基于物資采購(gòu)本體的問(wèn)答系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜夢(mèng)影 楊志來(lái)

中國(guó)兵器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京，100089

基于物資采購(gòu)本體的問(wèn)答系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜夢(mèng)影 楊志來(lái)

中國(guó)兵器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京，100089

通過(guò)物資采購(gòu)領(lǐng)域本體的研究和討論，確定構(gòu)建一種以物資采購(gòu)本體為基礎(chǔ)的問(wèn)答系統(tǒng)。該系統(tǒng)共分為問(wèn)題處理、檢索和答案抽取三個(gè)模塊，各模塊協(xié)同工作完成用戶提問(wèn)的答案搜索和顯示工作。系統(tǒng)根據(jù)領(lǐng)域本體的特殊性改進(jìn)了一種關(guān)鍵詞權(quán)重的計(jì)算公式，以關(guān)鍵詞匹配和自然語(yǔ)言處理相結(jié)合的方法進(jìn)行問(wèn)答系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

物資采購(gòu)；問(wèn)答系統(tǒng) ；信息檢索

1 物資采購(gòu)本體設(shè)計(jì)

物資采購(gòu)本體作為問(wèn)答系統(tǒng)的研究對(duì)象有以下優(yōu)勢(shì)：一、目前大型企業(yè)物資采購(gòu)業(yè)務(wù)越來(lái)越多元化，管理者對(duì)物資采購(gòu)的關(guān)注度逐漸增加；二、物資采購(gòu)領(lǐng)域的概念豐富，且關(guān)聯(lián)度大，識(shí)別度高；三，物資采購(gòu)領(lǐng)域中的知識(shí)層次比較清晰，便于構(gòu)建本體。

研究構(gòu)建物資采購(gòu)本體的目的在于：解決企業(yè)各部門對(duì)物資采購(gòu)相關(guān)知識(shí)的需求問(wèn)題并彌補(bǔ)物資采購(gòu)領(lǐng)域問(wèn)答系統(tǒng)的空白。具體而言即幫助采辦者找到其想要得到的準(zhǔn)確答案。

1.1 選取術(shù)語(yǔ)、定義概念

通過(guò)研究物資采購(gòu)領(lǐng)域知識(shí)，選取物資采購(gòu)領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。實(shí)施方式為向用戶發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷和查閱專業(yè)文獻(xiàn)。具體選取術(shù)語(yǔ)和定義概念時(shí)，首先查閱物資采購(gòu)領(lǐng)域的信息資源，通過(guò)總結(jié)與物資采購(gòu)相關(guān)的信息，概括出物資采購(gòu)領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)，再將術(shù)語(yǔ)制成表格，發(fā)放給網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，要求用戶根據(jù)自身的理解和需求選擇他們認(rèn)為與自己相關(guān)的術(shù)語(yǔ)。最后通過(guò)綜合問(wèn)卷、結(jié)合文獻(xiàn)以及查詢術(shù)語(yǔ)分類表等手段將結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，最終確定出本系統(tǒng)需要的物資采購(gòu)術(shù)語(yǔ)。

此方法提取出了98%用戶關(guān)注的物資采購(gòu)信息，這些信息并不包含所有的物資采購(gòu)領(lǐng)域知識(shí)，但可達(dá)到一般用戶需要的物資采購(gòu)知識(shí)。因此，本系統(tǒng)只保留了這些領(lǐng)域知識(shí)，從而根據(jù)這些知識(shí)定義物資采購(gòu)本體的概念，最終構(gòu)建合理的、符合用戶需求的概念體系。

設(shè)計(jì)物資采購(gòu)本體時(shí)需要注意的問(wèn)題有：收集相關(guān)學(xué)科知識(shí)時(shí)，確保所用術(shù)語(yǔ)為該學(xué)科內(nèi)公認(rèn)并從不同的層面形式化術(shù)語(yǔ)之間相互關(guān)系的明確定義。

1.2 定義類名、屬性及實(shí)例

術(shù)語(yǔ)本身包含了本體中的概念（類名）、屬性和以上兩項(xiàng)內(nèi)外在的相互關(guān)系（邏輯關(guān)系）。對(duì)于屬性，要依據(jù)應(yīng)用范圍對(duì)其進(jìn)行規(guī)范的定義。對(duì)于邏輯關(guān)系，為構(gòu)成一個(gè)完整的邏輯關(guān)系體系應(yīng)將其明確分為三類：概念與概念之間的關(guān)系；屬性與屬性之間的關(guān)系及概念和屬性之間的關(guān)系。本文以邏輯推理為基礎(chǔ)，并實(shí)施試驗(yàn)驗(yàn)證的手段，最終構(gòu)成了一個(gè)立體的、直觀的邏輯關(guān)系網(wǎng)。物資采購(gòu)資源本體還給出了具體的物資采購(gòu)資源實(shí)例以及他們所屬的資源類別。

