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聊天机器人是一款智能软件,能够传达和执行类似于人类的动作。聊天机器人可以直接与客户互动,在社交网站上进行营销以及即时向客户发送消息等方面被广泛使用。根据聊天机器人的构建方式,它有两种基本类型:基于检索和基于生成的模型。
基于检索的聊天机器人使用预定义的输入模式和响应。然后,使用某种启发式方法来选择适当的响应。它在行业中广泛应用于制造目标导向的聊天机器人,我们可以在其中自定义聊天机器人的方式和流程,以带给我们客户的最佳体验。
生成模型不是基于某些预定义的响应。它是基于seq2seq神经网络。它与机器翻译的想法相同。在机器翻译中,我们将源代码从一种语言翻译为另一种语言,但是在这里,我们将把输入转换为输出。它需要大量数据,并且基于深度神经网络。
在这个项目中,我们将使用深度学习技术构建一个聊天机器人。聊天机器人将在包含类别(意图),模式和响应的数据集上进行训练。我们使用特殊的循环神经网络(LSTM)对用户消息所属的类别进行分类,然后从响应列表中给出随机响应。
我们将使用的数据集是“ intents.json”。这是一个JSON文件,其中包含我们需要查找的模式以及我们想要返回给用户的响应。
我们将使用Python构建聊天机器人,但首先,让我们看一下将要创建的文件结构和文件类型:
Intents.json –具有预定义模式和响应的数据文件。 train_chatbot.py –在此Python文件中,我们编写了一个脚本来构建模型并训练我们的聊天机器人。 Words.pkl –这是一个pickle文件,我们将包含词汇表列表的单词Python对象存储在其中。 Classes.pkl –这也是一个pickle文件,这里是包含类别列表。 Chatbot_model.h5 –这是经过训练的模型,其中包含有关模型的信息并具有神经元的权重。 Chatgui.py –这是我们为聊天机器人实现GUI的Python脚本。用户可以轻松地与机器人互动。1、导入必要的库并加载数据文件
首先,将文件名命名为train_chatbot.py。我们为聊天机器人导入必要的库,并初始化将在Python项目中使用的变量。
数据文件为JSON格式,因此我们使用json库将JSON文件解析为Python。
import nltkfrom nltk.stem import WordNetLemmatizerlemmatizer = WordNetLemmatizer()import jsonimport pickleimport numpy as npfrom keras.models import Sequentialfrom keras.layers import Dense, Activation, Dropoutfrom keras.optimizers import SGDimport randomwords=[]classes = []documents = []ignore_words = ['?', '!']data_file = open('intents.json').read()intents = json.loads(data_file)
2、预处理数据
处理文本数据时,我们需要先对数据进行各种预处理,然后再进行机器学习或深度学习模型。标记化是您可以对文本数据进行的最基本的第一件事。标记化是将整个文本分成单词之类的小部分的过程。
在这里,我们遍历模式并使用nltk.word_tokenize()函数对句子进行标记化,然后将每个单词附加在单词列表中。我们还为标签创建了一个类列表。
for intent in intents['intents']: for pattern in intent['patterns']: #tokenize each word w = nltk.word_tokenize(pattern) words.extend(w) #add documents in the corpus documents.append((w, intent['tag'])) # add to our classes list if intent['tag'] not in classes: classes.append(intent['tag'])
现在,我们将对每个单词进行词法去除,并从列表中删除重复的单词。Lemmatizing是将单词转换成引理形式,然后创建一个pickle文件来存储我们将在预测时使用的Python对象的过程。
# lemmatize, lower each word and remove duplicateswords = [lemmatizer.lemmatize(w.lower()) for w in words if w not in ignore_words]words = sorted(list(set(words)))# sort classesclasses = sorted(list(set(classes)))# documents = combination between patterns and intentsprint (len(documents), "documents")# classes = intentsprint (len(classes), "classes", classes)# words = all words, vocabularyprint (len(words), "unique lemmatized words", words)pickle.dump(words,open('words.pkl','wb'))pickle.dump(classes,open('classes.pkl','wb'))
3、创建训练和测试数据
现在,我们将创建训练数据,在其中将提供输入和输出。我们的输入将是模式,输出将是我们的输入模式所属的类。但是计算机不理解文本,因此我们会将文本转换为数字。
# create our training datatraining = []# create an empty array for our outputoutput_empty = [0] * len(classes)# training set, bag of words for each sentencefor doc in documents: # initialize our bag of words bag = [] # list of tokenized words for the pattern pattern_words = doc[0] # lemmatize each word - create base word, in attempt to represent related words pattern_words = [lemmatizer.lemmatize(word.lower()) for word in pattern_words] # create our bag of words array with 1, if word match found in current patternfor w in words:bag.append(1) if w in pattern_words else bag.append(0) # output is a '0' for each tag and '1' for current tag (for each pattern) output_row = list(output_empty) output_row[classes.index(doc[1])] = 1 training.append([bag, output_row])# shuffle our features and turn into np.arrayrandom.shuffle(training)training = np.array(training)# create train and test lists. X - patterns, Y - intentstrain_x = list(training[:,0])train_y = list(training[:,1])print("Training data created")
4、构建模型
我们已经准备好训练数据,现在我们将构建一个具有3层的深度神经网络。在训练模型200个周期后,我们在模型上达到了100%的准确性。让我们将模型另存为“ chatbot_model.h5”。
# Create model - 3 layers. First layer 128 neurons, second layer 64 neurons and 3rd output layer contains number of neurons# equal to number of intents to predict output intent with softmaxmodel = Sequential()model.add(Dense(128, input_shape=(len(train_x[0]),), activation='relu'))model.add(Dropout(0.5))model.add(Dense(64, activation='relu'))model.add(Dropout(0.5))model.add(Dense(len(train_y[0]), activation='softmax'))# Compile model. Stochastic gradient descent with Nesterov accelerated gradient gives good results for this modelsgd = SGD(lr=0.01, decay=1e-6, momentum=0.9, nesterov=True)model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer=sgd, metrics=['accuracy'])#fitting and saving the model hist = model.fit(np.array(train_x), np.array(train_y), epochs=200, batch_size=5, verbose=1)model.save('chatbot_model.h5', hist)print("model created")
5、预测响应
