医疗知识图谱问答系统探究（一）

1、项目背景

为通过项目实战增加对知识图谱的认识，几乎找了所有网上的开源项目及视频实战教程。

果然，功夫不负有心人，找到了中科院软件所刘焕勇老师在github上的开源项目，基于知识图谱的医药领域问答项目QABasedOnMedicaKnowledgeGraph。

项目地址：https://github.com/liuhuanyong/QASystemOnMedicalKG

用了两个晚上搭建了两套，Mac版与Windows版，哈哈，运行成功！！！

从无到有搭建一个以疾病为中心的一定规模医药领域知识图谱，以该知识图谱完成自动问答与分析服务。该项目立足医药领域，以垂直型医药网站为数据来源，以疾病为核心，构建起一个包含7类规模为4.4万的知识实体，11类规模约30万实体关系的知识图谱。 本项目将包括以下两部分的内容：

基于垂直网站数据的医药知识图谱构建 基于医药知识图谱的自动问答

2、项目环境

2.1 windows系统

搭建中间有很多坑，且行且注意。

配置要求：要求配置neo4j数据库及相应的python依赖包。neo4j数据库用户名密码记住，并修改相应文件。

安装neo4j，neo4j 依赖java jdk 1.8版本以上：

jdk安装方法可参考：windows系统下安装JDK8，下载地址：[https://download.oracle.com/otn-pub/java/jdk/8u201-b09/42970487e3af4f5aa5bca3f542482c60/jdk-8u201-windows-x64.exe][1]

安装neo4j可参考博文：windows安装neo4j，下载地址：[https://go.neo4j.com/download-thanks.html?edition=community&release=3.4.1&flavour=winzip][2]

安装python可参考：Windows环境下安装python2.7

根据neo4j 安装时的端口、账户、密码配置设置设置项目配置文件：answer_search.py & build_medicalgraph.py (github下载项目时根据个人需要也可使用git)

数据导入： python build_medicalgraph.py，导入的数据较多，估计需要几个小时。

python build_medicalgraph.py导入数据之前，需要在该文件main函数中加入：

启动问答：python chat_graph.py

2.2 Mac系统

mac本身自带python、java jdk环境，可直接安装neo4j图数据库，项目运行步骤与windows基本一样。

问题解答：

安装过程中如遇问题可联系Wechat: dandan-sbb。

2.3 Neo4j数据库展示

2.4 问答系统运行效果

3、项目介绍

该项目的数据来自垂直类医疗网站寻医问药，使用爬虫脚本data_spider.py，以结构化数据为主，构建了以疾病为中心的医疗知识图谱，实体规模4.4万，实体关系规模30万。schema的设计根据所采集的结构化数据生成，对网页的结构化数据进行xpath解析。

项目的数据存储采用Neo4j图数据库，问答系统采用了规则匹配方式完成，数据操作采用neo4j声明的cypher。

项目的不足之处在于疾病的引发原因、预防等以大段文字返回，这块可引入事件抽取，可将原因结构化表示出来。

3.1 项目目录

.
├── README.md
├── __pycache__      编译结果保存目录
│   ├── answer_search.cpython-36.pyc
│   ├── question_classifier.cpython-36.pyc
│   └── question_parser.cpython-36.pyc
├── answer_search.py
├── answer_search.pyc
├── build_medicalgraph.py    知识图谱数据入库脚本
├── chatbot_graph.py    问答程序脚本
├── data
│   └── medicaln.json  本项目的全部数据，通过build_medicalgraph.py导neo4j
├── dict
│   ├── check.txt    诊断检查项目实体库
│   ├── deny.txt      否定词库
│   ├── department.txt  医疗科目实体库
│   ├── disease.txt    疾病实体库
│   ├── drug.txt      药品实体库
│   ├── food.txt      食物实体库
│   ├── producer.txt    在售药品库
│   └── symptom.txt    疾病症状实体库
├── document
│   ├── chat1.png    系统运行问答截图01
│   ├── chat2.png      系统运行问答截图01
│   ├── kg_route.png    知识图谱构建框架
│   ├── qa_route.png    问答系统框架图
├── img    README.md中的所用图片
│   ├── chat1.png
│   ├── chat2.png
│   ├── graph_summary.png
│   ├── kg_route.png
│   └── qa_route.png
├── prepare_data
│   ├── build_data.py    数据库操作脚本
│   ├── data_spider.py    网络资讯采集脚本
│   └── max_cut.py      基于词典的最大向前/向后脚本
├── question_classifier.py    问句类型分类脚本
├── question_classifier.pyc    
├── question_parser.py    问句解析脚本
├── question_parser.pyc

3.2 知识图谱的实体类型

实体类型	中文含义	实体数量	举例
Check	诊断检查项目	3,353	支气管造影;关节镜检查
Department	医疗科目	54	整形美容科;烧伤科
Disease	疾病	8,807	血栓闭塞性脉管炎;胸降主动脉动脉瘤
Drug	药品	3,828	京万红痔疮膏;布林佐胺滴眼液
Food	食物	4,870	番茄冲菜牛肉丸汤;竹笋炖羊肉
Producer	在售药品	17,201	通药制药青霉素V钾片;青阳醋酸地塞米松片
Symptom	疾病症状	5,998	乳腺组织肥厚;脑实质深部出血
Total	总计	44,111	约4.4万实体量级

