关于人工智能:手把手教学构建农业知识图谱农业领域的信息检索智能问答命名实体识别关系抽取实体关系查询

手把手教学构建农业知识图谱：农业畛域的信息检索 + 智能问答，命名实体辨认，关系抽取，实体关系查问

1. 我的项目介绍：

成果展现：

• 目录构造：

.
├── MyCrawler      // scrapy 爬虫我的项目门路(已爬好)
│   └── MyCrawler
│       ├── data
│       └── spiders
├── data\ processing    // 数据荡涤(已无用)
│   └── data
├── demo     // django 我的项目门路
│   ├── Model  // 模型层，用于封装 Item 类，以及 neo4j 和 csv 的读取
│   ├── demo   // 用于写页面的逻辑(View)
│   ├── label_data    // 标注训练集页面的保留门路
│   │   └── handwork
│   ├── static    // 动态资源
│   │   ├── css
│   │   ├── js
│   │   └── open-iconic
│   ├── templates   // html 页面
│   └── toolkit   // 工具库，包含预加载，命名实体辨认
│   └── KNN_predict   
├── KNN_predict    // KNN 算法预测标签
├── dfs_tree_crawler     // 爬取互动百科农业实体树形构造的爬虫
└── wikidataSpider    //  爬取 wiki 中的关系

• 可复用资源
• hudong_pedia.csv : 曾经爬好的农业实体的百科页面的结构化 csv 文件
• labels.txt：5000 多个手工标注的实体类别
• predict_labels.txt: KNN 算法预测的 15W 多个实体的类别
• /wikidataSpider/wikidataProcessing/wikidata_relation.csv: predict_labels.txt 中实体在 wikidata 中对应的三元组关系
• attributes.csv: 局部实体的属性(互动百科页面中间接失去)
• wikidataSpider/weatherData/static_weather_list.csv：气象类型列表
• wikidataSpider/weatherData/weather_plant.csv：气象与动物的种植关系
• wikidataSpider/weatherData/city_weather.csv：城市与气象的关系

我的项目码源见文章顶部或文末

我的项目码源点击跳转

2. 我的项目配置

0. 装置根本环境：

确保装置好 python3 和 Neo4j（任意版本）

装置一系列 pip 依赖：cd 至我的项目根目录，运行 sudo pip3 install -r requirement.txt

1. 导入数据：

将 hudong_pedia.csv 导入 neo4j：开启 neo4j，进入 neo4j 控制台。将 hudong_pedia.csv 放入 neo4j 装置目录下的 /import 目录。在控制台顺次输出：

// 将 hudong_pedia.csv 导入
LOAD CSV WITH HEADERS  FROM "file:///hudong_pedia.csv" AS line  
CREATE (p:HudongItem{title:line.title,image:line.image,detail:line.detail,url:line.url,openTypeList:line.openTypeList,baseInfoKeyList:line.baseInfoKeyList,baseInfoValueList:line.baseInfoValueList})  

// 新增了 hudong_pedia2.csv
LOAD CSV WITH HEADERS  FROM "file:///hudong_pedia2.csv" AS line  
CREATE (p:HudongItem{title:line.title,image:line.image,detail:line.detail,url:line.url,openTypeList:line.openTypeList,baseInfoKeyList:line.baseInfoKeyList,baseInfoValueList:line.baseInfoValueList})  

// 创立索引
CREATE CONSTRAINT ON (c:HudongItem)
ASSERT c.title IS UNIQUE

以上两步的意思是，将 hudong_pedia.csv 导入 neo4j 作为结点，而后对 titile 属性增加 UNIQUE（惟一束缚 / 索引）

（如果导入的时候呈现 neo4j jvm 内存溢出，能够在导入前，先把 neo4j 下的 conf/neo4j.conf 中的 dbms.memory.heap.initial_size 和 dbms.memory.heap.max_size 调大点。导入实现后再把值改回去）

进入 /wikidataSpider/wikidataProcessing 中，将 new_node.csv,wikidata_relation.csv,wikidata_relation2.csv 三个文件放入 neo4j 的 import 文件夹中（运行 relationDataProcessing.py 能够失去这 3 个文件），而后别离运行

// 导入新的节点
LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///new_node.csv" AS line
CREATE (:NewNode { title: line.title})

// 增加索引
CREATE CONSTRAINT ON (c:NewNode)
ASSERT c.title IS UNIQUE

// 导入 hudongItem 和新退出节点之间的关系
LOAD CSV  WITH HEADERS FROM "file:///wikidata_relation2.csv" AS line
MATCH (entity1:HudongItem{title:line.HudongItem}) , (entity2:NewNode{title:line.NewNode})
CREATE (entity1)-[:RELATION { type: line.relation}]->(entity2)

