使用Python和BERT构建问答系统

在自然语言处理（NLP）的领域中，问答系统已经引起了极大的关注，并成为许多应用的重要组成部分。这些系统旨在理解人类语言并为用户查询提供准确的响应，模拟人类之间的交互并增强用户体验。在NLP领域中，一种强大的模型是BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers），它已经改变了该领域。

由Google开发的Bidirectional Encoder Representations from Transformers是一种领先的NLP模型，以其在各种NLP任务中的出色性能而闻名，包括问答。BERT的关键创新在于它能够通过利用transformer架构和双向训练来捕捉句子中单词的上下文和含义。

传统的语言模型，如词嵌入，成功地根据其局部上下文来表示单词。然而，它们无法捕捉到句子中单词的完整上下文和含义，因为它们只考虑目标词前后的单词。BERT通过采用双向方法解决了这个限制，即同时考虑左右上下文。这种双向训练使BERT能够更深入地理解单词之间的关系以及它们所出现的上下文。

BERT的基于transformer模型的架构进一步增强了其性能。transformer模型利用自注意机制来捕捉句子中单词之间的依赖关系和关系。通过同时关注所有单词，BERT可以生成丰富的上下文化表示，捕捉单词之间复杂的语义关系。

BERT最显著的应用之一就是问答。利用BERT，我们可以构建高精确度和高效率的问答系统。这些系统可以理解问题的意思，并根据给定的上下文提供相关且准确的答案。无论是从大文本语料库中检索信息，还是协助用户解决常见问题，或者增强聊天机器人的功能，基于BERT的问答系统在提供准确响应和提高用户满意度方面表现出色。

起步

要开始，我们需要安装所需的库。打开您的终端或命令提示符，并使用以下命令安装transformers库，该库提供了一个易于使用的界面，用于与BERT一起使用−

pip install transformers

我将把整个过程分解成几个步骤，然后是完整的代码，这将有助于理解涉及的所有过程以及代码的完整分解，以更好地理解其组成部分。

创建具有BERT模型的问答系统涉及不同的步骤 –

• 了解BERT模型 - 在实施之前，让我们对BERT模型有一个高级的理解。BERT包括一个变压器编码器架构，利用双向训练来更好地理解句子中单词的上下文。这使得BERT能够生成丰富的上下文化单词表示，捕捉它们的语义意义。

• 数据预处理 - 为了构建我们的问答系统，我们需要一个包含问题及其对应答案的数据集。数据预处理涉及对文本进行标记化并将其转换为适合BERT模型的格式。我们将使用transformers库提供的标记器来执行此步骤。

• 对BERT进行微调以进行问答 - 微调涉及将预训练的BERT模型适应我们特定的问答任务。我们将利用transformers库加载预训练的BERT模型，并将其修改为问答。此过程包括添加一个问答头并在我们的数据集上对模型进行微调。

• 实施问答系统 - 现在我们已经准备好数据并微调了BERT模型，我们可以实现问答系统。我们将创建一个Python函数，它以问题和上下文作为输入，并返回预测的答案。此函数将利用微调的BERT模型生成答案。

• 测试问答系统 - 为了验证我们的问答系统的性能，我们将对其进行样本问题的测试，并评估预测答案的准确性。我们还将探索改善系统性能的技术，例如使用不同的模型架构或组合多个模型。

完整代码

示例

下面是完整的代码 –

import torch
from transformers import BertTokenizer, BertForQuestionAnswering

# Load the pretrained BERT model and tokenizer
model_name = 'bert-base-uncased'
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained(model_name)
model = BertForQuestionAnswering.from_pretrained(model_name)

# Function to predict the answer given a question and context
def predict_answer(question, context):
   encoding = tokenizer.encode_plus(question, context, return_tensors='pt', max_length=512, truncation=True)
   input_ids = encoding['input_ids']
   attention_mask = encoding['attention_mask']
   start_scores, end_scores = model(input_ids, attention_mask=attention_mask)
   start_index = torch.argmax(start_scores)
   end_index = torch.argmax(end_scores) + 1
   answer_tokens = tokenizer.convert_ids_to_tokens(input_ids[0][start_index:end_index])
   answer = tokenizer.convert_tokens_to_string(answer_tokens)
   return answer

# Test the question answering system
question = "What is the capital of France?"
context = "France, officially the French Republic, is a country whose capital is Paris."
answer = predict_answer(question, context)
print("Question:", question)
print("Answer:", answer)

样本输出

Question: What is the capital of France? 
Answer: Paris

结论

在本教程中，我们探索了使用Python和BERT模型构建问答系统的过程。我们首先安装了transformers库，该库提供了一个方便的接口来使用BERT。然后，我们深入讨论了主要内容，包括理解BERT模型、数据预处理、针对问答任务对BERT进行微调、实现问答系统以及测试其性能。