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20250715问答课题-基于BERT与混合检索问答系统

news 2025/7/16 6:42:07

1. 引言

构建一个基于BERT与混合检索策略的智能问答系统，通过深度学习与传统检索技术的融合，解决了心法领域知识检索中的三个关键问题：(1)专业术语的语义理解不足；(2)问答匹配精度低；(3)检索结果多样性差。

2. 方法

2.1. 深度语义理解模块

BERT是预训练语言模型，基于 Transformer 架构，通过双向 Transformer 编码来学习文本的深层语义表示。BERT 的核心创新在于其双向训练方式，能够同时理解上下文的关系，常用于多项自然语言处理任务。

采用BERT最后四层隐藏状态的加权融合策略，将问题转换为向量表示。

选取了 BERT 模型的最后四层隐藏状态
定义了各层的权重（ [0.15, 0.25, 0.35, 0.25]），并进行了归一化处理
提取了各层隐藏状态中 CLS 标记的向量表示
对各层的 CLS 向量进行加权求和

2.2. 混合检索算法

混合检索算法是结合符号检索（如关键词匹配、规则匹配）和语义检索（如向量匹配、深度学习模型）优势的检索技术，旨在平衡检索的准确性、召回率和语义理解能力。它解决了单一检索方式的局限性，如关键词检索无法理解语义，纯语义检索可能遗漏精确匹配结果；应用于信息检索、推荐系统、问答系统等领域。

2.2.1. 语义-关键词协同架构

既保证对 “显性关键词” 的精准匹配，又能理解 “隐性语义”（如同义词、上下文关联），最终提升检索的召回率和准确率，即不漏掉相关结果、返回更相关的结果。

语义检索通道：

原理：基于 “隐性语义理解”，将查询和文档转换为向量，通过向量相似度匹配语义相关内容，不依赖字面关键词。
优势：能理解同义词、上下文语义、跨语言检索。
局限性：可能引入语义相似但无关的 “噪声结果”（如 “猫的饲养方法” 匹配 “狗的训练技巧”）、计算成本高于关键词检索。

关键词检索通道：

原理：基于 “显性符号匹配”，聚焦查询中的核心关键词，通过精确匹配或模糊匹配定位相关内容。
优势：速度快、可解释性强、对专有名词、人名、地名的检索精准。
局限性：无法处理同义词、语义歧义、长句上下文关联（代词的指向）

2.2.2. 权重分配策略

2.3. 智能去重模块

2.3.1. 三重去重机制

内容哈希级去重：

基于SimHash算法检测字面重复
设置5词滑动窗口处理近义表达（如"如何静心"与"怎样静心"）

语义级去重：

93%相似度阈值基于实验确定：低于该值可能丢失合理变体，高于则产生冗余
采用余弦相似度+曼哈顿距离的双重度量

动态阈值扩展：

初始相似度阈值设为0.85
当返回结果不足5条时，以0.02为步长逐步放宽至0.75
确保在任何情况下都能返回适度数量的相关结果

2.3.2. 语义相似度判定

采用双阈值判定策略：

余弦相似度>0.93
曼哈顿距离<0.15

同时满足上述两点才判定为重复

3. 实验结果

创建虚拟环境并激活

python -m venv venv
venv\Scripts\activate

分步安装依赖

#升级pip工具
python -m pip install --upgrade pip
#安装核心依赖
pip install torch==2.0.1+cpu -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html
pip install transformers==4.30.0 jieba==0.42.1 numpy==1.24.2 flask==2.3.2

准备

#确保BERT目录存在
if not exist BERT mkdir BERT
# 首次运行预加载
python -c "from transformers import BertModel; BertModel.from_pretrained('bert-base-chinese').save_pretrained('./BERT')"

运行