1.3 構(gòu)建物資采購(gòu)領(lǐng)域本體

完成自然語(yǔ)言層次的本體規(guī)劃后，將利用Protege軟件對(duì)物資采購(gòu)本體進(jìn)行實(shí)體構(gòu)建。構(gòu)建的步驟如下：①打開protege軟件，“文件” —“新建項(xiàng)目”，選擇OWL文件格式。②通過(guò)在“OWL”欄內(nèi)選擇“preference”，并在 “OWLPreference"對(duì)話框中選擇“OWLDL”。

1.4 命名概念

當(dāng)新建OWL文件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)things類，隨后由用戶建立的所有類均為things的子類。物資采購(gòu)領(lǐng)域本體以“物資采購(gòu)資源”作為主體概念（類）。用戶首先可以通過(guò)類關(guān)系窗口對(duì)已建立的類層次關(guān)系進(jìn)行添加，添加對(duì)象可為同級(jí)類、子類，同時(shí)還可對(duì)已有類進(jìn)行刪除、查看等操作。隨后用戶可通過(guò)類編輯窗口，實(shí)現(xiàn)輸入類名、描述和定義類以及類不相交等功能。

1.5 物資采購(gòu)本體設(shè)計(jì)

本步驟是建立概念層次結(jié)構(gòu)模型。在物資采購(gòu)資源本體中，設(shè)計(jì)者一共提出了八類主要的概念，分別是：采購(gòu)形式、采購(gòu)因素、采購(gòu)人員、采購(gòu)對(duì)象、采購(gòu)商、供應(yīng)商、采購(gòu)產(chǎn)品。

本段列出了基于物資采購(gòu)本體的問(wèn)答系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)庫(kù)模型。在本體的各種關(guān)系中，本文分別設(shè)計(jì)和構(gòu)建了類屬種關(guān)系、整體—部分關(guān)系、屬性關(guān)系等。

（1）類屬種關(guān)系

分別以上提到的概念。

（2）整體-部分關(guān)系

整體—部分關(guān)系表示概念之間組成關(guān)系。

（3）類-實(shí)例關(guān)系

類-實(shí)例關(guān)系表示類的實(shí)例與類之間的關(guān)系，即個(gè)體作為類的實(shí)例與類建立關(guān)系，其中屬于某一類的實(shí)例具有這個(gè)類的所有屬性。舉例說(shuō)明：在子集團(tuán)類中，北方工業(yè)集團(tuán)、遼寧華景集團(tuán)和信息控制集團(tuán)等等就是它的實(shí)例，即與子集團(tuán)類屬于類實(shí)例關(guān)系。

（4）類屬性關(guān)系

類屬性關(guān)系表示某個(gè)概念是另一個(gè)概念的屬性，即某個(gè)類所具有的屬性。如“軍械裝備總裝”類擁有“廠名”、“廠址”、“級(jí)別”、“主營(yíng)業(yè)務(wù)”等屬性。

2 問(wèn)答系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于本體的問(wèn)答系統(tǒng)需要采集用戶提出的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)問(wèn)題處理模塊形成查詢關(guān)鍵詞；再對(duì)問(wèn)句進(jìn)行二次分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷采用何種查詢機(jī)制。本文對(duì)查詢模塊設(shè)計(jì)了兩種查詢機(jī)制，一種是基于問(wèn)句本身的推理，另一種是基于關(guān)鍵詞的推理。

基于問(wèn)句本身的推理通過(guò)語(yǔ)義算法求出問(wèn)句的語(yǔ)義表達(dá)式。處理過(guò)程為：第一步，在問(wèn)句集合中查找與用戶問(wèn)句相似的模板；第二步，對(duì)比用戶問(wèn)句和模板的句式結(jié)構(gòu)得到二者的匹配程度，并以向量的形式來(lái)表示用戶輸入的問(wèn)句；第三步，利用生成的向量模型檢索問(wèn)句集中對(duì)應(yīng)這種模型的答案形式。

