Task-oriented Dialogue System for Automatic Diagnosis论文笔记

• 发表时间：2018
• 论文链接:https://www.aclweb.org/anthology/P18-2033
• 代码：https://github.com/LiuQL2/MedicalChatbot
• 代码语言：python

摘要

本文构建了一个用于自动诊断的对话系统。首先，从线上医学论坛上病人的自述以及病人医生间的交谈中提取症状，从而构建数据集；然后，本文提出了用于自动诊断的任务型对话系统框架，该系统能够通过与病人交谈，获取除病人自述外的其他症状。实验表明，从交谈中获取的额外症状能够极大地提升疾病诊断精度，本文的对话系统能够自动地收集这些症状，而且诊断准确度更高。

数据

数据是从中文医学网站上的儿科中收集的，包括四种疾病类型：上呼吸道感染、儿童功能性消化不良、腹泻和支气管炎。标记数据包括两个过程：症状提取、症状归一化。

症状提取

图1 标记数据时，采用BIO进行症状识别，每个提取出的症状表述打上True或False的标签来表明病人有没有该症状。

症状归一化

不同人表述症状是不一样的，比如有人说拉肚子，有人说腹泻，因此要将这些症状表述为专业术语，采用的是SNOMED CT（一种临床医学语标准）标准，如图2所示。通过病人所提供的症状可以分为两类：显性症状和隐性症状。显性症状是指病人在咨询时提供的症状，如病人说：“医生，我流鼻涕打喷嚏，这是怎么回事啊”，其中鼻流涕和打喷嚏就是两个显性症状。隐性症状是指医生通过咨询获知的症状，如医生接着问：“那你拉肚子不？”， 此处的腹泻就是隐性症状。

图2

本文框架

本文对话系统框架包括三大模块：NLU(自然语言理解)：检测用户意图、提取槽位值；DM(对话管理)：追踪对话状态、给出系统行动；NLG(自然语言生成)：根据系统行动生成自然语言。其中NLU和NLG模块都是采用基于模板的方法，重点研究DM模块。
DM模块包含两个子模块：对话状态追踪（DST）和策略学习。

对话策略学习

用户模拟器

训练是采用DQN，网络的输入是当前状态$S_t$，输出为agent的action。那么训练数据从何而来呢，这时候就需要用户模拟器，和agent模拟任务驱动对话过程。我们称这个过程为warm_start。此处假设有4种疾病，warm_start过程描述如下：

1. 对话管理系统初始化

• 用户模拟器初始化action $a_{u,0}$：随机从所有数据中选取一条，将数据中的所有显性症状作为inform_slots（例如上述例子中的鼻流涕和打喷嚏），action为：request， request_slots为disease。
• 利用初始的用户action更新状态
• 初始化agent。

2. 模拟对话系统

• agent基于规则根据状态选择action：此处分析一下状态中用户提供了哪些显性症状，用户的需求是询问哪种疾病，例如：agent在数据集中发现只有鼻流涕和打喷嚏是不能确定任何一种疾病的，否则对话就结束了。那么agent就在数据集中查询4种疾病中哪种出现这两种症状的频率比较高，假设发现4种疾病中上呼吸道感染最容易出现这两种症状，但是还有三种症状需要询问病人去确认一下，那就从这三种症状中随机选一种吧，此时，agent采取action 为request，request_slots就是刚才随机选择的症状；
• agent采取行动后，DM就更新状态（此状态包含的信息比较多：对话轮数、agent_action、user_action、current_slots(提供当前需要的信息)、agent和用户的历史action信息等）
• user再根据状态和agent的action进行回复，如确认一下有没有agent询问的特征；
• DM再次更新状态；
  上述过程不断进行，直到agent确诊了疾病是什么，或者达到我们设定的最大对话轮数。

从上述过程中，我们将（state，agent_action，reward，next_state，对话是否结束）这些信息记录下来，后续用作训练数据。
其中括号中的大多都是采用热编码的形式。（具体的过程请参看代码）

DQN训练

DQN是一种off-policy的深度强化学习算法，off-policy就表明了agent的动作选择网络和目标网络肯定不是同一个，因此有两个一样的网络，网络的输入是state，输出为agent_action。

• 网络结构：网络结构非常简单，一层全连接层；
• 输入（batch_size， 200）:200是个假设的state表示维度，在实际使用中决定其大小的因素比较多；
• 输出：假设agent_action有300种，则输出为(batch_size，300)

动作选择网络每个iteration的参数都会利用loss回传进行更新，那么loss函数是怎么算的呢？
其标签就是将 next_state记为$s^{{}^{\prime }}$送给目标网络，$y_i=r+\gamma ma{x}_{a^{{}^{\prime }}}Q(s^{{}^{\prime }},a^{{}^{\prime }})$，其中$r$表示及时回报。
loss函数就是目标网络和动作选择网络输出$y_i$间的均方误差。

动作选择网络利用上述过程实时更新，目标网络在每个epoch结束时，直接copy动作选择网络的参数进行更新。