词
			if(w.pos == pos_common_noun): 
				e = " ps:{person} vocab:person_name ?name .".format(person = w.token)
				sparql = sparql_select_temp.format(prefix = prefix_temp, 
					                               select = select,
					                               expression = e)
				break

		return sparql 

首先是对select 赋值，确定要查询的变量 ，比如这里就是？name 就是要查询的变量
最终要的是确定表达式的变量，这里是：
ps:{person} vocab:person_name ?name
表示某人的名字是什么，这个某人 就会是word_list 从后往前的一个名词，所以，找到之后，就可以break退出了。
然后返回，对应的sparql语句

三、把句子转化为sparql 语句

def get_sparql(sentence):

	word_list = word_tag.get_word_list(sentence)
	query = None
	queries_dict = dict()
	for rule in question_temp.rules:
		query,num = rule.apply(word_list)
		if(query is not None):
			queries_dict[num] = query

	if len(queries_dict) == 0 :
		return None
	elif len(queries_dict) == 1:
		# 要转化为list才可以用索引访问
		return list(queries_dict.values())[0]
	else:  #  key 就是对多元组的排序指定列 item的名字随便，表示列表的元素，item[0] 表示那个值                                       
		sorted_dict = sorted(queries_dict.iteritems(),key=lambda item:item[0],reversed = True)
		return sorted_dict[0][1] 

上面，就是对句子去匹配每一个规则，放到一个字典里面。
如果长度为0，那么就是没有匹配，如果长度为1 那么就是只匹配到一个句子，直接取第0个值，但是注意要转化为列表的形式才可以用索引访问。
如果长度大于1的时候，就对字典排序，按照key的大小排序，从大到小，也就是取匹配到关键字最多的一个。

四、访问endpoint，显示查询结果

sparql = SPARQLWrapper("http://localhost:3030/db/query")
sparql.setReturnFormat(JSON)

if __name__ == "__main__":
	# sentence = "What is the username of scc ?" 
	
	while True:
		sentence = input("please input the question ? input quit to leave\n")
		# print("question:",sentence)
		if(sentence == "quit"):
			break 
		str_sparql = q2s.get_sparql(sentence)
		if(str_sparql is not None):
			sparql.setQuery(str_sparql)
			results = sparql.query().convert()

			head =  results["head"]["vars"]
			values = results["results"]["bindings"] # 存储的结果
			if(len(values)==0):
				print("no relevant answer")
			else:
				print("the answer is :",end = " ")
				for v in values:  # 对于所有value ，通过varname 获取其值
					for varname in head:
						print(v[varname]["value"])
		else:
			print("sorry,I can't understand your means")

这里要注意的就是，我们查询的变量名存在results[“head”][“vars”]
对应的值存在 results[“results”][“bindings”] 结果是一个个字典