【多轮对话】从微软源码看用户模拟器构建

2022-09-06 20:12:59 浏览数 (1)

用户模拟器是在任务型多轮对话场景中，用于模拟用户在指定目标下多轮对话过程，可以用于生成对话数据，以及通过强化的方式训练系统决策。在具体的任务型场景需要定义有哪些用户行为、用户意图、用户可能说的槽位等，而之后用户模拟器是怎么来推进对话过程的呢？

论文：A User Simulator for Task-Completion Dialogues

代码地址： https://github.com/MiuLab/TC-Bot

本文首先简单介绍用户模拟器方法，再从源码细节分析具体多轮对话中的用户模拟器应该如何构建。

用户模拟器

用户行为user action

首先第一步就是确定用户会有哪些action，以及action对应的意图、槽位有哪些，这个与具体的任务有关。但是很对最近的论文都是复用剑桥提出的DSTC2/3（餐馆预订）中对用户action的定义，那么他们定义了哪些呢：

act

包含的slot

描述

inform

槽值(s, v), ...

用户告知系统的值，例如：饭店是xx，厂家是xxx

request

槽位名s

用户询问系统的槽位，例如：xx药的厂家有哪些？

ack

None

肯定(这里和确认很像，但是这里是会话的肯定，肯定的返回结果)，例如：Okay, what’s the phone number of that place?”

affirm

None

认可/是的

negate

None

否定/不是

reqalts

None

其他、以上都不是

confirm

one slot (s, v)

s是可以告知的槽位，v是对应的值，例如：这个药品是同仁堂生产的吗？

deny

one slot (s, v)

s是可以告知的槽位，v是对应的值，例如：不要国产的格列卫

null

None

空、非当前域、未理解

reqmore

None

还有哪些、还有更多的剂型吗

thankyou

致谢

help

None

你有什么功能、你可以做什么、我可以问什么

repeat

None

重复一下、你说什么

bye

None

Hello

None

例子：

代码语言：txt复制
[{"act":"confirm", "slots":[["area", "centre"]]},
 {"act":"request", "slots":[["slot", "phone"]]},
 {"act":"deny", "slots":[["area","north"]]},
 {"act":"hello", "slots":[]},]

其实affirm和confirm和合并，negate和deny也可以合并

确定了user action，以及任务的槽位和意图之后，就可以开始构建基于Agenda-Based的用户模拟器了。

Agenda-Based的用户模拟方法

Agenda-Based主要通过生成用户目标，然后将其通过出栈的形式来生成对话流，主要包含以下模块：

  • 用户目标生成：这部分可以基于数据库随机生成，目标也包含inform_slots、request_slots。生成用户目标之后，
  • 用户行为(action)产生:
    • 首轮：会有一些条件，比如必须要有餐馆名字等。
    • 非首轮：结合系统的问询说出目标中的某一个或多个槽位
  • 会话状态：这个是模拟器内部的会话状态：
    • 历史信息：用户保存说了哪些槽位，哪些槽位没有说。
    • 会话状态：失败、成功、还没结束
  • NLG模块：将用户action转化为自然语言。

主函数run.py

通过主函数中DM（run.py）来完成agent和user之间的对话，state_tracker记录并结合KB结果给agent作为其infrom。两者交互通过action（包含request，infrom，diaact等），并非自然语言。agent、user、act_set、slot_set、state_tracker、user_action、reward、episode_over。

也可以利用user bot在线训练agent，然后agent与真实用户交互来继续在线训练。

state_tracker

state_tracker.py中的state_tracker类包含：

  • Current_slots:
    • Agent_request_slots: agent必须要知道value的slots;
    • Infrom_slot: 当前获得的inform_slots;
    • Request_slots: 需要向用户提问的slots；
  • history_dictionaries: 当前对话每轮记录。
  • kb_helper：类，可以返回可用的movie list。
  • movie_dictionaries: 电影数据库。
  • turn_count: 轮次计数。

本文主要介绍模拟器，state_tracker这块感兴趣可以自行细读。

user smilator代码

用户模拟器代码：usersim_rule.py，其中有一个RuleSimulator类，对于其输入、输出为:

