基于知识图谱的前后端（vue3+django）分离的问答系统的设计与实现

基于知识图谱的前后端（vue3+django）分离的问答系统的设计与实现（一）：总体介绍
基于知识图谱的前后端（vue3+django）分离的问答系统的设计与实现（二）：前端搭建与插件配置
基于知识图谱的前后端（vue+django）分离的问答系统的设计与实现（三）：前端开发

引言

自2021毕业以来，参加了三个月警训，而现在三个月的岗位实践也即将结束。算下来已经很久没有写代码了，在此，希望复盘一下自己的研究生毕业设计，也为各位学弟学妹写毕业设计提供一个想法和思路。

一般对于软件工程专业的研究生来说，毕业设计需要一个设计和实现一个管理信息系统。区别于本科专业的系统，研究生毕业设计的系统一般地要求加入算法辅助（推荐、分类、聚类、机器学习、深度学习）。

作者从来没有参与开发过商业化的项目，能力有限，这个项目十分简单，本文将会尽可能的用到多种工具，简要提到各种概念，丰富初学者的视野。更多地是希望能给各位的毕业设计带来灵感，如果学弟学妹们能从中学到一丁点东西，那么这些文字就没有白码。

本文旨在搭建起基于知识图谱的前后端分离的问答系统的主体架构，个别部分可能不会特别详尽。本文参考了Evan-Nightly的行文结构和些许代码。

一、项目概述

问答系统实现的方式有许多种，有问答对的，有从网络社区搜索答案的，知识图谱只是其中一种实现方式。基于知识图谱的问答系统离不开对自然语言的处理，以及知识图谱的建立。

（一）主体架构

以下是项目的架构图，在我自己的毕业设计中，是用到了分布式的部署方法。

功能架构图

技术架构图

1. 前端部分。前端就是展示的部分，用户和系统交互的界面。前端界面采用基于node的vue.js来实现，这是一个渐进式的开发框架，可以按需添加前端组件。为了快速搭建简洁美观的页面，主要用到element UI 组件库，所涉及到的前端技术将在前端篇详细讲述。
2. 后端部分。后端就是业务处理的部分，收到前端用户的请求或输入，经过处理，然后返回给用户想要的东西。使用python语言的Django框架，django框架可以提供方便快捷的后台管理模型，利于快速搭建系统。
3. 问答系统有一个关键的部分就是自然语言处理。这里主要涉及到分词，命名体识别，文本分类等。文本分类直接关系到问答系统的准确性，这部分采用开源的rnn神经网络来实现，神经网络部分不作过多数学上的介绍（我也说不明白 ~手动狗头）。此处我将会把自己在学校的一些语料库贡献一下。
4. 知识图谱部分采用neo4j数据库来构建。neo4j 数据库是一个有社区版和专业版的图数据库，开源版的性能已经足够强大，可以支撑最多支持 320 亿个节点、320 亿个关系和 640 亿个属性，完全满足学习的需求。
5. 开发工具采用Pycharm。Pycharm可以开发前端页面， 也是主流的python项目开发IDE。
6. 开发环境为win10系统，具体用到的框架和工具版本会在相应的章节提到。

（二）前后端分离

1. 前后端不分离

   在ajax技术（异步JavaScript和XML）之前，一个网页哪怕要更新一个字，都必须要更新整个页面才行，也就是说，我们每次对网页的操作和请求，其实都重新加载了整个网页。、

   举个例子，我们以画画比喻。ajax技术之前，我们是用白纸画画，如果画里局部地区画错了，整张纸丢掉再重新从头画一张；而有了ajax技术，类似于我们在ipad上画画，如果想改变画面的局部，可以利用橡皮擦把局部抹白重画。

   做过java的同学都知道，java有servlet和jsp，在servlet里面可以拼接html代码，在jsp页面里面，又可以写java代码，后端将整个页面渲染后给浏览器加载，也就是说后端决定了前端长什么样子。没做过的同学可以这样理解，前后端不分离，其实就是利用后端画好一张网页，然后网页文件交给浏览器显示。

   这样前后端代码写在一起，开发的时候可能方便了，但是在维护的时候，是一个头疼的问题。关键的是，这样也造成了前后端不能同时开发，拖慢开发进度。所以，为了明确开发人员的分工，提高开发效率，方便维护，前后端分离的开发模式就应运而生。
   
   转载的一位前辈的图，帮助大家理解。

2. 前后端分离
   前端和后端分开，中间利用接口的方式来进行通信，这种开发方式有效解决了前后端同时开发的问题。前端只做界面显示和接受用户的请求或输入，后端对前端的请求进行处理，进行数据增删改查，返回给前端需要展示的数据。

   ajax技术可以让页面进行局部刷新，这样当前端页面收到后端发来的数据的时候，只需要对页面中需要改变的地方做出更新即可，又提高了数据传输的效率。

   前后端分离架构更方便了程序的多平台使用。后端的业务接口，可以提供给微信小程序，支付宝小程序，ios和安卓的app等一起使用。

   特别是node.js的诞生，在这之前，js代码是要在浏览器才能运行的，而node.js提供了js的运行环境，甚至js这种脚本语言已经可以写后端服务了。
   
   转载的一位前辈的图，帮助大家理解。

二、各章概述

（一）前端

前端篇，主要包括以下内容：

• vue.js 的介绍
• vue.js的环境安装与部署
• vue项目的创建
• vue项目结构与文件的分析
• vue项目中常用组件的使用，例如Vuex，router，axios，store，element ui等
• 逐步设计与搭建简易的前端页面
• 部署和打包前端应用，nginx
  
  搭建好的问答系统主界面

（二）后端

后端篇主要包括以下内容：

• Django框架的介绍
• Python环境，Anaconda的应用
• Django项目的结构，配置文件分析
• 搭建Django项目，开启服务
• Django项目的常用配置，数据库，服务等
• 利用django的后台管理模板自动生成后台管理页面
• 后端主要写django框架，和前端的交互具体在前后端结合篇章里写。
  
  
  自动生成的后台用户管理界面

（三）前后端整合

前端和后端搭建好后，这部分开始进行整合。

• 前后端的接口对接
• 解决前后端分离的造成的跨域问题
• axios请求发送与响应
• json数据
• 负载均衡的简单使用

（四）自然语言处理

自然语言处理主要包括命名体识别、分词和文本分类。这部分的主要内容有以下：

• jieba分词的使用
• 使用jieba分词建立自定义分词库
• 构建实体字典
• tensorflow的使用
• rnn神经网络（用于文本分类）
• 如何将训练好的模型部署到项目中
  此处都是应用型的工具，或者别人写好的代码拿来应用。

（五）知识图谱

知识图谱的载体是图数据库，区别于结构化数据库，图数据库是非结构化的，在这个章节主要包括以下这些内容。

• 图数据库的介绍
• neo4j数据的安装与应用
• 如何利用docker使用neo4j数据库
• 如何利用python链接neo4j数据库
• 构建简易的的知识图谱
• 从知识图谱中抽取知识

备注：几乎所有的操作都是用pycharm工具完成的。