现在来预测句子并从用户那里得到答复,让我们创建一个新文件“ chatapp.py”。
我们将加载经过训练的模型,然后使用图形用户界面来预测机器人的响应。该模型只会告诉我们它所属的类,因此我们将实现一些函数,这些函数将识别该类,然后从响应列表中检索一个随机响应。
我们导入必要的库并加载在训练模型时创建的picks文件“ words.pkl”和“ classes.pkl”:
import nltkfrom nltk.stem import WordNetLemmatizerlemmatizer = WordNetLemmatizer()import pickleimport numpy as npfrom keras.models import load_modelmodel = load_model('chatbot_model.h5')import jsonimport randomintents = json.loads(open('intents.json').read())words = pickle.load(open('words.pkl','rb'))classes = pickle.load(open('classes.pkl','rb'))
要预测类,我们需要提供与训练时相同的输入方式。因此,我们将创建一些函数来执行文本预处理,然后预测类。
def clean_up_sentence(sentence): # tokenize the pattern - split words into array sentence_words = nltk.word_tokenize(sentence) # stem each word - create short form for word sentence_words = [lemmatizer.lemmatize(word.lower()) for word in sentence_words] return sentence_words# return bag of words array: 0 or 1 for each word in the bag that exists in the sentencedef bow(sentence, words, show_details=True): # tokenize the pattern sentence_words = clean_up_sentence(sentence) # bag of words - matrix of N words, vocabulary matrix bag = [0]*len(words) for s in sentence_words: for i,w in enumerate(words): if w == s: # assign 1 if current word is in the vocabulary position bag[i] = 1 if show_details: print ("found in bag: %s" % w) return(np.array(bag))def predict_class(sentence, model): # filter out predictions below a threshold p = bow(sentence, words,show_details=False) res = model.predict(np.array([p]))[0] ERROR_THRESHOLD = 0.25 results = [[i,r] for i,r in enumerate(res) if r>ERROR_THRESHOLD] # sort by strength of probability results.sort(key=lambda x: x[1], reverse=True) return_list = [] for r in results: return_list.append({"intent": classes[r[0]], "probability": str(r[1])}) return return_list
预测完类后,我们将从意图列表中获得随机响应
def getResponse(ints, intents_json): tag = ints[0]['intent'] list_of_intents = intents_json['intents'] for i in list_of_intents: if(i['tag']== tag): result = random.choice(i['responses']) break return resultdef chatbot_response(text): ints = predict_class(text, model) res = getResponse(ints, intents) return res
现在,我们将对图形用户界面进行编码。为此,我们使用python中已经提供的Tkinter库。我们将接收来自用户的输入消息,然后使用我们创建的机器人来响应并将其显示在GUI上。这是GUI的完整源代码。
#Creating GUI with tkinterimport tkinterfrom tkinter import *def send(): msg = EntryBox.get("1.0",'end-1c').strip() EntryBox.delete("0.0",END)if msg != '': ChatLog.config(state=NORMAL) ChatLog.insert(END, "You: " + msg + '') ChatLog.config(foreground="#442265", font=("Verdana", 12 )) res = chatbot_response(msg) ChatLog.insert(END, "Bot: " + res + '') ChatLog.config(state=DISABLED) ChatLog.yview(END)base = Tk()base.title("Hello")base.geometry("400x500")base.resizable(width=FALSE, height=FALSE)#Create Chat windowChatLog = Text(base, bd=0, bg="white", , , font="Arial",)ChatLog.config(state=DISABLED)#Bind scrollbar to Chat windowscrollbar = Scrollbar(base, command=ChatLog.yview, cursor="heart")ChatLog['yscrollcommand'] = scrollbar.set#Create Button to send messageSendButton = Button(base, font=("Verdana",12,'bold'), text="Send", , height=5, bd=0, bg="#32de97", activebackground="#3c9d9b",fg='#ffffff', command= send )#Create the box to enter messageEntryBox = Text(base, bd=0, bg="white",, , font="Arial")#EntryBox.bind("", send)#Place all components on the screenscrollbar.place(x=376,y=6, height=386)ChatLog.place(x=6,y=6, height=386, width=370)EntryBox.place(x=128, y=401, height=90, width=265)SendButton.place(x=6, y=401, height=90)base.mainloop()
6、运行聊天机器人
要运行chatbot,我们有两个主要文件:train_chatbot.py和chatapp.py。
首先,我们使用终端中的命令训练模型:
python train_chatbot.py
如果我们在训练过程中没有看到任何错误,则说明我们已经成功创建了模型。
然后运行该应用程序,我们运行第二个文件。
python chatgui.py
该程序将在几秒钟内打开一个GUI窗口。使用GUI,您可以轻松地与机器人聊天。
在这个简单项目中,我们了解了聊天机器人,并在Python中实现了聊天机器人的深度学习版本。您可以根据业务需求自定义数据,并以很高的准确性训练聊天机器人。聊天机器人无处不在,所有企业都希望在其工作流程中实施机器人。
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