LOAD CSV  WITH HEADERS FROM "file:///wikidata_relation.csv" AS line
MATCH (entity1:HudongItem{title:line.HudongItem1}) , (entity2:HudongItem{title:line.HudongItem2})
CREATE (entity1)-[:RELATION { type: line.relation}]->(entity2)

导入实体属性(数据起源: 互动百科)

将 attributes.csv 放到 neo4j 的 import 目录下，而后执行

LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///attributes.csv" AS line
MATCH (entity1:HudongItem{title:line.Entity}), (entity2:HudongItem{title:line.Attribute})
CREATE (entity1)-[:RELATION { type: line.AttributeName}]->(entity2);
                                                            
LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///attributes.csv" AS line
MATCH (entity1:HudongItem{title:line.Entity}), (entity2:NewNode{title:line.Attribute})
CREATE (entity1)-[:RELATION { type: line.AttributeName}]->(entity2);
                                                            
LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///attributes.csv" AS line
MATCH (entity1:NewNode{title:line.Entity}), (entity2:NewNode{title:line.Attribute})
CREATE (entity1)-[:RELATION { type: line.AttributeName}]->(entity2);
                                                            
LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///attributes.csv" AS line
MATCH (entity1:NewNode{title:line.Entity}), (entity2:HudongItem{title:line.Attribute})
CREATE (entity1)-[:RELATION { type: line.AttributeName}]->(entity2)  

// 咱们建索引的时候带了 label，因而只有应用 label 时才会应用索引，这里咱们的实体有两个 label，所以一共做 2 *2= 4 次。当然，能够建设全局索引，即对于不同的 label 应用同一个索引
                                                            
          
                                                                                                                         

导入气象名称:

将 wikidataSpider/weatherData/static_weather_list.csv 放在指定的地位(import 文件夹下)

// 导入节点
LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///static_weather_list.csv" AS line
MERGE (:Weather { title: line.title})

// 增加索引
CREATE CONSTRAINT ON (c:Weather)
ASSERT c.title IS UNIQUE

导入气象与动物的关系

将 wikidataSpider/weatherData/weather_plant.csv 放在指定的地位(import 文件夹下)
// 导入 hudongItem 和新退出节点之间的关系
LOAD CSV  WITH HEADERS FROM "file:///weather_plant.csv" AS line
MATCH (entity1:Weather{title:line.Weather}) , (entity2:HudongItem{title:line.Plant})
CREATE (entity1)-[:Weather2Plant { type: line.relation}]->(entity2)
导入城市的气象

将 city_weather.csv 放在指定的地位(import 文件夹下)
(这步大概须要 15 分钟左右)
// 导入城市对应的气象
LOAD CSV WITH HEADERS FROM "file:///city_weather.csv" AS line
MATCH (city{title:line.city}) , (weather{title:line.weather})
CREATE (city)-[:CityWeather { type: line.relation}]->(weather)

以上步骤是导入爬取到的关系

2. 下载词向量模型：（如果只是为了运行我的项目，步骤 2 能够不做，预测后果曾经离线解决好了）

3. 批改 Neo4j 用户

进入 demo/Model/neo_models.py, 批改第 9 行的 neo4j 账号密码，改成你本人的

4. 启动服务

进入 demo 目录，而后运行脚本：

sudo sh django_server_start.sh

这样就胜利的启动了 django。咱们进入 8000 端口主页面，输出文本，即可看到以下命名实体和分词的后果（确保 django 和 neo4j 都处于开启状态）

2.1 农业知识问答

2.2 关系查问

• 批改局部配置信息
• 关系查问中，增加了 2 个实体间的最短路查问，从而挖掘出实体之间一些奇怪的隐含关系

2.3 农业实体辨认 + 实体分类

点击实体的超链接，能够跳转到词条页面（词云采纳了词向量技术）：

2.3.1 实体查问

实体查问局部，咱们可能搜寻出与某一实体相干的实体，以及它们之间的关系：

2.3.2 关系查问

关系查问即查问三元组关系 entity1-[relation]->entity2 , 分为如下几种状况:

• 指定第一个实体 entity1
• 指定第二个实体 entity2
• 指定第一个实体 entity1 和关系 relation
• 指定关系 relation 和第二个实体 entity2
• 指定第一个实体 entity1 和第二个实体 entity2
• 指定第一个实体 entity1 和第二个实体 entity2 以及关系 relation

下图所示，是指定关系 relation 和第二个实体 entity2 的查问后果

2.4 常识的树形构造

农业知识概览局部，咱们可能列出某一农业分类下的词条列表，这些概念以树形构造组织在一起：

农业分类的树形图：

2.5 训练集标注

咱们还制作了训练集的手动标注页面，每次会随机的跳出一个未标注过的词条。链接：http://localhost:8000/tagging-get , 手动标注的后果会追加到 /label_data/labels.txt 文件开端：

