NLP进化史系列之意图识别

前言

从规则模板到统计方法，再到机器学习方法，最后到深度学习算法，一起回顾NLP之意图识别的历程。

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作用

1、在搜索中会用到意图
比如在baidu中搜索“怎么做龙虾馅饺子”，意图是“做饺子”，而不是“做龙虾”，搜索时以饺子为核心。

2、在问答系统中会用到意图
比如用户问“我要买从深圳到上海的机票”，意图是“买机票”，然后再在“买机票”这个领域继续去做语义识别。

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进化史

一、规则模板方法

通过专家手工编写规则模板来识别意图。
比如：
　　　　　买 .* 《地名》 .* 《地名》.* 机票 =》 买机票
模板构成： 字符串、词性、正则表达式
通过匹配上述模板，即可识别出对应的意图

• 缺点：
  1、人工编写工作量大，易冲突
  2、规则模板覆盖面较小，使用通配符可以解决一部分问题，但带来了匹配优先级的问题
  3、适用于垂直领域，在通用领域则无法推广

二、基于统计的方法

使用意图词典做词频统计，取词频最大的就是对应的意图

• 缺点
  1、覆盖面比规则模板广，但容易误识别

三、基于语法的方法

先对句子做语法分析，找到中心动词及名词，再根据意图词典即可识别出意图来。

如：
　　　　　我要买从深圳到上海的机票

1、语法分析结果（调用哈工大的ltp：http://ltp.ai/demo.html）：

2、再根据意图词典即可识别出“买机票”意图

• 缺点：
  1、使用语法分析使得准确度更高了，但增加了语法识别的难点，日常口语的语法识别不是那么高，比如：

  我要买个去从深圳到上海的机票

  语法分析结果： 显然不是我们需要的

四、基于机器学习的方法

• 核心步骤

  • 1、数据标注
    如：
    我要买个去从深圳到上海的机票 => 买机票
    我要买从深圳到上海的机票 => 买机票

  • 2、数据预处理
    1）对数据进行分词，推荐使用jieba分词工具
    2）去停用词，如：“的”、“个”。。。
    3）增加同义词词条，如：“机票”=“飞机票”、“买”=“购买”。。。

  • 3、训练集拆分
    通常取90%作为训练数据，10%作为测试数据

  • 4、特征提取
    用卡方检验提取每个词的特征，从而得到每一个词与当前意图类别的相关程度

    核心代码(python3)：

    from sklearn.feature_selection import SelectKBest
    from sklearn.feature_selection import chi2
     
    '''
    输入语料格式：
    我要买去从深圳到上海的机票   0
    我要买从深圳到上海的机票    0
    我要去上海旅游 1
    上海是个旅游的地方,我准备去  1
    '''
    
    #数据分词及去停用词之后，得到如下（padding后的结果）：
    
    data = [
    ['要', '买', '去', '从', '深圳', '到', '上海', '机票'], 
    ['要', '买', '从', '深圳', '到', '上海', '机票', ''], 
    ['要', '去', '上海', '旅游', '', '', '', ''], 
    ['上海', '是', '旅游', '地方', '准备', '去', '', '']
    ]
    
    
    #生成word2index(过程略)
    word2index = {'要':1, '买':2, '去':3, '从':4, '深圳':5, '到':6, '上海':7, '机票':8, '旅游':9, '是':10, '地方':11, '准备':12, '':0}
    
    #word转为index表示
    data = [
    [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8], 
    [1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 0], 
    [1, 3, 7, 9, 0, 0, 0, 0], 
    [7, 10, 9, 11, 12, 3, 0, 0]
    ]
    
    lable_list = [0 , 0, 1, 1]
    
    
    #使用卡方检验来选择特征
    model = SelectKBest(chi2, k=5)#选择5个最佳特征
    featrue = model.fit_transform(data, lable_list)
    
    print(featrue)#最佳特征
    print(model.scores_)
    print(model.pvalues_)
    
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    32
    33
    34
    35
    36
    37
    38
    39
    40
    41
    42
    43

  运行输出结果：

  [[ 2  4  6  7  8]
   [ 2  5  7  8  0]
   [ 3  9  0  0  0]
   [10 11  3  0  0]]
  [ 3.6   4.76470588  3.52173913  4.17241379  0.04347826  6.25  15.      8.        ]
  [5.77795711e-02 2.90490222e-02 6.05688602e-02 4.10872245e-02  8.34827329e-01 1.24193307e-02 1.07511177e-04 4.67773498e-03]
  1
  2
  3
  4
  5
  6

• 5、特征向量化
  在上述代码中一共有12个词，故特征维度设置为12.
  对应的特征转向量示例：
  featur_array = [ 2 4 6 7 8]
  =》
  featur_vector = [0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0]

  说明：featur_array中对应的数值n就是表示featur_vector[n-1]为1，其他的值为0

• 6 使用支持向量机svm训练模型
  核心代码：

  #####################svm
  import sys
  from sklearn import svm
  
  #通过步骤5转换得到的特征向量
  featur_vector = [
  [0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0], 
  [0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0], 
  [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0], 
  [0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0]
  ]
  
  # SVM分类
  clf = svm.SVC(C=2.0, probability=True)
  clf.fit(featur_vector, lable_list)
  print('Test Accuracy is: %.2f' % clf.score(featur_vector, lable_list))
  
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11
  12
  13
  14
  15
  16
  17

  可以看到输出结果是：
  Test Accuracy is: 1.00

• 特别说明：
  在步骤4中，可以加一些人工特征，比如把地点都使用词性ns表示，同义词使用相同的index表示等

五、基于深度学习方法

• 核心思想
  把意图识别看成是文本分类任务。

• 核心步骤

  • 1、预料标注
    同上

  • 2、分词
    同上

  • 3、搭建模型

    • 使用 word2vec + TextCNN 搭建网络

      可以参考这篇文章实现：https://github.com/norybaby/sentiment_analysis_textcnn

    • 使用Bert + ABSA 搭建网络

      可以参考这篇文章实现：https://github.com/songyouwei/ABSA-PyTorch

    • 使用XLNet + TextCNN 搭建网络

      待研究

• 优点：
  1、数据标注比较容易
  2、在有充足的数据下，模型的准确率最高，无需人工特征