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Python人工智慧實戰之對話機器人的實現

2022-02-09 13:00:56

背景

當我慢慢的開在高速公路上,寬敞的馬路非常的擁擠!這時候我喜歡讓百度導航的小度給我講笑話,但她有點弱,每次只能講一個。

百度號稱要發力人工智慧,成為國內人工智慧的領軍企業。但從小度的智商和理解能力上,我對此非常懷疑。

所以我們乾脆用Python來開發一個可以講笑話的機器人,可以自由客製化功能,想講幾個笑話就講幾個笑話。

用到的技術

本文用到以下技術:

爬蟲 - 抓取笑話

資料庫 - 用sqlite儲存笑話

物件導向 - 封裝joke物件

模組 - 程式碼分模組放在多個檔案中

語音識別 - 識別使用者輸入的語音,把笑話轉換成語音

GUI - 開發簡單的使用者介面

打包 - 把程式打包成可執行檔案

主要流程

程式碼模組

為了程式碼結構清晰,方便維護,我們把程式碼放到了多個py檔案中,每個檔案各司其職。

本程式共包括一下幾個程式碼模組:

joke.py - 笑話物件,被多個模組共用

joke_crawler.py - 笑話爬蟲

joke_db.py - 處理資料庫相關,儲存笑話,查詢笑話等

joke_ui.py - 使用者介面模組

joke_audio.py - 處理和語音相關的任務 和2個非程式碼結構:

joke_audio - 存放語音檔案的資料夾

jokeDB.db - sqlite3資料庫檔案

現在開始寫程式碼,請先建立一個資料夾,建議取名為myjoke。後面所有的程式碼都在這個資料夾中。

Joke物件

我們使用物件導向的程式設計思想,建立一個叫做Joke的類,來表示一個笑話。

用了Joke類,程式碼更清晰,資料傳輸也更方便。Joke類會被所有其他的模組用到。

建立一個名為joke.py的檔案

程式碼如下:

class Joke:
    '''
    表示一個笑話。
    其中title是笑話標題,detail是笑話內容
    url是笑話的採集網址,通過url判定笑話是否重複,防止儲存重複笑話
    id是資料庫生成的唯一識別符號,剛剛採集下來的笑話是沒有id的,所以id可以為空
    '''
    def __init__(self, title, detail, url, id=None):
        self.title = title
        self.detail = detail
        self.url = url
        self.id = id

    def __str__(self):
        '''
        有了這個方法,print(joke)會把笑話列印成下面格式的字串,否則只會列印物件的記憶體地址
        '''
        return f'{id}-{title}n{detail}n{url}'

這個類中只有兩個魔術方法,一個是建構函式__init__,一個是__str__。

爬蟲抓取笑話

分析網頁結構

我們要抓取的網址是這個:http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/1.html 我們要抓的資料點有三個:

在谷歌瀏覽器中,右鍵點選檢查,就可以在下面看到網頁的程式碼結構:

1.用滑鼠點選1的按鈕

2.然後把滑鼠移到2的地方

3.就可以看到成功這兩個字在網頁中的結構。

通過分析這個結構,我們可以得出:成功這兩個字是在一個h1結構內,這個h1的class是article-title,因為可以使用這個特徵提取其中的內容(範例程式碼):

title = html.select_one('h1.article-title').getText()

用同樣的方法可以分析出笑話內容和下一頁URL的特徵。

分析網頁結構需要基本的HTML和CSS的知識,如果完全不懂,可以先直接模仿我的程式碼,然後再慢慢理解相關知識。

程式碼實現

現在來看完整的程式碼。

新建一個名為joke_crawler.py的檔案。

import requests
import bs4
import time
import random
#先註釋掉資料庫相關的程式碼,後面需要反註釋回來
#import joke_db 
from joke import Joke

#起始URL
url = 'http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/1.html'  

