语音助手——基于语义相似度的泛化语义识别

        在前面的章节中,我们讲到了,对于一个垂域BOT的识别,会有分类模型、意图槽位模型来识别其对应的语义,但是这个一般是针对已经成熟的(即积累了一定数据的)场景才可以做的,对于以下的三种场景,这种做法就不适用了:

  1. 场景冷启动,即一个新的场景,线上并没有对应场景的话术,一般对于冷启动问题我们都会采用模板匹配的方式,但是其泛化能力有限,如何提高其泛化能力呢?
  2. 垂域BOT未识别的话术,即前面章节《潜在技能与未召回话术挖掘》中提到的未召回话术,这部分话术我们会将其补充到已有的场景分类、意图槽位模型中,但算法迭代然后上线是有周期的,除算法训练外,还要经过严格的测试,如何才能做到更加及时的识别呢?
  3. 对于一些节日或者活动时,运营同学会配置一些小技能作为节日彩蛋,但是他们一般配置的话术比较死板,比如:“放个烟花”,在运营同学配置后如何才能识别到“来个烟花”,“放几个烟花”这种话术呢?

针对上面的问题,我们搭建了一套基于语义相似度的泛化语义识别系统。如下图:

        这个系统分为离线部分和在线部分两部分,其中离线部分收集运营配置的话术、产品定义的场景标准话术、BOT中的TOP话术到一起,作为标准话术库,存储为query-intent数据对,同时这些话术也存储到ES数据库中,利用这些数据来训练BERT,使得同intent的query向量更加接近,训练方式这里不做展开,可以使用对比学习或者双塔模型来训练。训练完成后我们就可以得到经过预训练的BERT,用来得到对应query的语义向量。

        在线部分则是一个实时的识别算法,对于用户query,首先经过已经定义的BOT进行语义识别,对于未识别的query,经过ES数据库进行初步检索,对于检索到的query,利用经过预训练的BERT得到语义向量,同时将用户query也得到语义向量,将双方得到的向量进行相似度匹配,基于分数阈值排序得到最终结果。

        

### Wav2Vec与SSL(自监督学习)的关系 Wav2Vec 是一种基于自监督学习 (Self-Supervised Learning, SSL) 的语音处理技术,其核心目标是从大量未标注的音频数据中提取有用的特征表示。通过这种方式,模型能够在不依赖人工标签的情况下完成预训练阶段,并最终应用于多种下游任务,如语音识别、情感分析和说话人验证等。 #### 自监督学习的核心机制 自监督学习是一种机器学习范式,在这种范式下,算法利用输入数据本身来构建伪标签或预测任务,从而避免对外部标记的需求。对于语音信号而言,时间序列特性使得可以从原始波形中设计各种代理任务 (pretext tasks),例如未来帧预测或者上下文重建[^1]。 #### Wav2Vec的工作原理概述 具体到 wav2vec 模型家族,它主要分为两个版本:wav2vec 1.0 和 wav2vec 2.0。这两个版本都遵循类似的框架结构——即先进行无监督预训练再微调至特定应用领域;不过它们之间存在一些显著差异: - **Wav2Vec 1.0**: 这一版采用卷积神经网络(CNNs)作为编码器架构,用来捕捉声音中的长期依赖关系。同时引入对比损失函数(contrastive loss function),鼓励正样本对之间的相似度最大化而负样本最小化[^2]。 - **Wav2Vec 2.0**: 改进了前代的设计思路,直接以Transformer为基础搭建整个体系结构。该版本摒弃了显式的对比学习策略,转而依靠交叉熵准则(cross-entropy criterion)指导隐空间分布的学习过程。此外,还加入了量化模块用于离散化连续表征向量,进一步增强了泛化能力[^3]。 以下是使用 PyTorch 实现的一个简单例子展示如何加载并初始化一个预先训练好的 Wav2Vec 模型: ```python import torch from transformers import Wav2Vec2Processor, Wav2Vec2Model processor = Wav2Vec2Processor.from_pretrained("facebook/wav2vec2-base-960h") model = Wav2Vec2Model.from_pretrained("facebook/wav2vec2-base-960h") def process_audio(audio_file_path): input_values = processor(torch.load(audio_file_path), sampling_rate=16_000, return_tensors="pt").input_values hidden_states = model(input_values).last_hidden_state return hidden_states ``` 上述代码片段展示了如何借助 Hugging Face 提供的工具包快速获取一段音频对应的高层次语义嵌入(embedding)[^4]。 ### 结论 综上所述,wav2vec 展现出强大的潜力推动自然语言处理(NLP)以外其他模态的数据挖掘进展。尤其当面对稀缺资源环境下的多语言支持场景时,这类方法显得尤为重要。
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