输入

首次对话，调用initialize_episode()，直接会输出，无需输入。

对话过程中调用next()，需要输入system_action, map形式，key包含：

  1. diaact: action，例如 request, infrom
  2. infrom_slots: 包含imform的slot-value
  3. request_slots: 包含slot-‘UNK’
  4. turn: 当前对话轮次

举例子：system_action： {'request_slots': {'date': 'UNK'}, 'turn': 3, 'speaker': 'agent', 'inform_slots': {}, 'diaact': 'request'}

输出

自然语言。例如：which restaurant and what is the address for breaskfast for 10 people on tomorrow morning

输出是自然语言还是结构化的字段（user action），可以按需更改，因为按照M2M对话产生对话的outline也可以是user action。

构造函数

  • 域字典：包含域的字典和对应项；如movie_dict，包含key有actor，city，date等，value是其对应的取值。(语料，kb)
  • act_set：user的action type，如closing，inform，等。
  • slot_set：域对应的slot type，如actor，date等。
  • start_set：根据语料生成的usr goal sample。包含inform_slots、request_slots。包含test，train，valid等。
  • params：参数，包含
    • max_turn最大轮次、
    • slot_err_probability：（s d i/c s d）槽位错误概率
    • slot_err_mode：错误模式
    • intent_err_probability：意图错误概率
    • simulator_run_mode、（0 for dia-act; 1 for NL; 2 for no output）
    • simulator_act_level：0 for dia_act level; 1 for NL level
    • learning_phase（all, train, test）
    • NLG模板。

params举例：{'max_turn': 20, 'slot_err_mode': 0, 'slot_err_probability': 0.05, 'intent_err_probability': 0.05, 'simulator_act_level': 0, 'learning_phase': 'all', 'simulator_run_mode': 0}。

初始化initialize_episode

记录状态的数据结构: history_slots, insorm_slots, request_slot, rest_slot都为空, turn(int)=0

Episode_over、dialog_status。

goal产生（_sample_goal）：从start_set随机选一条记录。其中ticket设为UNK

_sample_action：初始action选择，包含以下：

  • diaact: 从配置文件的start_dia_acts中随机选一个（只有request）。
  • Infrom_slot: 如果有moviename，则第一轮必出现，再选一个其他的infrom。
  • agenda：将其他slot和request slot加入到rest_slot中。
  • Request_slot: ticket在最后请求，优先随机选其他request，

根据action调用NLG生成自然语言，加入到action'nl'中。方法：模板，对于agent和usr每类request和infrom都有相应模板。lstm_decoder。

很多逻辑冗余，例如state'request_slots'刚添加，就判空。以及一些不可能出现的情况（上层已经判断过）。

输出：user_action，包含diaact、infrom_slots、request_slots、turn、nl。

Next User action（next函数）

输入：DM输入system_action, 包含request_slot, inform_slots等信息。

输出：response_action

更新信息：state'turn'加2，dialog_status。turn超过最大次数，则state'diaact'='closing'。更新history_slots，清空inform_slots。

对于不同的sys_act，回应不同：

  • system request：从sys_action的request中选取第一个slot。如果request为空，则在rest_slot中随机选一个slot。
  • 如果在infrom_slot中，将其对应键值保存到state'infrom_slot'中，state'diaact'='infrom', 并从rest_slots中移除，清空state'request_slots'，(因为其代表本次request值)
  • 如果在request_slot中，state'diaact'='request', 并将slot填入到state'request_slot'。
    • 待修改：并且发送如果还有infrom，则全部取出到state'infrom_slot'，并将这些infrom从rest_slot中移除。这样做是防止user infrom没说完，系统就返回了结果。
  • 否则为donot care，（既不在infrom也不再request）
  • Response_inform: 回应系统的inform action.
  • System_action中包含键taskcomplete，则转换下一个diaact=thanks，如果其值为no_value_match，则将ticket的value设为no_value；否则检查system_action的slot-value和goal中是否一致，不一致则constraint_check为0，diaact=deny。
  • 如果不包含taskcomplete，将infrom加入到state'history_slots'，并比对infrom与goal中slot-value是否一致。一致则更新state。
    • 如果value不一致，可以选择再说一遍不一致的slot-value，或者直接state'diaact'=deny，结束会话。
    • 如果slot不在goal中，是donot care的slot，不管，发起state'request_slots'中请求，如果其为空的则在rest_slots中选一个，如果rest_slots也为空的，则请求ticket。
  • multiple_choice：回应系统提供slot的可选择value，user diaact变为inform。将slot从rest_slot移除。
    • system inform_slot在user inform slot中，返回inform中的值。
    • 如果在user request slot中，那么随机选择一个答案。并将其从request_slot中移除。
    • 如果都不在，返回i do not care。
  • Response_confirm:
    • 如果rest_slot不为空，则随机选取一个slot。
    • 否则返回state'diaact' = "thanks"
  • thanks：轮次结束，决定对话状态，返回相应奖励，对话成功条件：
  • rest_slot中无剩余、
  • history_slot无空值并且和goal中一致。
  • system_action返回的ticket不为空。