3.3 知识图谱的实体关系类型

实体关系类型	中文含义	关系数量	举例
belongs_to	属于	8,844	<妇科,属于,妇产科>
common_drug	疾病常用药品	14,649	<阳强,常用,甲磺酸酚妥拉明分散片>
do_eat	疾病宜吃食物	22,238	<胸椎骨折,宜吃,黑鱼>
drugs_of	药品在售药品	17,315	<青霉素V钾片,在售,通药制药青霉素V钾片>
need_check	疾病所需检查	39,422	<单侧肺气肿,所需检查,支气管造影>
no_eat	疾病忌吃食物	22,247	<唇病,忌吃,杏仁>
recommand_drug	疾病推荐药品	59,467	<混合痔,推荐用药,京万红痔疮膏>
recommand_eat	疾病推荐食谱	40,221	<鞘膜积液,推荐食谱,番茄冲菜牛肉丸汤>
has_symptom	疾病症状	5,998	<早期乳腺癌,疾病症状,乳腺组织肥厚>
acompany_with	疾病并发疾病	12,029	<下肢交通静脉瓣膜关闭不全,并发疾病,血栓闭塞性脉管炎>
Total	总计	294,149	约30万关系量级

3.4 知识图谱的属性类型

属性类型	中文含义	举例
name	疾病名称	喘息样支气管炎
desc	疾病简介	又称哮喘性支气管炎...
cause	疾病病因	常见的有合胞病毒等...
prevent	预防措施	注意家族与患儿自身过敏史...
cure_lasttime	治疗周期	6-12个月
cure_way	治疗方式	"药物治疗","支持性治疗"
cured_prob	治愈概率	95%
easy_get	疾病易感人群	无特定的人群

3.5 问答项目实现原理

本项目的问答系统完全基于规则匹配实现，通过关键词匹配，对问句进行分类，医疗问题本身属于封闭域类场景，对领域问题进行穷举并分类，然后使用cypher的match去匹配查找neo4j，根据返回数据组装问句回答，最后返回结果。

问句中的关键词匹配：

根据匹配到的关键词分类问句

问句解析

查找相关数据

根据返回的数据组装回答

3.6 问答系统支持的问答类型

问句类型	中文含义	问句举例
disease_symptom	疾病症状	乳腺癌的症状有哪些？
symptom_disease	已知症状找可能疾病	最近老流鼻涕怎么办？
disease_cause	疾病病因	为什么有的人会失眠？
disease_acompany	疾病的并发症	失眠有哪些并发症？
disease_not_food	疾病需要忌口的食物	失眠的人不要吃啥？
disease_do_food	疾病建议吃什么食物	耳鸣了吃点啥？
food_not_disease	什么病最好不要吃某事物	哪些人最好不好吃蜂蜜？
food_do_disease	食物对什么病有好处	鹅肉有什么好处？
disease_drug	啥病要吃啥药	肝病要吃啥药？
drug_disease	药品能治啥病	板蓝根颗粒能治啥病？
disease_check	疾病需要做什么检查	脑膜炎怎么才能查出来？
check_disease	检查能查什么病	全血细胞计数能查出啥来？
disease_prevent	预防措施	怎样才能预防肾虚？
disease_lasttime	治疗周期	感冒要多久才能好？
disease_cureway	治疗方式	高血压要怎么治？
disease_cureprob	治愈概率	白血病能治好吗？
disease_easyget	疾病易感人群	什么人容易得高血压？
disease_desc	疾病描述	糖尿病

4、项目总结

基于规则的问答系统没有复杂的算法，一般采用模板匹配的方式寻找匹配度最高的答案，回答结果依赖于问句类型、模板语料库的覆盖全面性，面对已知的问题，可以给出合适的答案，对于模板匹配不到的问题或问句类型，经常遇到的有三种回答方式：

• 给出一个无厘头的答案；
• 婉转的回答不知道，提示用户换种方式去问；
• 转移话题，回避问题；

例如，本项目中采用了婉转的方式回答不知道：

基于知识图谱的问答系统的主要特征是知识图谱，系统依赖一个或多个领域的实体，并基于图谱进行推理或演绎，深度回答用户的问题，基于知识图谱的问答系统更擅长回答知识性问题，与基于模板的聊天机器人有所不同的是它更直接、直观的给用户答案。对于不能回答、或不知道的问题，一般直接返回失败，而不是转移话题避免尴尬。

整个问答系统的优劣依赖于知识图谱中知识的数量与质量。也算是利弊共存吧！知识图谱图谱具有良好的可扩展性，扩展了知识图谱也就是扩展了问答系统的知识库。如果问句在射程范围内，可轻松回答，但如果不幸脱靶，则体验大打折扣。

从知识图谱的角度分析，大多数知识图谱规模不足，主要原因还是数据来源以及技术上知识的抽取与推理困难。