BERT实现QA中的问句语义相似度计算

1. BERT 语义相似度

BERT的全称是Bidirectional Encoder Representation from Transformers,是Google2018年提出的预训练模型,即双向Transformer的Encoder,因为decoder是不能获要预测的信息的。模型的主要创新点都在pre-train方法上,即用了Masked LM和Next Sentence Prediction两种方法分别捕捉词语和句子级别的representation。

有一个这样的场景,QA对话系统,希望能够在问答库中找到与用户问题相似的句子对,然后把答案返回给用户。这篇就是要解决这个问题的。

关于 BERT 的原理知识请访问: http://mantchs.com/2019/09/28/NLP/BERT/

下面介绍一个封装好的 BERT 工具,利用该工具能够快速的得到词向量表示。该工具的名称叫做: bert-as-service,从名称就可以看出作者是把 BERT 作为一种服务了,只要调用该服务就能够得到我们想要的向量表示,得到向量以后,就可以通过余弦相似度的计算公式计算向量之间的相似度。

bert-as-service 源码详见: https://github.com/hanxiao/bert-as-service

bert-as-service 使用文档: https://bert-as-service.readthedocs.io/en/latest/index.html

步骤如下:

  1. 安装 bert-as-service 的服务端和客户端。
  2. 预训练 BERT 模型。
  3. 客户端编写代码请求服务端得到句向量。
  4. 句子与句子向量之间计算相似度,并返回 top_k 个结果。

2. 安装 bert-as-service

  1. 环境要求:

    Python版本 >= 3.5,Tensorflow版本 >= 1.10

    (本人环境,Python = 3.7 Tensorflow = 1.13.1)

  2. 安装服务端和客户端

    pip install -U bert-serving-server bert-serving-client

3. 启动 BERT 服务

  1. 下载预训练模型

    Google AI发布的经过预训练的BERT模型。这里我们下载 BERT-Base, Chinese,12-layer, 768-hidden, 12-heads, 110M parameters。

    链接:

    https://pan.baidu.com/s/1jJudiTj__vbFb0WkEQUxWw

    密码:mf4p

  2. 启动服务

    解压缩后,运行如下命令进行启动,目录换成解压后的路径。(-num_worker指定使用多少个CPU)

    bert-serving-start -model_dir /Users/mantch/Downloads/chinese_L-12_H-768_A-12 -num_worker=4

    运行后会看到如下结果:

        http_max_connect = 10             http_port = None          mask_cls_sep = False        max_batch_size = 256           max_seq_len = 25             model_dir = /Users/mantch/Downloads/chinese_L-12_H-768_A-12  no_position_embeddings = False      no_special_token = False            num_worker = 4         pooling_layer = [-2]      pooling_strategy = REDUCE_MEAN                  port = 5555              port_out = 5556         prefetch_size = 10   priority_batch_size = 16  show_tokens_to_client = False       tuned_model_dir = None               verbose = False                   xla = False

    其中就已经显示了port = 5555,port_out = 5556 等端口号信息。

    如果显示以下信息就表示可以使用了

    I:WORKER-0:[__i:gen:559]:ready and listening!  I:WORKER-3:[__i:gen:559]:ready and listening!  I:WORKER-1:[__i:gen:559]:ready and listening!  I:WORKER-2:[__i:gen:559]:ready and listening!  I:VENTILATOR:[__i:_ru:164]:all set, ready to serve request!

4. 相似度计算

  1. 数据集

    我们使用蚂蚁金服语义相似度比赛的一份数据集,该数据集分为 4 列,第一列是索引,第二列和第三列是句子,第四列中的 1 表示这两个句子是同义句,否则表示为 0。

    数据集下载地址: https://www.lanzous.com/ia9dg8b

  2. 编写代码

    import pandas as pd  import numpy as np  from bert_serving.client import BertClient  from termcolor import colored    num = 100     # 采样数  topk = 5     # 返回 topk 个结果    # 读取数据集  sentence_csv = pd.read_csv('atec_nlp_sim_train_all.csv', sep='t', names=['idx', 's1', 's2', 'label'])  sentences = sentence_csv['s1'].tolist()[:num]  print('%d questions loaded, avg.len %d' % (len(sentences), np.mean([len(d) for d in sentences])))      with BertClient(port=5555, port_out=5556) as bc:        # 获取句子向量编码      doc_vecs = bc.encode(sentences)        while True:          query = input(colored('your question:', 'green'))          query_vec = bc.encode([query])[0]            # 余弦相似度 分数计算。          # np.linalg.norm 是求取向量的二范数,也就是向量长度。          score = np.sum(query_vec * doc_vecs, axis=1) / np.linalg.norm(doc_vecs, axis=1)            '''               argsort()函数是将x中的元素从小到大排列,提取其对应的index(索引)                [::-1]取从后向前(相反)的元素, 例如[ 1 2 3 4 5 ]              则输出为[ 5 4 3 2 1 ]          '''          topk_idx = np.argsort(score)[::-1][:topk]          print('top %d questions similar to "%s"' % (topk, colored(query, 'green')))          for idx in topk_idx:              print('> %st%s' % (colored('%.1f' % score[idx], 'cyan'), colored(sentences[idx], 'yellow')))