会话机器人原型系统的设计与实现机械制造及其自动化专业.docx

摘要2第1章前言5第1.1节研究的背景与意义5第1.2节国内外研究现状分析5第1.3节主要研究内容和组织结构6第2章系统相关技术概念6第2.1节AIML知识库62.1.1IJAlML素7第2.1.2节其他标记元素7第2.2节AIML知识树9第2.3节自然语言处理与AlML解析算法11第2.4节AIML与S-R理论13第2.5节本章小结13第3章系统的设计与实现14第3.1节AIML的开发环境14第3.2节系统需求分析与总体设计14第3.3节系统服务器端的设计与实现15第3.3.1节AlML知识库的建立与改进15第3.3.2节AlML解析器的设计15第3.3.3节接收分析器的实现15第3.3.4节记忆功能的实现20第3.4节系统客户端的设计与实现22第3.5节本章小结23第4章总结与展望23第4.1节论文总结23第4.2节研究展望24参考文献24致谢错误!未定义书签。摘要科学技术的发展改变着人们的生活方式。在如今信息化和科技化的时代背景下,人们对科技产品的需求不断加深。因可以大幅度减少人工客服的工作量、使人们的工作更高效化以及丰富人们的娱乐方式，目前会话机器人（ChatboD已经成为人们热议的话题之一。在过去的十多年里，国内外对Chatbot已有大量的研究，并且有了很多成熟的产品。本文会话机器人系统的设计基于人工智能标记语言（AlML语言），文中首先介绍了设计系统所需的各个技术。首先介绍了AlML核心标签与AIML知识库，AlML推理技术基于文本匹配的回溯推理算法，并由此算法建立的多级索引结构知识树。然后介绍了自然语言处理（NLP）、人工智能、刺激反应理论（S-R理论）等概念，详细阐述了AlML解析过程，这为接下来的设计与实现做了准备。接下来对系统需求分析，得出需要实现问答对话和自主创建对话两个功能。最后设计系统总体框架，并画出系统设计的流程图。文中展现了系统设计的流程和核心代码。为实现会话机器人这一系统，详细介绍了服务器端和客户端的设计。在服务器端,需要建立AIML知识库、解析器和分析器，同时，我还增加了brainFile文件用来实现记忆知识库功能。在建立AIML知识库时，我对已有知识库进行分析，通过句式变换降低了系统复杂度。在客户端，文中展示了在交互环境下的运行程序和结果，系统根据用户提问的内容不同而匹配不同的结果，结果表明各个模块均达到预期。最后，对本文进行了总结，并针对系统尚不支持中文的问题提出了改进的策略。关键词：AIML；会话机器人；人工智能；自然语言处理AbstractThedevelopmentofscienceandtechnologyhaschangedthewaythatpeoplelive.Intheinformationage,people'sdemandfortechnologyproductscontinuestodeepen.ThecurrentChatbothasbecomeoneofthehottopics,becauseitcangreatlyreducetheworkloadoftheartificialcustomerservice,makepeople'sworkmoreefficientandenrichpeople'sentertainmentmethodsInthepasttenyears,Chatbothasmadealotofresearchathomeandabroad,andtherearemanymatureproducts.ThedesignoftheconversationalrobotsysteminthispaperisbasedonArtificialIntelligenceMarkupLanguage(AIML).Inthispaper,thevarioustechniquesrequiredfordesigningthesystemareintroduced.Firstly,!introducetheAIMLcoretagsandAlMLknowledgebase,AIMLreasoningtechnology-backtracking-reasoningalgorithmbasedontextmatching,andthisalgorithmestablishesamulti-levelindexstructure-knowledgetree.Then1introducetheconceptofnaturallanguageprocessing(NLP),artificialintelligence,stimuli-responsetheory(S-Rtheory),andelaboratetheprocessofAIMLanalysis,whichpreparedforthenextdesignandimplementation.Thenextanalysisofthesystemrequirementsledtotheneedtoimplementbothhuman-machinedialogueandcreatingconversationsautonomously.Finally,!designtheoverallframeworkofthesystemanddrawtheflowchartofthesystemdesign.Thetextshowsthesystemdesignprocessandcorecode.Inordertorealizethesystemofsessionrobot,thedesignofserverandclientisintroducedindetail.Ontheserverside,anAIMLrepository