基于關(guān)鍵詞的推理過(guò)程由查詢處理模塊和答案提取模塊共同完成。查詢模塊首先提取問(wèn)句中的關(guān)鍵詞，再進(jìn)行淺層規(guī)則推理，推導(dǎo)出有語(yǔ)義關(guān)系的語(yǔ)義向量；再將語(yǔ)義向量傳遞到答案提取模塊，通過(guò)答案模式匹配抽取與答案最相關(guān)的語(yǔ)義向量作為答案因子，最后將這些答案因子帶入知識(shí)庫(kù)中解析。由于知識(shí)庫(kù)以本體的組織方式構(gòu)成，在解析過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)在知識(shí)庫(kù)內(nèi)的二次推理，通過(guò)二次推理最終可得到準(zhǔn)確率較高的答案。

以下是上述幾個(gè)模塊的作用。

（1）問(wèn)題處理模塊

對(duì)用戶的自然語(yǔ)言提問(wèn)進(jìn)行處理，其中包括：對(duì)句子的詞、句法的分析；對(duì)關(guān)鍵詞的提取（提問(wèn)關(guān)鍵詞、擴(kuò)展關(guān)鍵詞、…）；經(jīng)過(guò)句模匹配，確定問(wèn)句所關(guān)注焦點(diǎn)和問(wèn)題的類型等。

（2）檢索模塊

輸入問(wèn)題處理模塊提取出的關(guān)鍵詞，通過(guò)關(guān)鍵詞匹配等信息檢索技術(shù)獲得答案可能所在的段落、句群，再對(duì)這些文檔進(jìn)行處理，最后得到范圍小的段落、句群。

（3）答案抽取模塊

對(duì)檢索模塊中找到的段落、句群進(jìn)行語(yǔ)法和語(yǔ)義分析，并根據(jù)在問(wèn)題處理模塊中確定的問(wèn)句類別，抽取出與問(wèn)句類型一致的實(shí)體，并根據(jù)與答案的符合程度將其排序，將次序靠前的實(shí)體作為答案返回給用戶。本系統(tǒng)采用基于搜索、匹配和自然語(yǔ)言處理相結(jié)合的方法進(jìn)行問(wèn)答系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，首先將關(guān)鍵詞分類為：普通關(guān)鍵詞(ord)、擴(kuò)展關(guān)鍵詞(ex)、基本關(guān)鍵詞(basic)、引用關(guān)鍵詞(quote)和其他關(guān)鍵詞(other)。普通和基本關(guān)鍵詞是從問(wèn)句中通過(guò)分詞處理直接抽取出來(lái)的關(guān)鍵詞；擴(kuò)展關(guān)鍵詞是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展得到的關(guān)鍵詞；引用關(guān)鍵詞是問(wèn)句中引號(hào)內(nèi)的詞。

以下公式即對(duì)關(guān)鍵詞權(quán)重的計(jì)算方法：

式中的v1～v5分別代表普通關(guān)鍵詞、擴(kuò)展關(guān)鍵詞、基本關(guān)鍵詞、引用關(guān)鍵詞和其他關(guān)鍵詞的加權(quán)因子，體現(xiàn)各種關(guān)鍵詞對(duì)排序的重要程度。通常，weight(ord)> weight(ex)>weight(quote)> weight(basic)>weight(other)。式中的ord、ex、basic、quote和other是各種關(guān)鍵詞本身的得分。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)分析判斷當(dāng)前問(wèn)句的模式，根據(jù)判斷結(jié)果將與此類問(wèn)句有直接關(guān)系的答案模式集中抽取出來(lái)，再通過(guò)語(yǔ)義等其他要素驗(yàn)證哪個(gè)答案模式真正與問(wèn)句匹配，最后得到用戶想要的答案。例如，問(wèn)句“某國(guó)成立于哪年哪月哪日？”，其對(duì)應(yīng)的部分答案模式如下：

a．<國(guó)家>于<答案>成立

b．<國(guó)家>成立于<答案>

c．<國(guó)家>在<答案>成立

d．<答案>成立了<國(guó)家>

e．<答案><國(guó)家>成立了

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于自然語(yǔ)言處理，本系統(tǒng)利用本體知識(shí)庫(kù)對(duì)用戶問(wèn)句進(jìn)行淺層語(yǔ)義推理，根據(jù)推理結(jié)果返回答案。

仍需改進(jìn)：第一、本系統(tǒng)目前僅支持文字輸入；第二，本系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)，并未上線進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，因此并未討論負(fù)載能力、用戶體驗(yàn)等方面的問(wèn)題；第三，本系統(tǒng)算法邏輯較為簡(jiǎn)單，后期需要加強(qiáng)對(duì)此的研究和討論。

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杜夢(mèng)影/1987年生/女/北京人/本科/工程師/研究方向?yàn)樾畔⒒芾?/p>