咱们将这部分做成了小工具，可复用：https://github.com/qq547276542/LabelMarker

(update 2018.04.07) 同样的，咱们制作了标注关系提取训练集的工具，如下图所示

如果 Statement 的标签是对的，点击 True 按钮；否则抉择一个关系，或者输出其它关系。若以后句子无奈判断，则点击 Change One 按钮换一条数据。

阐明: Statement 是 /wikidataSpider/TrainDataBaseOnWiki/finalData 中 train_data.txt 中的数据，咱们将它转化成 json, 导入到 mongoDB 中。标注好的数据同样存在 MongoDB 中另一个 Collection 中。对于 Mongo 的应用办法能够参考官网 tutorial，或者利用这篇文章简略理解一下 MongoDB

咱们在 MongoDB 中应用两个 Collections，一个是 train_data，即未经人工标注的数据；另一个是 test_data，即人工标注好的数据。

应用办法: 启动 neo4j,mongodb 之后，进入 demo 目录，启动 django 服务，进入 127.0.0.1:8000/tagging 即可应用

3. 命名实体辨认:

应用 thulac 工具进行分词，词性标注，命名实体辨认（仅人名，地名，机构名）
为了辨认农业畛域特定实体，咱们须要：

1. 分词，词性标注，命名实体辨认
2. 以辨认为命名实体（person，location，organzation）的，若实体库没有，能够标注进去
3. 对于非命名实体局部，采纳肯定的词组合和词性规定，在 O(n)工夫扫描所有分词，过滤掉不可能为农业实体的局部（例如动词必定不是农业实体）
4. 对于残余词及词组合，匹配知识库中以分好类的实体。如果没有匹配到实体，或者匹配到的实体属于 0 类（即非实体），则将其过滤掉。
5. 实体的分类算法见下文。

3.1 实体分类：

3.1.1 特征提取：

3.1.2 分类器：KNN 算法

• 无需示意成向量，比拟类似度即可
• K 值通过网格搜寻失去

• 定义两个页面的类似度 sim(p1,p2)：

  • title 之间的词向量的余弦类似度(利用 fasttext 计算的词向量可能防止 out of vocabulary)
  • 2 组 openType 之间的词向量的余弦类似度的平均值
  • 雷同的 baseInfoKey 的 IDF 值之和（因为‘中文名’这种属性奉献应该比拟小）
  • 雷同 baseInfoKey 下 baseInfoValue 雷同的个数
  • 预测一个页面时，因为 KNN 要将该页面和训练集中所有页面进行比拟，因而每次预测的复杂度是 O(n)，n 为训练集规模。在这个过程中，咱们能够统计各个分类似度的 IDF 值，均值，方差，标准差，而后对 4 个类似度进行标准化:(x- 均值)/ 方差
  • 下面四个局部的类似度的加权和为最终的两个页面的类似度，权值由向量 weight 管制，通过 10 折叠穿插验证 + 网格搜寻失去

3.2 Labels：（命名实体的分类）

4. 农业知识图谱关系抽取

应用近程监督办法构建数据集，利用 tensorflow 训练 PCNN 模型

4.1 关系主动抽取

农业知识图谱关系抽取

• data

解决数据集，失去关系抽取须要用到的 json 文件

步骤:

• 如果以后文件夹下没有filter_train_data_all_deduplication.txt, 那么进入 wikidataSpider 目录，依据 TrainDataBaseOnWiki/readme.md 中所述办法，取得filter_train_data_all_deduplication.txt (生成数据工夫比拟长，倡议用公开数据集测试。应用公开数据集，间接从进入 Algorithm, 疏忽之后所有的操作)
• 运行python dosomething.py filter_dataset 失去filtered_data.txt
• 运行python preprocessing.py rel2id 失去 rel2id.json
• 运行 python preprocessing.py dataset.json 失去 dataset.json
• 运行python preprocessing.py word2vecjson 失去 word2vec.json
• 运行 python preprocessing.py entity2id 失去 entity2id.json
• 运行 python preprocessing.py dataset_split 失去 train_dataset.json 和 test_dataset.json

失去的 rel2id.json,word2vec.json,entity2id.json,train_dataset.json 和 test_dataset.json 为关系提取算法所需的数据，将其放在 algorithm 的 data/agriculture 目录下

4.2 关系提取的算法

关系提取的算法局部,tensorflow 实现, 代码框架以及 PCNN 的实现参照 https://github.com/thunlp/OpenNRE

更多优质内容请关注公号 & 知乎：汀丶人工智能；会提供一些相干的资源和优质文章，收费获取浏览。

我的项目码源见文章顶部或文末

我的项目码源点击跳转

本文参加了 SegmentFault 思否写作挑战「摸索编码世界之旅 – 记我的第一份编程工作」，欢送正在浏览的你也退出。