,parser,andparserneedtobesetup.Atthesametime,IalsoaddedabrainFilefiletoimplementthememoryfunction.WhenbuildingtheAlMLknowledgebase,Ianalyzetheexistingknowledgebaseandreducethecomplexityofthesystemthroughsentencetransformation.Ontheclientside,thearticleshowstherunningprogramsandresultsintheinteractiveenvironment.Thesystemmatchesdifferentresultsaccordingtothecontentoftheuser,squestion.Theresultsshowthatallthemoduleshavereachedexpectations.Finally,thispapersummarizesthepaperandproposesanimprovedstrategyfortheproblemthatthesystemdoesnotsupportChinese.Keywords:AIML;ChatbotjArtificalIntelligence;NLP第1章前言第L1节研究的背景与意义就像MaCarthy博士所说“我们不仅仅是在使用科学技术，而是生活在其中3小随着科学技术的进步和移动互联网的发展，计算机已经成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。人们需要计算机提高效率，人机交互便成了打开这一渠道的主要方式，因为使用自然语言是人们网上交流和获取信息的基本媒介。因此试想一下，如果人机之间可以直接交流的话，人们的生活也就会变得更加高效便捷。现如今，各大互联网公司推出了自己的智能会话机器人，来替代人工面对的庞大的客服需求，可以极大的减少人工成本。这使得会话机器人成为人工智能领域热门方向之一，近年来NLP的高速发展，会话机器人（Chatbot）已经有很多成熟的产品，比如GOOgle的AliCe,在接收语音提示和搜索方面作用明显，苹果的Siri,可以给Siri发语音聊天、定时指令等。在国内，会话机器人也是有广泛的应用，比如淘宝的客服，科大讯飞的语音助手等都能提供聊天服务。会话机器人是借助自然语言与人进行智能对话的系统，目前比较主流的是基于人工智能的会话机器人21。其主要是通过人工录入一些模板，当有用户提问时，会从这些模板中找出对应的匹配模板返回给用户。但这种会话机器人又有自我学习的能力,随着聊天次数的增多，答案也会越来越准确。第1.2节国内外研究现状分析相比于国内，国外在会话机器人方面研究较早且更为成熟。EUZA是LWeizenbaum设计并发布的ChatbO3其原理是仿照罗杰治疗室，根据用户输入的关键词搜索数据库文件中的知识，缺点是对优先级低的关键词难以匹配3oTALKBOT是由可沃特在1998年用JavaScript和PERL编写的，是在线会话机器人。ALICE是基于AIML语言设计的问答系统，是由S.Wallace博士等人在CMU开发，曾三夺Loebner奖。ALlCE支持模式匹配、上下文匹配、条件分支等，是一个类库丰富的对话机器人4。JABBERWACKY用NLP处理人机对话的上下文内容，并以此为依据给出用户输入对应的系统回答。目前，JABBERWACKY引入了语音识另U技术，能够自由实现人机对话。设计师R.Carpenter设计并实现了一款能够不断在人机互动中学习的智能机器人5。近年来，国内在会话机器人方面也有了巨大的突破，如2010年支付宝推出智能服务系统“智能小宝”，其高效的处理与服务能力减少了支付宝人工客服量的二分之一;清华大学推出图书馆智能系统”小图，可以快速回答学生问题，深受学生好评。目前ChatbOt常常被设计在虚拟游戏、CAD或者辅助系统中，根据不同的用途开发不同的Chatbot,是这几年人们将会话机器人系统应用到生活中的主要方式。第1.3节主要研究内容和组织结构本文主要围绕会话机器人系统设计所需的技术概念以及设计过程展开描述，从介绍相关背景开始，到设计过程所需的相关知识和技术，以下是各章节具体内容：第一章：主要介绍系统开发的研究背景和意义，阐述时下研究Chatbot的重要性，然后分析国内外研究现状，指出Chatbot系统开发的历史和技术应用。第二章：主要介绍设计Chatbot所需的各种技术：AIML核心标签与知识库、AIML知识树、NLP与推理过程、S-R理论等。第三章：这一章介绍了系统的需求分析和总体设计，从开发环境开始，陆续展示了系统开发过程中的模块设计和核心代码，包括知识库的建立与改进、解释器与分析器的设计、记忆功能的实现、交互环境下的展示等。第四章：总结全文工作，同时，指出系统设计中的不足并对需要完善的地方进行了展望。第2章系统相关技术概念第2.1节AlML知识库AIML(ArtificialIntelligenceMarkupLanguage),全名为人工智能标记语言4,7-8,是一种创建自然语言软件代理的XML语言，它采用XML的结构来存储数据，因其具有良好的兼容性和可扩展性被广泛应用于智能对话聊天系统中。AIML是描述一种数据对象以及处理这种对象的方式，是整个对话聊天系统的知识库。目前AlML已经有了Pythcm,Ruby,Java,C等语言的版本。第2.1.1节AIML核心元素AlML定义了一套具有特定含义的标签，使其具有强大的对话功能，而用户也可以根据自己的需要定义新的标签元素，这突出在AlML的扩展性。在AlML标记语言中，以<aiml>作为程序的开始和结尾元