加入噪声corrupt

  1. 以slot_err_probability概率产生错误的slot-value，slot_err_mode=0，则替换value；mode=1则以1/3概率替换value，1/3概率替换slot和value，1/3删除slot-value；mode=2, 替换slot和value; mode=3, 删除slot和value。
  2. 以intent_err_probability随机改变user_action'diaact'。

模拟agent SLU识别错误、交互噪声的情况，增加鲁棒性，数据集也会扩充。

经过NLG。

奖励：（DM）

  1. Status = sucess, R=2*max_turn;
  2. status= Failed, R= -max_turn;
  3. Else: R=-1;

名词解释

S = (A,G) , goal G, G=(c, r)，c是要求，r是用户请求获得什么。还需要加入intent信息。agenda A堆栈类型（未完成）,对话系统解决一个出栈一个。

User goal

  1. inform_slot: 用户的限制的slot-value；其中又分为Require slots和Optional slots；
  2. request_slot: 用户请求的slot。

数据生成方式：

  1. 从语料中用户第一轮的数对话提取槽位。
  2. 所有用户的所有回合的槽位。

将user goal生成database，然后对话开始时候从中随机采样生成user goal。

User action

首轮：会有特殊限制，如一般都会包含request，至少一个infrom slot，movie名如果知道首轮会出现。

对话过程中，包含一个类堆的agenda，过程中会出栈和入栈（agenda出现没有的slot）。

Dialogue Status

no_outcome_yet, success(回答所有requestable slots，通过NLU来识别，并给出正确的票), failure。还会限制对话轮次，超出算失败。并决定返回奖励。

NLU

intent和slots联合训练，使用Seq2Seq方法，数据为全部对话action和utterance，IOB的slot标签和intent标签

NLG

  1. 模板。
  2. 模型：Seq2Seq，输入是dialog action，生成类模板的句子。

对于dialog act，如果找到了规则模板，则输出模板，否则使用模型的输出。

扩展

最近也有很多使用模型来做用户模拟器的，这里简单提一下，后续有机会细说。主要还是通过数据驱动的模型方法来自动学习用户，通过对话历史、user profile、task schema作为输入，预测下一轮应该说什么，主要有：

  • 基于统计建模
    • Collaboration-based User Simulation for Goal-oriented Dialog Systems
    • A stochastic model of human machine interaction for learning dialog strategies
  • 有监督：
    • Neural User Simulation for Corpus-based Policy Optimization for Spoken Dialogue Systems
    • A Sequence-to-Sequence Model for User Simulation in Spoken Dialogue Systems
  • 强化：Iterative Policy Learning in End-to-End Trainable Task-Oriented Neural Dialog Models
  • 逆强化：User Simulation in Dialogue Systems using Inverse Reinforcement Learning

另外看了一篇感觉比较合理google AI: USER MODELING FOR TASK ORIENTED DIALOGUES，可以简单看下他的模型图

Reference

  • A User Simulator for Task-Completion Dialogues
  • Agenda-Based User Simulation for Bootstrapping a POMDP Dialogue System
  • A Sequence-to-Sequence Model for User Simulation in Spoken Dialogue Systems(
对话机器人 NLP服务多轮对话 用户模拟器 微软源码 Agenda-Based 任务型对话

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