#網站的域名地址,用來拼接完整地址
host = 'http://xiaohua.zol.com.cn'

def craw_joke(url):
    '''
    抓取指定的URL,返回一個Joke物件,和下一個要抓取的URL
    如果抓取失敗,返回None, None
    必須設定User-Agent header,否則容易被封
    '''
    print(f'正在抓取:{url}')
    headers = {
        'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/87.0.4280.88 Safari/537.36'
    }
    html = requests.get(url, headers=headers).text
    soup = bs4.BeautifulSoup(html, 'lxml')
    try:
        #分別使用css選擇器提取title, detail和next_url
        title = soup.select_one('h1.article-title').getText()
        detail = soup.select_one('div.article-text').getText().strip()
        next_url = soup.select_one('span.next > a')['href']
        return Joke(title, detail, url), next_url
    except Exception as e:
        print('出錯了:', e)
        print(html)
        return None, None 

# 抓取笑話,以學習為目的,建議不要抓取太多,本例子只抓取了10個
count = 0
for i in range(0, 10):
    joke, next_url = craw_joke(url)
    if joke:
        #先註釋掉資料庫相關的程式碼,後面需要反註釋回來
        #joke_db.save(joke)
        print(joke)
        url = host + next_url
    print('歇一會兒再抓!')
    time.sleep(random.randint(1, 5))
print('抓完收工!')

程式碼中已經新增了一些註釋,有基礎的應該可以看懂。

有兩個點要注意:

1.在craw_joke函數中,必須新增User-Agent的header,否則會很快被封鎖。

2.程式碼中註釋掉了和資料庫相關的程式碼,現在只是把笑話列印出來。寫好了資料庫模組,要把相關程式碼反註釋回來。

3.抓取的中間有隨機1到5秒的停頓,一個防止被封鎖,二是出於文明禮貌,不要給伺服器帶來太大壓力。

儲存到sqlite資料庫

抓來的笑話可以儲存到檔案中,但是用檔案儲存不方便檢索,也不方便判斷笑話是否重複等。

所以更好的方法是把笑話儲存到資料庫,這裡選擇sqlite做資料庫。原因如下:

1.sqlite是檔案資料庫,不需要安裝額外的資料庫伺服器

2.python預設支援sqlite資料庫,不需要任何額外的安裝和設定

但如果你想把世界上所有的笑話都抓下來,資料量很大,那建議使用更正式的資料庫,比如MySQL.

新建一個名為joke_db.py的檔案

程式碼如下:

import sqlite3
from joke import Joke 

def setup():
    '''
    建立資料庫和建立表,如果已經存在了不會重複建立
    '''
    con = sqlite3.connect('jokeDB.db')
    with con:
        con.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS jokes
                    (id INTEGER PRIMARY KEY,
                    title varchar(256) NOT NULL,
                    detail varchar(1024) NOT NULL,
                    url varchar(1024) NOT NULL)''')

def save(joke):
    '''
    把笑話儲存到資料庫
    根據url判斷是否已經有這個笑話了,如果有了就不再儲存
    '''
    con = sqlite3.connect('jokeDB.db')
    with con:
        cur = con.cursor()
        cur.execute(
            'SELECT * FROM jokes WHERE (url = ?)', [(joke.url)])
        has_joke = cur.fetchone()
        if has_joke:
            print('重複了,不再插入')
        else:
            con.execute('INSERT INTO jokes(title, detail, url) VALUES (?,?,?)', (joke.title, joke.detail, joke.url))
            print('笑話儲存成功')

def get_jokes():
    '''
    返回所有的笑話列表
    '''
    print('loading jokes...')
    con = sqlite3.connect('jokeDB.db')
    jokes = []
    with con:
        for row in con.execute('SELECT * FROM jokes'):
            joke = Joke(row[1], row[2], row[3], row[0])
            jokes.append(joke)
    return jokes

# 呼叫最上面的程式碼
setup()

# 測試程式碼,本模組被別的模組引入的時候,不會執行下面的程式碼
if __name__ == '__main__':
    save(Joke('笑話Test', '笑話內容test', 'https://www.joke.com/1.html'))
    save(Joke('笑話Test2', '笑話內容test', 'https://www.joke.com/2.html'))
    print('========列印一下所有的笑話======')
    for joke in get_jokes():
        print(joke)
        print()

程式碼已經新增了比較多的註釋,請先看程式碼。這裡額外的補充:

