NLP 实战 | AI 编程也遵循软件工程的基本原理

Posted 2021-05-20 幻灰龙

记录结构化NLP服务之路，本文长期更新

管道(pipeline)

• 从不同数据源(source)获取数据
• 清洗数据
• 构建数据集(dataset)
  • 数据集管理
• 拆分训练集/验证集/测试集
• 选择机器学习框架/算法(framework/algorithm)
• 模型训练(train)/预训练/微调训练
• 构建分类器(classifier)
• 基于分类器提供 Rest 服务(server)
• 输出结构化数据
  • 结构化数据提供给目标(dest)应用服务
• 服务于应用层(application)

Python 环境

使用Python，一开始都会浪费很多时间在环境上，例如：

• python 的不同版本
• pip 的不同版本，每个python版本都对应一个pip，装python版本还需要装对应的pip
• python 某个库在某个版本下可以装，但是它依赖的库在这个版本下的版本不能跑

手工方式(manual)

• 安装目标 python 版本，例如 3.6的最高版本： python3.6.11
  • wget https://www.python.org/ftp/python/3.6.11/Python-3.6.11.tgz
  • tar xzf Python-3.6.11.tgz
  • cd Python-3.6.11
  • ./configure --enable-optimizations
  • make altinstall
• 安装对应 pip版本
  • 下载 get-pip 脚本
  • 使用对应版本的 python 安装对应版本的 pip
    • python3.6 get-pip.py
• 手工更改 /usr/local/bin 下 python 和 pip 的软连接映射
  • pip 软链接
    • ln -s -f /usr/local/bin/pip3 /usr/bin/pip
    • ln -s -f /usr/local/bin/pip3 /usr/bin/pip3
    • ln -s -f /usr/local/bin/pip3 /usr/bin/pip3.6
  • python 软链接
    • ln -s -f /usr/local/bin/python3.6 /usr/bin/python
    • ln -s -f /usr/local/bin/python3.6 /usr/bin/python3
    • ln -s -f /usr/local/bin/python3.6 /usr/bin/python3.6

使用 pyenv 管理

• 使用 pyenv 管理python环境
• 查看管理的 python 版本：pyenv versions ，带*号带是当前使用的版本
• 验证当前python版本：python --version
• 查看有哪些可用版本的python：pyenv install --list
• 安装指定版本python：pyenv install 3.6.11
• 切换版本：pyenv global 3.6.11
• 如果是 Mac 系统，zsh 和 fish 两个shell 环境还需要为两个 shell 添加一些配置，参考 pyenv git 里的说明，请搜关键词 Zsh 或 fish

使用 conda 管理

• 使用 conda 管理python环境
• 安装 minicoda
• 创建并安装指定版本的 python 环境：conda create -n py3.6 python=3.6.11
• 切换环境：source activate py3.6
• 查看当前生效的python和pip版本：python --version, pip --version

机器学习库

万变不离其宗，程序=数据结构+算法，每一种特定的库处理的是特定数据结构相关的算法，理解这点，保持目标问题导向的库选择和使用。

• pandas，关于DataFrame的数据结构
• numpy，处理多维数组
• jieba，分词
• sklearn，常见NLP任务
• tensorflow，Google深度学习库
  • tensorflow-gpu
• pytorch，更新和维护比tensorflow强
• spacy
• paddlepaddle 中文处理更友好

统一命令行接口

将整个管道的不同阶段操作统一到一致的命令行接口，不要让NLP任务变成一堆无序的项目和脚本，类似 git，将管道中的多任务统一到一致的接口里。

基本操作心智模型：python main.py -p {profile} -a action_name [sub options]

• 操作说明
  • -p 指定配置环境，例如与携程阿波罗环境的划分：
    • dev 开发环境配置
    • fat 测试环境配置
    • pre 预发布环境配置
    • pro 线上环境配置
  • -a 指定action，例如：
    • -a build -d questions: 构建问题数据集
    • -a server -t answer: 启动答案服务

