关于自然语言处理:算法专家解读-开放搜索教育搜题能力和实践

简介：达摩院算法专家 – 徐光伟（昆卡）聚焦在线教育行业的拍照搜题场景，介绍如何利用凋谢搜寻来构建更高搜寻性能及搜题准确率的搜题零碎，从而助力在线教育行业客户把握更高层次用户体验的获客工具。

讲师：徐光伟（昆卡）– 阿里云达摩院算法专家

视频地址：https://developer.aliyun.com/live/246649

教育搜题解决方案地址：https://www.aliyun.com/page-source/data-intelligence/activity/edusearch

凋谢搜寻简介 - 引擎劣势

凋谢搜寻（OpenSearch）是基于阿里巴巴自主研发的大规模分布式搜索引擎搭建的一站式智能搜寻业务开发平台，通过内置各行业的查问语义了解、机器学习排序算法等能力，提供充沛凋谢的算法及引擎能力，助力开发者疾速搭建更高性能、更高搜寻基线成果的智能搜寻服务。

其搜索引擎采纳阿里自研的整套搜寻工程体系 -AIOS 零碎，撑持着阿里系蕴含淘宝、天猫、lazada、闲鱼、优酷、菜鸟、盒马等全副的搜寻场景，在稳定性和工程效率上都是行业领先水平。凋谢搜寻简介 - 算法劣势

凋谢搜寻（OpenSearch）在算法上集成达摩院 NLP（自然语言解决）团队的核心技术，NLP Foundations 中的词法剖析、句法分析、语义剖析、文本剖析、deep learning 技术都处于业界当先。通过对各行业智能语言解决的深入研究，在凋谢搜寻的行业利用中产品化落地。

教育搜题 - 业务背景

近几年在线教育行业飞速发展，依据 2020 中国移动互联网教育学习 APP 行业月活用户规模 TOP10 的统计，月活前十中针对 K12 教育的 APP 有 6 个，具备搜题场景的 APP 有 5 个；阐明了搜题性能在教育行业的的重要性。

(数据起源:QuestMobile<2020 中国移动互联网年度大报告 >)

工具型的产品能力，它是用来帮忙产品取得大量的用户和流量，从而为其余的业务提供变现能力。在线教育行业中拍照搜题作为产品掠夺流量最重要的工具，抓住了家长、学生辅导和解题上需要，为其余的业务变现提供源源不断的流量。正是因为这样的定位，搜题的准确性和效率变得更加重要，将间接影响品牌的口碑和用户粘性。

教育搜题 - 业务特点

海量题库

客户的题库个别都是千万甚至亿级别，而且还在疾速继续的增长。同时搜题业务存在比拟显著的顶峰景象。在平时的早晨 787 到 8 点，尤其是周末的最初一天或者是节假日的最初一天。QPS 存在很显著的顶峰，具备高弹性和低提早的云搜寻，云搜寻能力就成为了客户的首选。

场景丰盛

搜题的场景越来越丰盛，涵盖不同的年级，比方低年级呈现比拟多的像看图识字、连线题等，这种须要图片信息的，还有蕴含不同的学科，当初已有的学科曾经超过 10 个，这些丰盛的场景都会对搜寻成果产生影响。

算法需要

因为收集产品个别只会展示 top 3 到 top5 的 1 个后果，对于准确性的要求极高，同时还会依赖一些多模态和多元的算法能力来解决图文搜寻和多元解决的需要。

凋谢搜寻如何提供精准高效、稳固的一站式搜题解决方案

• 右边：用户拍照题目，通过 OCR 辨认之后的文本，通过两头的凋谢搜寻（OpenSearch）引擎失去 Top 3- 5 的召回后果进行展现；
• 左边：客户题库，凋谢搜寻会严格保障客户数据的平安和隐衷；
• 两头：凋谢搜寻（Open Search）引擎局部蕴含了文档召回、排序定制和干涉性能三大模块；

凋谢搜寻 Query 解决流程

查问语义了解

案例阐明：

教育搜题定制分词器

搜题场景分词难点：

1. 英文题目，ocr 辨认之后的空格缺失；
2. 数学题目 latex 公式示意之后的切分；

解决办法:

• 针对第一个问题，收集千万级K12 英文语料训练语言模型，即使对超长的英文连写也能够精准切分；
• 针对第二个问题，利用凋谢搜寻自带的 分词干涉能力 将 latex 示意中的运算符号预处理;   

类目预测 - 学科、题型分类

什么是类目预测？

  简略来说，用户输出一个 query，查问失去一批商品，通过计算每一个商品所属的类目与 query 之间的相关度，只有商品的排序公式中援用了这个相关度，那么对于这个商品来说，它所属的类目与 query 的相关度越高，它的排序公式的计算结果就取得了越高的排序得分，从而这个商品就会排在越后面。

教育行业中的利用

• 联合输⼊的图⽚信息和 OCR 辨认之后的后果预测输⼊题⽬的学科类别、题目类型；
• 预测各⽂本⽚段的字段类型(题干形容、选项等等)；

词权重剖析

性能介绍 ：该性能次要剖析了查问中每一个词在文本中的 重要水平，并将其量化成权重，权重较低的词可能不会参加召回。这样能够防止当用户输出的查问词中蕴含一些权重低的词时，依然按用户输出的查问词限度召回，导致命中后果过少。