1.要使用sqlite,需要引入sqlite3模組

2.使用sqlite要先用connect()方法獲得連結,然後呼叫execute()方法執行SQL語句。

執行上面的程式碼,就可以發現資料夾下多了一個名為jokeDB.db的檔案,這是程式自動建立的資料庫檔案,笑話就儲存在裡面。下面裡面只有兩個測試的笑話:

> python joke_db.py
笑話儲存成功
笑話儲存成功
========列印一下所有的笑話======
loading jokes...
1-笑話Test
笑話內容test
https://www.joke.com/1.html

2-笑話Test2
笑話內容test
https://www.joke.com/2.html

這一部分需要一定的資料庫知識,不過你也可以比這葫蘆畫瓢,先把功能做出來,再加強相關知識。

抓取笑話並儲存到資料庫

現在回到joke_crawler.py中,去掉關於joke_db的註釋程式碼

第1處在檔案開頭:

#先註釋掉資料庫相關的程式碼,後面需要反註釋回來
#import joke_db 

第2處在檔案的最下面:

for i in range(0, 10):
    joke, next_url = craw_joke(url)
    if joke:
        #先註釋掉資料庫相關的程式碼,後面需要反註釋回來
        #joke_db.save(joke)
        print(joke)
        url = host + next_url
    print('歇一會兒再抓!')
    time.sleep(random.randint(1, 5))
print('抓完收工!')

去掉註釋後,再次執行joke_crawler.py,就會把笑話儲存在資料庫中。

為了驗證是否儲存成功了,可以去執行joke_db.py,因為這個檔案最後會列印出所有的笑話:

========列印一下所有的笑話======
loading jokes...
1-笑話Test
笑話內容test
https://www.joke.com/1.html

2-笑話Test2
笑話內容test
https://www.joke.com/2.html

3-成功
她:「因為別人都不同情你,我才做你的妻子。」他:「你總算成功了。現在每個人都因此同情我。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/1.html

4-結婚以後
女:「為什麼從前你對我百依百順,可結婚才三天,你就跟我吵了兩天的架?」男:「因為我的忍耐是有限度的。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/2.html

5-我們的
燕爾新婚,新娘對新郎說:「今後咱們不興說‘我的'了,要說‘我們的'。」新郎去洗澡,良久不出,新娘問:「你在幹什麼哪?」「親愛的,我在刮我們的鬍子呢。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/3.html

6-杞人憂天
妻子患了重病,醫生宣告回天乏術。妻子即對丈夫說:「我現在希望你能夠發誓。」「發什麼誓。」「如果你再婚,不準把我的衣服給你的新妻子穿。」丈夫恍然大悟道:「這個我可以發誓。說實話,你根本不必操心,因為我再也不想找像你這樣胖的太太了。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/5.html

7-理由充分
法官:「離婚理由是什麼?」新娘:「他打呼嚕。」法官:「結婚多長時間了?」新娘:「三天。」法官:「離婚理由充分,結婚三天還不是打呼嚕的時候。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/6.html

8-聰明丈夫
某夫婦當街而過,一隻鴿子飛過天空,一泡鴿糞不偏不倚正巧落在太太肩上,太太急了,忙叫丈夫拿紙。丈夫擡頭,見鴿子不講衛生,到處拉屎,卻不知妻子叫他拿紙幹嘛,說:「叫我有啥辦法,追上前去給它擦屁股呀! 」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/8.html

9-事故與災難
一位夫人問她的丈夫:「親愛的,你能告訴我‘事故'與‘災難'這兩個詞之間有什麼區別嗎?」「這很簡單。」丈夫認真地回答說,「譬如你失足落水,這就叫‘事故';如果人家又把你當魚釣上來,這就是‘災難'了。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/13.html

10-吵架的結果
夫妻吵架了。當丈夫下班回到家裡,他發現妻子不在家。只在桌上留了一個條子,上面寫道:「午飯在《烹調大全》第215頁;晚飯在317頁。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/14.html

11-保險之險
太太不懂保險的道理,認為繳保險費是浪費,先生連忙解釋說:「保險是為了你和孩子,萬一我死了;你們也有個保障呀! 」太太反駁說:「要是你不死呢?」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/16.html

12-補不足
妻:「我曉得,你與我結婚,是因為我有錢。」夫:「不是,是因為我沒有錢。」
http://xiaohua.zol.com.cn/detail1/17.html

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