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校园智能问答系统与知识库的实现与应用

2026-02-04 13:46
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小明:嘿,小李,最近我在做一个项目,是关于校园智能问答系统的。你对这个有了解吗?

小李:哦,智能问答系统啊!听起来挺有意思的。你是怎么开始的?

小明:我打算用Python来写一个简单的问答系统,结合一个知识库。你知道怎么实现吗?

小李:当然知道!你可以先构建一个知识库,然后使用自然语言处理(NLP)技术来解析用户的问题,再从知识库中找到答案。

小明:那知识库具体怎么构建呢?是不是需要数据库或者某种结构化的数据?

小李:没错。你可以使用JSON文件或者关系型数据库,比如MySQL,来存储问题和对应的答案。例如,可以有一个“questions”表,包含“question”和“answer”字段。

小明:明白了。那接下来该怎么处理用户的输入呢?

小李:你需要对用户的问题进行预处理,比如去除停用词、分词,然后使用像jieba这样的中文分词工具,或者spaCy处理英文文本。

小明:那如果用户的问题和知识库中的问题不完全匹配怎么办?比如用户问的是“怎么申请奖学金”,而知识库里有“如何申请助学金”。

小李:这时候就需要用到相似度算法了,比如余弦相似度或者TF-IDF。你可以计算用户问题与知识库中每个问题的相似度,找到最接近的那个。

小明:听起来有点复杂。有没有什么现成的库可以用?

小李:有的。比如用scikit-learn里的TfidfVectorizer来生成向量,然后用cosine_similarity计算相似度。

小明:那我可以直接写代码试试看吗?

小李:当然可以!下面我给你一段示例代码,展示如何构建知识库并进行相似度匹配。

小明:太好了!请给我看看。

小李:好的,下面是Python代码:

import json

from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer

from sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity

# 构建知识库

knowledge_base = {

"questions": [

"如何申请奖学金?",

"怎么查询成绩?",

"学校有哪些社团?",

"如何办理学生证?"

],

"answers": [

"您可以通过教务处官网提交申请表。",

"登录教务系统即可查看个人成绩。",

"校团委网站有详细的社团介绍。",

"携带身份证到学工部办理。"

]

}

# 将问题和答案保存为列表

questions = knowledge_base["questions"]

answers = knowledge_base["answers"]

# 使用TF-IDF向量化

vectorizer = TfidfVectorizer()

tfidf_matrix = vectorizer.fit_transform(questions)

# 用户输入

user_input = input("请输入你的问题:")

# 向量化用户输入

user_vector = vectorizer.transform([user_input])

# 计算相似度

similarities = cosine_similarity(user_vector, tfidf_matrix).flatten()

# 找出最相似的问题

most_similar_index = similarities.argmax()

# 输出答案

print("答案:", answers[most_similar_index])

小明:这段代码看起来很清晰。那如果我要扩展知识库,应该怎么处理?

小李:你可以将知识库存储在数据库中,比如MySQL或MongoDB。这样你就可以动态地添加或修改问题和答案,而不需要每次都修改代码。

小明:那我应该怎样连接数据库呢?

小李:可以用Python的SQLAlchemy或者pymysql库。下面是一个简单的例子,使用MySQL数据库。

小明:好,让我看看。

import pymysql

from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer

from sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity

# 连接数据库

conn = pymysql.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='campus_qa'

)

cursor = conn.cursor()

# 查询知识库数据

cursor.execute("SELECT question, answer FROM qa_table")

results = cursor.fetchall()

# 提取问题和答案

questions = [row[0] for row in results]

answers = [row[1] for row in results]

# 向量化

vectorizer = TfidfVectorizer()

tfidf_matrix = vectorizer.fit_transform(questions)

# 用户输入

user_input = input("请输入你的问题:")

# 向量化

user_vector = vectorizer.transform([user_input])

# 相似度计算

similarities = cosine_similarity(user_vector, tfidf_matrix).flatten()

# 找出最相似的问题

most_similar_index = similarities.argmax()

# 输出答案

print("答案:", answers[most_similar_index])

# 关闭连接

cursor.close()

conn.close()

小明:这真是个不错的思路!不过我还想进一步提升系统的准确性,有什么建议吗?

小李:你可以引入深度学习模型,比如BERT,来进行更精确的语义理解。BERT能够更好地捕捉句子的上下文含义,从而提高匹配准确率。

小明:那怎么用BERT来做呢?有没有现成的库?

小李:有的。你可以使用transformers库,由Hugging Face开发。下面是一个简单的例子。

小明:太棒了,我这就去试试。

from transformers import BertTokenizer, BertForSequenceClassification

import torch

# 加载预训练的BERT模型和分词器

model_name = 'bert-base-uncased'

tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained(model_name)

model = BertForSequenceClassification.from_pretrained(model_name)

# 定义知识库

knowledge_base = {

"questions": [

"如何申请奖学金?",

"怎么查询成绩?",

"学校有哪些社团?",

问答系统

"如何办理学生证?"

],

"answers": [

"您可以通过教务处官网提交申请表。",

"登录教务系统即可查看个人成绩。",

"校团委网站有详细的社团介绍。",

"携带身份证到学工部办理。"

]

}

# 用户输入

user_input = input("请输入你的问题:")

# 分词并编码

inputs = tokenizer(user_input, return_tensors="pt", padding=True, truncation=True)

# 获取嵌入向量

with torch.no_grad():

outputs = model(**inputs)

embeddings = outputs.last_hidden_state.mean(dim=1)

# 对知识库中的问题进行编码

question_embeddings = []

for question in knowledge_base["questions"]:

q_inputs = tokenizer(question, return_tensors="pt", padding=True, truncation=True)

with torch.no_grad():

q_outputs = model(**q_inputs)

q_embeddings = q_outputs.last_hidden_state.mean(dim=1)

question_embeddings.append(q_embeddings)

# 计算相似度

similarities = [torch.nn.functional.cosine_similarity(embeddings, q_emb) for q_emb in question_embeddings]

most_similar_index = similarities.index(max(similarities))

# 输出答案

print("答案:", knowledge_base["answers"][most_similar_index])

小明:这段代码确实能更准确地理解用户的问题。看来我还需要学习一些深度学习的知识。

小李:是的,但别担心,从基础开始,逐步深入。你也可以参考Hugging Face的文档,里面有很多例子。

校园智能问答

小明:谢谢你的帮助!我现在对校园智能问答系统的实现有了更清晰的认识。

小李:不客气!如果你有任何问题,随时可以问我。祝你项目顺利!

小明:一定会的!

(完)

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