一，文件准备
该问答系统是基于已知的问题和其一一对应的答案进行实现的。首先需要准备两个文本文件，分别命名为“question.txt”和“answer.txt”，分别是问题文件和答案文件，每一行是一个问题以及对应的答案。
问题文件:
中国的首都是哪个城市？
今天气温多少度？
天津距离北京有多远？
小明正在干什么？
答案文件:
北京市
26度
135公里
在上课
二，实现原理
（1）导入模块
import jieba
import numpy as np
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer（2）读取数据集:输入为文件名，输出为列表
def read_corpus(file):lt = []with open(file, 'r', encoding='utf-8') as f:for line in f:lt.append(line.strip())
return lt执行结果:
>>> q_list = read_corpus("questions.txt")
>>> q_list
['中国的首都是哪个城市？', '今天气温多少度？', '天津距离北京有多远？', '小明正在干什么？']
>>> a_list = read_corpus("answers.txt")
>>> a_list
['北京市', '26度', '135公里', '在上课']
(3)分词
def preprocess_text(q_list):lt = []for q in q_list:q = word_segment(q)lt.append(q)
return ltpreprocess_text()函数将列表q_list中的句子逐个切词，并放入lt列表中。
在preprocess_text()函数调用word_segment()函数。
def word_segment(sentence):
return ",".join(jieba.cut(sentence))>>> s = "今天气温多少度？"
>>> word_segment(s)
'今天,气温,多少度,？'
将（2）中的q_list作为参数，传递给preprocess_text()，执行结果如下：
>>> q_list = preprocess_text(q_list)
>>> q_list
['中国,的,首都,是,哪个,城市,？', '今天,气温,多少度,？', '天津,距离,北京,有多远,？', '小明,正在,干什么,？']
（4）将问题列表q_list向量化，计算每一个特征的权重
def convert2tfidf(q_list):vectorizer, q_tfidf = calc_tfidf(q_list)
return vectorizer, q_tfidfdef calc_tfidf(q_list, ngram_range=(1, 1)):# 实例化一个tfidf对象vectorizer = TfidfVectorizer(min_df=1, norm='l2', \smooth_idf=True, \use_idf=True, \ngram_range=ngram_range)# 计算每个词的tfidf值features = vectorizer.fit_transform(q_list)
return vectorizer, features将（3）中的问题列表q_list作为参数，传递给convert2tfidf()函数
>>> vectorizer, q_tfidf = convert2tfidf(q_list) # vectorizer是一个向量化器
>>> type(q_tfidf) # q_tfidf是一个稀疏矩阵
<class 'scipy.sparse.csr.csr_matrix'>
>>> q_tfidf.toarray().round(2) # 将稀疏矩阵转化为普通矩阵，保留两位小数
array([[0.5, 0., 0., 0.5, 0.5, 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.5],
[0., 0.58, 0., 0., 0., 0.58, 0., 0., 0., 0., 0., 0.58, 0., 0.],
[0., 0., 0.5, 0., 0., 0., 0.5, 0., 0., 0.5, 0., 0., 0.5, 0.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.58, 0.58, 0., 0.58, 0., 0., 0.]])
>>> q_tfidf.toarray()[0] # 查看q_tfidf矩阵的第一行
array([0.5, 0. , 0. , 0.5, 0.5, 0. , 0. , 0. , 0. , 0. , 0. , 0. , 0. , 0.5])
上述矩阵就是问题“中国的首都是哪个城市？”向量化后的结果。
>>> vectorizer.vocabulary_ # 向量化器vectorizer的词典
{'中国': 0, '首都': 13, '哪个': 3, '城市': 4, '今天': 1, '气温': 11, '多少度': 5, '天津': 6, '距离': 12, '北京': 2, '有多远': 9, '小明': 7, '正在': 10, '干什么': 8}
由上述可知，向量的第一个特征是“中国”，第二个特征是“今天”，第三个特征是“北京”，依次类推其他特征。
（5）响应用户的“查询”
def answer(query):query = word_segment(query) # 对查询语句进行切词query = vectorizer.transform([query]) # 将查询语句向量化best_idx = idx_of_largest_sim(query, q_tfidf) # 得到与查询语句最相似问题的下标
return a_list[best_idx] # 返回与best_idx下标对应的答案
def idx_of_largest_sim(query, q_tfidf): # 下标idx = indexlt = []# 将query由稀疏矩阵转为普通矩阵，并取其第1行，此处目的是将其转为一维矩阵。query = query.toarray()[0] # 其实query二维矩阵只有一行for q in q_tfidf:q = q.toarray() # 将q由稀疏矩阵转换为普通矩阵num = float(np.matmul(q, query)) # 计算矩阵的点积denom = np.linalg.norm(q) * np.linalg.norm(query) if denom == 0:cos = 0.0else:cos = num / denom # 规范化，denom分母lt.append(cos)best_idx = lt.index(max(lt))return best_idx # 返回值是与查询语句最相似的问题下标
np.linalg.norm(q)是问题向量的长度：>>> np.linalg.norm([1, 3, 2])
3.7416573867739413
上述代码计算了
的值
np.linalg.norm(q)是查询向量的长度
三，完整代码
import jieba
import numpy as np
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizerdef read_corpus(file):lt = []with open(file, 'r', encoding='utf-8') as f:for line in f:lt.append(line.strip())return ltdef preprocess_text(q_list):lt = []for q in q_list:q = word_segment(q)lt.append(q)return lt# 度量查询query与问题库中各个问题的相似程度similarity
def idx_of_largest_sim(query, q_tfidf): # idx = indexlt = []# 将query由稀疏矩阵转换为普通矩阵，并取其第1行query = query.toarray()[0] for q in q_tfidf:q = q.toarray() # 将q由稀疏矩阵转换为普通矩阵num = float(np.matmul(q, query)) # 计算矩阵的点积denom = np.linalg.norm(q) * np.linalg.norm(query)if denom == 0:cos = 0.0else:cos = num / denomlt.append(cos)best_idx = lt.index(max(lt))return best_idxdef calc_tfidf(q_list, ngram_range=(1, 1)):# 实例化一个tfidf对象vectorizer = TfidfVectorizer(min_df=1, norm='l2', \smooth_idf=True, \use_idf=True, \ngram_range=ngram_range)# 计算每个词的tfidf值features = vectorizer.fit_transform(q_list)return vectorizer, featuresdef convert2tfidf(q_list):vectorizer, q_tfidf = calc_tfidf(q_list)return vectorizer, q_tfidfdef word_segment(sentence):return ",".join(jieba.cut(sentence))def answer(query):query = word_segment(query)query = vectorizer.transform([query])best_idx = idx_of_largest_sim(query, q_tfidf)return a_list[best_idx]if __name__ == "__main__":q_list = read_corpus("questions.txt") # 问题列表a_list = read_corpus("answers.txt") # 答案列表# 分词后的问题列表，每个问题的分词字符串为一个列表元素q_list = preprocess_text(q_list)vectorizer, q_tfidf = convert2tfidf(q_list)flag = Truewhile flag:print("\n请输入查询，输入结束后按回车键：")query = input()if query.lower() == 'q':breakprint("正在为您查询，请稍后！")print("查询结果：", answer(query), sep="")
