基于知识图谱的菜谱问答系统——需求分析
1.项目背景
近年来,人机对话系统作为人工智能的一个重要领域,得到了许多关注和发展。传统信息检索技术已经不能满足人们对信息获取效率的要求,智能问答系统应运而生,并成为自然语言处理领域一个非常重要的研究热点。
知识图谱（Knowledge Graph）于2012年5月17日被Google正式提出，其初衷是为了提高搜索引擎的能力，增强用户的搜索质量以及搜索体验。知识图谱是一种结构化的语义知识库，用于以符号形式描述物理世界中的概念及其相互关系，其基本组成单位是“实体 关系 实体”三元组，以及实体及其相关属性值对，实体间通过关系相互联结构成网状知识结构。
随着知识图谱的不断发展,越来越多的知识图谱出现在人们视野当中,这些知识图谱在各个领域中得到广泛应用,能够作为智能问答的高质量数据源。知识图谱用于智能问答领域主要有两个方面:一方面,问答系统可以直接从知识图谱中检索答案;另一方面，知识图谱能够给智能问答系统提供外部信息,从而提高问答系统的性能,这两个方面都是研究的热点。
2.项目需求
采用知识图谱组织机器人的知识库，并对用户输入进行推理、关联，实现对用户意图的准确理解，检索菜谱领域知识库并生成答案。
抽象用例：
需求中的动词短语： 组织机器人知识库、理解用户输入、检索知识库、生成答案
用例分析：
-
组织机器人知识库：
- 起始用户：用户输入菜谱数据
- 终止用户：知识图谱模块组织形成知识图谱新内容
- 是否完成有效任务：用户获得知识图谱内容
- 是否是业务流程：是
-
理解用户输入并生成答案：
- 起始用户：菜谱系统用户输入问题
- 终止用户：菜谱系统用户获得答案输出
- 是否完成有效任务：菜谱系统用户获得所提问题答案
- 是否是业务流程：是
-
检索知识库:
- 起始用户：问答模块发出检索请求
- 终止用户：问答模块获得检索信息
- 是否完成有效任务：问答模块成功检索到信息
- 是否是业务流程：否
综上所述，项目用例：组织机器人知识库、理解用户输入并生成答案。
高层用例：
- 组织机器人知识库（问答）：用例的开始状态是用户向知识图谱模块输入菜谱数据，结束状态是知识图谱模块分析组织获得新的知识图谱内容。
- 回答菜谱相关问题（知识图谱构建）：用例的开始状态是用户向问答模块输入问句，结束状态是用户获得从问答系统返回的问题。
用例图
扩展用例：
构建知识图谱：
| 用户 | 系统 |
|---|---|
| - | 展示构建知识图谱GUI |
| TUCBW输入菜谱数据 | 显示用户数据成功输入 |
| 选择生成知识图谱按钮 | 显示正在生成知识图谱 |
| - | 显示新的知识图谱内容已形成 |
| TUCEW获得图谱形成信息 | - |
问答：
| 用户 | 系统 |
|---|---|
| - | 展示问答系统GUI |
| TUCBW输入菜谱相关问题 | 显示用户输入问题成功及所输入问题 |
| - | 显示用户输入的问题的回答 |
| TUCEW获得系统返回的答案 | - |
数据模型：
本项目使用Neo4j图数据库来组织构建系统的数据模型，采用经典的知识图谱三元组模型：实体–关系–实体结构。
具体数据模型结构设计表：
//
//
项目流程图：
知识图谱模块
实体抽取模块
问答模块
输入
输入菜谱数据
使用
检索
使用
检索菜谱信息
用例1: 形成知识图谱
实体抽取
用例2: 回答菜谱相关问题
菜谱系统用户
3.项目设计
剧情描述：
构建知识图谱：
1)用户在主GUI中选择构建知识图谱
1.1）用户在知识图谱构建GUI中上传菜谱数据
1.2）知识图谱构建GUI将信息块发送到知识图谱模块
1.3）if（用户具有构建权限）
1.3.1）知识图谱模块将用户输入数据传递到实体抽取模块
1.3.2）实体抽取模块将标注数据返回到知识图谱模块
1.3.3）知识图谱模块根据标注数据构建知识图谱
1.3.4）知识图谱模块向知识图谱构建GUI返回信息：“知识图谱构建成功”
1.4）else
1.4.1）知识图谱模块向知识图谱构建GUI返回信息：“当前不具有构建知识图谱权限”
1.5)知识图谱构建GUI显示知识图谱模块的返回信息给用户
//
问答：
1）用户在主GUI中选择问答按钮
1.1）用户在问答GUI中输入问句
1.2）问答GUI向问答模块传入用户问句信息
1.3）问答模块将问句信息传入实体抽取模块
1.4）实体抽取模块返回标注数据到问答模块
1.5）问答模块将标注数据传入到知识图谱
1.6）知识图谱根据标注数据返回查询数据到问答模块
1.7）问答模块使用查询到的数据生成答句
1.8）问答模块将生成答句传到问答GUI
1.9）问答GUI显示问句给用户
分析序列图：
问答：
构建知识图谱：
设计类图：
问答：
构建知识图谱：
//
//
可采用的设计模式：
模板方法：在问答模块中可以采用模板方法
抽象出问答类用以完成问答的通用流程，其中细节方法由子类实现，其子类是特定类型问题的问答，负责实现针对该问题的答案生成等具体操作。
作者：453