性能用处：Query 丢词、改写、文本相关性剖析；

1. 基于用户行为生成训练数据

首先是基于 querydock 点击行为去构建点击图，而后利用 vpc 计算法失去 TOM 之间的一个重要度偏训

2. 词权重模型训练

• 在进行布局之后失去训练数据利用序列标注模型去预测每一个特用的权重；
• 预测标签(7,4,1), 分值越⾼表⽰ term 的重要性越⼤，召回后果更精确；

示例：

Query 改写 - 干涉性能

凋谢搜寻除了曾经内置的这些算法能力同时还反对用户的批量干涉：：词典、拼写纠错，同义词，词权重等；

示例：

1. OCR 辨认可能会把一些非题目因素辨认进来烦扰 query 剖析的后果，这时候能够应用词权重干涉的形式保障非题目因素字段被打标成低权重，保障召回和排序成果；
2. 用户能够自定义同义词来扩召回，例如“立方米”->“吨”；

教育搜题排序定制

零碎凋谢了两阶段排序过程：根底排序和业务排序，即粗排和精排；根底排序即是海选，从检索后果中疾速找到品质高的文档，取出 TOP N 个后果再依照精排进行精密算分，最终返回最优的后果给用户。为了实现更细粒度的排序成果，联合排序表达式（Ranking Formula）能够为利用自定义搜寻后果排序形式。

多路召回 - 语义向量召回

为什么搜题要做多路召回？

教育拍照搜题场景相比网页 / 电商的文本搜寻有显著差别：

• 搜寻 query 特地长：惯例检索 term 数下限 30，搜题须要放到 100；
• 搜寻 query 是由拍照 OCR 辨认之后失去的文本，要害 term 的辨认谬误会重大影响召回排序；

纯文本查问计划

1. OR 逻辑查问

• 为了升高无后果率，搜题客户常见的零碎是基于 ES 默认的 OR 逻辑，latency 高，计算耗费大；
• OpenSearch 也反对 OR 逻辑，针对 latency 高能够通过并行 seek 的形式优化，但整体计算耗费依然高；

2. AND 逻辑查问

• 采纳通用的 query 剖析模块，无后果率高，整体准确性不如 OR 逻辑；
• 针对教育领域优化定制的 query 剖析模块，大幅提高成果，准确性靠近 OR 逻辑；

如何去兼顾计算耗费和搜寻准确性那？咱们在此引入了文本向量检索

文本向量检索

指标：通过文本向量检索扩召回，联合 AND 逻辑查问，做到 latency 和计算耗费低于 OR 逻辑的状况下准确性更高；

向量召回采纳目前最先进的 BERT 模型，其中针对教育搜题做的 特地优化 有：

• BERT 模型采纳达摩院自研的 StructBERT，并针对教育行业定制模型；
• 向量检索引擎采纳达摩院自研的 proxima 引擎，准确性和运行速度远超开源零碎；
• 训练数据能够基于客户的搜寻日志一直积攒，成果继续晋升；

这个图咱们能够看到有一项召回，在召回率上曾经达到凹逻辑。同时在准确性上当初超出 2 逻辑 3 到 5 个点，整体的召回到数缩小 40 倍的状况下，latency 能够升高 10 倍以上。

成果：

1. 召回率达到 OR 逻辑
2. 准确性超出 OR 逻辑 3%-5%
3. 整体召回 doc 数量缩小 40 倍，latency 升高 10 倍以上

多路召回 - 文本向量多路召回

多路召回劣势：

   文本召回和语义向量召回的联合在搜题场景曾经验证无效，凋谢搜寻的多路召回架构还将有更多的应用空间：图片向量召回、公式召回、个性化召回。

   除了凋谢搜寻内置的向量模型，咱们也将反对客户本人的向量索引，欢送客户和咱们一起深耕搜题算法优化。

搜题案例成果展现

案例 1：搜题 query：” 张慧研所指与小磁大略相近的是乐府之音

案例 2：搜题 Query:“如图是由一些雷同的小正方体搭成的几何体从三个不同方向看失去的形态图, 则搭成这样的几何体须要 \_\_个小正方体

最佳实际 – 凋谢搜寻比照开源 / 自建劣势

1、某 K12 教育客户： 某在线教育平台，主打 K12 教育，用户数千万级别，题库量 8 千万左右且继续减少，由自建题库和第三方题库两局部组成，之前通过 OCR+ 自建 ES 搜寻服务实现拍照搜寻性能，面临的次要问题是搜寻准确率待优化晋升，升高搜寻提早等问题。

客户反馈：

• 搜题准确率绝对值晋升 5%；
• 延时从 100ms-300ms 降到稳固 50ms；
• 离线数据同步大于 4000TPS；

2、某高职教育客户：某聚焦在大学生搜题畛域的在线教育公司，产品 DAU300W，月活 1000W，业务高峰期日均搜题 PV 过亿。

客户反馈：

• 比照自建零碎顶峰搜寻耗时 >2s, 凋谢搜寻稳固搜寻耗时 50ms，同比降落 40 倍；
• TOP5 题目搜寻准确率均匀晋升 2.4%；
• 搜寻无后果率从高于 40% 升高至不到 1%;
• 业务高峰期秒级平滑扩容，解决高并发搜寻需要；
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