中国人工智能学会通讯——面向知识图谱的自然语言问答系统 1 信息检索式的知识库问答...

1 信息检索式的知识库问答

信息检索式的方法通常先确定问题的中心实体,继而生成问题的若干候选答案,再使用打分、排序等方式找出最适合原问题的答案。这类方法的整体框架比较简洁,对于简单问题有较好的效果。

1.1 确定中心实体

信息检索式的方法通常假设问题足够简单,大多数系统认为问题中有且仅有一个实体,这个实体被称作中心实体(Topic Entity),这是用户输入自然语言问题的核心,同时假设问题答案在知识图谱中离中心实体足够近,例如在离中心实体θ步以内(θ通常取2)。例如问题“What is the budget of Resident Evil? ”的中心实体是Resident Evil,疑问词是What。对于较复杂的问题,这类方法通常使用启发式规则和模板将复杂问题分解成若干简单问题,依次处理简单问题再对各答案集合求交集。

确定中心实体的本质任务是实体识别(Entity Recognition),其目标是检测出自然语言问题中代表实体的短语,并进一步将这些短语映射到特定的实体上。后一步工作常被称作实体连接(Entity Linking)或者实体消歧。若识别出多个实体,通常选择其中置信度最高的实体,或依次作为中心实体进行后续步骤。

在确定中心实体后,自然语言问题就在知识图中有了一个定位。由于问题规模有限,通常假设答案在知识图中离中心实体的距离足够近。这样,一种简单直观的方法就是将中心实体θ步之内的邻居节点都作为候选答案(θ通常取2)。

1.2 问题答案排序

确定中心实体,以及候选答案后,需要给各候选答案进行评分或排序,从而决定最终的结果。这是基于信息检索方式的问答系统重要阶段。评分或排序的方法包括基于特征抽取的方法[3],也包括基于深度学习的Graph Embedding的方法[4]。

用来计算答案最终得分的特征多种多样,这些特征通常从实体、关系和答案三个角度出发。与实体相关的特征主要包括实体链接的置信度,实体的表征短语和实体之间的单词重叠数等。与关系相关的特征主要包括关系抽取的置信度,关系两侧可以接受的类型等。与答案相关的特征主要包括答案的数目、答案的类型等。除此之外,不同的问答系统还可能考虑各自独有的特征。在计算出候选答案的特征之后,需要使用某种排序模型进行排序,以选择最合适的结果。排序学习(Learningto Rank)在信息抽取(Information Retrieval)领域中已经受到广泛关注和系统研究[14],主要分为单文档方法(PointWise Approach)、文档对方法(PairWise Approach)和文档列表方法(ListWise Approach)。其中文档对方法将排序问题转化为分类问题,在KB-QA任务中的表现较好,一些较成熟的算法可以直接使用,例如SVM-rank[15]。

另一方面,一些系统利用神经网络和各类Embedding的方法,直接评价候选答案与原问题之间的匹配程度。文献[1]将候选答案和原问题分别向量化,再使用多通道卷积神经网络(MCCNN)计算候选答案与原问题之间的相似度。文献[2]将候选实体生成与关系抽取(Relation Extraction)结合起来,利用原问题的上下文信息,使用卷积神经网络为候选实体对应的关系进行打分。文献[4]将候选答案周围的边和节点一同作为子图进行Embedding,再与原问题的向量做点乘作为得分(如图2所示)。

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### 关于知识图谱与RAG的实际应用案例 知识图谱作为一种结构化的知识库,可以以图的形表示实体、关系以及属性之间的联系[^1]。这种技术不仅提供了丰富的语义信息和推理能力,还能够显著增强RAG(Retrieval-Augmented Generation)模型的表现力,使其能更好地理解和回应用户的复杂查询需求。 #### 使用Neo4j和LangChain实现的知识图谱-RAG集成方案 在实际项目中,可以通过结合Neo4j数据库和LangChain框架来构建基于知识图谱的RAG应用程序。具体而言,这一过程涉及以下几个方面: - **环境搭建** 利用Neo4j作为存储层,建立支持高效图遍历的数据管理系统;同时配置LangChain工具集以便处理自然语言输入并执行检索操作[^3]。 - **数据导入流程** 将外部来源的信息转化为适合存入知识图谱中的节点与边形,并通过批量加载机制完成初始填充工作。此阶段需特别注意保持原始资料准确性的同时优化其内部连接逻辑。 - **混合检索策略设计** 设计一套综合考虑非结构化文档索引查找结果同已有KG匹配程度的方法论体系——即所谓“混合检索”。其中既包含了针对纯文本内容的传统搜索引擎定位手段,也涵盖了专门面向已知模下特定类别对象间潜在关联性的探索路径规划功能模块开发等内容。 - **定义完整的RAG链条架构** 明确各个环节衔接方及其参数调整范围,在此基础上形成闭环反馈控制回路用于持续改进整体性能表现水平。最终目的是让整个系统能够在面对新情况时自动做出适当反应而无需过多人工干预即可达到预期目标效果。 以下是利用Python脚本展示如何初始化一个简单的基于上述理念的应用实例片段代码示例: ```python from langchain import PromptTemplate, LLMChain from langchain.llms import OpenAI from langchain.graphs import Neo4jGraph graph = Neo4jGraph(url="bolt://localhost:7687", username="neo4j", password="password") template = """Given the following context from a knowledge graph: {context} Answer the question: {question}""" prompt = PromptTemplate(template=template, input_variables=["context", "question"]) llm_chain = LLMChain(prompt=prompt, llm=OpenAI()) def run_query(question): query = f"MATCH (n) WHERE n.name =~ '(?i).*{question}.*' RETURN n LIMIT 5" result = graph.query(query) formatted_result = "\n".join([record["n"].as_dict()["name"] for record in result]) answer = llm_chain.run({"context":formatted_result,"question":question}) return answer print(run_query("example entity")) ``` 以上仅为简化版演示用途,请依据实际情况扩展完善相应部分细节设置选项等。
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