如何迭代

开发/内部部署发布/测试/迭代/发布，其中内部部署发布 是首要重要的事情，遵循一些必要的原则有助于达成这点：

• 内部发布优于第1版正确性，先把流程打通并发布一个版本，快速进入测试-开发迭代优先于1版正确性，最好能达成每周发布。
• 第一性原理，NLP处理的数据是非结构化的，NLP的能力是通过对数据向量化，对数据进行分类和标注，提供数据背后的结构化信息。有了结构化信息，构建这些结构化信息的关系，进而可以对这些结构化的关系信息进行查询或推理。围绕这点带着要解决的目标问题去寻找工具，而不是先找工具，再找问题。
• NLP任务也和其他所有软件开发一样，任务必须遵循SMART原则才能保持持续发版的能力。一个NLP任务可以是很模糊的，也可以是定向和明确的，例如标注和多分类相对明确的目标，聊天机器人是相对模糊的目标。一个模糊的目标不是一锤子买卖，它应该是基于一系列的有明确目标的子任务的基础之上来做。因此，要盯着那一个一个明确的子任务去做，再去合成一个大的任务。
• 一个明确的具体的任务，一开始就可以做脚手架：部署后的接口先定下来，先提供一个fake版本。再通过一周一次的发布目标去反推改进。
• 一个NLP任务，内部部署后要让标注对测试数据做仔细标注和统计，再分析用例的情况，这样去迭代。没有衡量，就没有改进的基准。

如何有效交付

NLP任务不纯粹只是算法问题，它也是一个产品，含有这些步骤：

• 需求是什么？(Need)
• 解决方式是什么？(Approach)
• 好处是什么？(Benefit)
• 跟什么竞争？(Competition）
• 如何推广(Delivery)

一个不好的开发策略是：

• 试图一下子开发一个大的功能：例如直接产出一个聊天机器人
• 开发一个功能，但是一直在改进精确度，迟迟不上线获得真实的反馈

一个好的开发策略是使用NABCD模型来迭代：

[1] 分析痛点：例如用户在 blink.csdn.net/ 的#你问我答 活动里提问题，我们希望引导用户到 ask.csdn.net 上提问。用户的很多问题都是直接截图提问。blink 上 #你问我答 的截图提问，我们需要识别：

• 用户提问的是什么编程语言的问题？这样我们可以给这个问题打上合适的编程语言标签。
• 用户截图的代码文本能否提取出来，这样创建问题后回答者可以直接从文本里拷贝有用的关键字。

[2] 找到AI的解决方式：通过OCR识别文本，再对文本进行编程语言类型识别。这就是一个具体的算法解决方式。

[3] 好处是从 blink 上生成的问题获得了更好的结构化信息：编程语言标签和代码文本。这样回答者可以更好的回答该问题，从而解决提问者的需求。

[4] 跟什么竞争？问答网站很多，其他网站没有这个功能，那么 ask.csdn.net 的“截图提问” 会更有信息含量。一个功能的改进可能不起眼，10个功能的信息含量改进会获得整体信息含量的差距。另一个方面，跟自己以前的功能比，有了初步的“智能”。

[5] 如何推广？前面说了，在NLP开发中，一直该算法是无止境的，并且也会大致迟迟不交付的现象。因此，Delivery实际上就是为上线花时间：

• 花时间把功能服务化，提供 Rest API
• 花时间与标注做测试，统计 API 的精确度，定义好“足够好” 的指标，达到足够好就应该尽快与应用集成。
• 花时间与应用开发集成，把功能集成到应用处理的流程里。

从这个分析过程中，我们在定NLP任务的时候，应该一开始就考虑好如何Delivery，避免一致忙于做算法模块，但是与团队其他人的迭代“延迟”很大。我们后面会基于这个原则来迭代所有其他NLP任务。

（未完待续…)