LLM’ы в преобразовании запроса на естественном языке в SQL (text2sql)

Время прочтения: 10 мин.

Данные занимают центральное место в информационном обществе. Именно информация является основой для принятия решений, развития бизнеса и научных исследований. Многие организации инвестируют огромные средства в системы, способные хранить, обрабатывать и анализировать данные.

Одной из главных проблем, с которыми сталкиваются компании, это непосредственная работа с базами данных с помощью языка SQL (Structured Query Language). Не все знают этот язык, и не у всех есть время изучать его. Поэтому на рынке появляются инструменты, позволяющие писать запрос на естественном языке и получать ответ на языке запросов.

В посте познакомлю вас с двумя AI-инструментами для генерации SQL-запросов: SQLCoder Defog и SQLthroughAI.

Введение

Проблема преобразования запросов на естественном языке в SQL-запросы является одной из ключевых задач в области обработки естественного языка (Natural Language Processing, NLP). Одним из наиболее эффективных подходов к решению задачи text2sql является использование больших языковых моделей (Large Language Models, LLM). В научных публикациях используются различные наименования этой задачи: NL2SQL, seq2sql, NLQ-SQL, NLQ2Query, natural language to SQL и прочее. В данном посте все эти термины являются синонимами.

Модели типа LLM for SQL-queries обучаются и тестируются на больших наборах пар запросов на естественном языке (natural language querying, NLQ) и языке SQL, которые способны извлекать информацию из одной или нескольких баз данных. Часто используются такие наборы данных, как Spider, WikiSQL, SParC и другие.

Запрос text-to-SQL обычно состоит минимум из двух компонентов: вопроса на естественном языке и описания (схемы) базы данных. Необязательными элементами являются демонстрационный пример и инструкции по выполнению задачи.

Основными проблемами применения LLM for SQL-queries являются генерирование ошибочных ответов (галлюцинации модели) и риск похищения пользовательских данных. Пользователи должны самостоятельно проверять выдаваемый моделью SQL-запрос, поскольку нет никаких гарантий, что скрипт будет рабочий. Вторая же проблема решается созданием собственной LLM или размещением автономной (self-hosted) модели на собственном сервере.

Сейчас на рынке доступно множество решений так или иначе связанных с генерацией SQL-запросов: Dataherald, DB-GBT, NL2SQL и другие.

Я сосредоточилась на модели SQLCoder Defog, а для сравнения с ней выбрала SQLthroughAI, использующую технологии от Open AI.

Немного о моделях

SQLCoder — это большая языковая модель с 15 миллиардами параметров, дообученная на модели StarCoder компанией Defog. Модель прошла обучение на 10 537 вопросах, заданных людьми на основе 10 различных схем баз данных. Обучение проходило в два этапа в зависимости от уровня сложности вопросов:

• первый этап: «легкие» и «средние» вопросы (easy+medium);
• второй этап: «сложные» и «сверхсложные» вопросы (hard+extra-hard).

Эта классификация была выполнена путем адаптации рубрикации, используемой набором данных Spider. Результаты обучения на данных, взятых с первого этапа, были сохранены в модели под названием defog-easy. Для оценивания корректности предлагаемых запросов компания разработала свой собственный фреймворк – sql-eval.

SQLCoder превосходит gpt-3.5-turbo и text-davinci-003, которые являются моделями, более чем в 10 раз превышающими его размер, а при тонкой настройке для отдельных схем баз данных SQLCoder будет обладать такой же или лучшей производительностью, чем GPT-4 OpenAI, с меньшей задержкой (на A100 GPU).

Способы использования SQLCoder:

• непосредственно скачать из Hugging Face;
• воспользоваться демо-версией через веб-сайт;
• запустить блокнот в Colab.

SQLthroughAI — это инструмент искусственного интеллекта, созданный на базе технологий от Open AI. На сайте представлено крайне мало информации, поэтому неизвестно, как именно была доработана модель, но за этой информацией можно обратиться к разработчикам: SQLtroughAI@gmail.com.

Почему я выбрала этот AI-помощник? Он бесплатный, не требует API key и имеет веб-интерфейс.

Практическая часть

Поскольку я хотела, чтобы любой пользователь смог самостоятельно поэкспериментировать с запросами, то реализую все практические примеры на сайтах моделей.

Я буду писать запросы на русском языке, заставляя модель подстраиваться под запросы рядового пользователя. Поэтому, как вы понимаете, качество представленных результатов будет ниже ожидаемого. В случае, если модель допустит ошибку, попробую помочь ей, добавив немного контекста.

Хочу отметить, что несмотря на информацию, представленную на сайте о том, что в настоящее время SQLthroughAI поддерживает только английский язык, AI-помощник принимал запросы на русском языке и выдавал корректные SQL-ответы.

Все задания взяты c сайта sql-academy. Выберу базу данных «Авиаперелеты» и продемонстрирую работу большой языковой модели.

Схема базы данных во всех запросах одинаковая. Создам её с помощью DDL (языка описания данных). Также перед промтом для модели SQLCoder буду писать MySQL, поскольку сайт sql-academy принимает ответы только на этом диалекте.

Для SQLthroughAI создам схему базы данных вручную и настрою связи с помощью веб-интерфейса. При отправке промта необходимо выбирать все таблицы из базы данных, и отмечать необходимый диалект, в моём случае — MySQL.

Сразу отмечу, что на сайте был представлен единственный сложный запрос для данной таблицы. Поэтому я попросила AI-инструменты сгенерировать сложные запросы и для другой базы данных Airbnb.

Авиаперелеты

SQLCoder

CREATE TABLE trip(
id INT PRIMARY KEY,
company INT, -- идентификатор компании-перевозчика
plane VARCHAR, -- модель самолета
town_from VARCHAR, -- город вылета
town_to VARCHAR, -- город прилёта
time_out DATETIME, -- время вылета
time_in DATETIME -- время прилёта
); 

CREATE TABLE company(
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR -- название компании-перевозчика
);

CREATE TABLE pass_in_trip(
id INT PRIMARY KEY,
trip INT, -- идентификатор билета
passenger INT, -- идентификатор пассажира
place VARCHAR -- место пассажира в самолёте
);

CREATE TABLE passenger(
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR -- имя и фамилия пассажира
);

SQLthroughAI

Интерфейс для создания полей в таблице. Предлагается всего 4 типа поля (string, date, number, id).

Создаю таблицы Авиаперелеты

Настрою связи между таблицами

Airbnb

SQLCoder

-- отзывы на арендуемое жилье
CREATE TABLE Reviews( 
id INT PRIMARY KEY,
reservation_id INT, -- идентификатор брони
rating INT, -- рейтинг от 1 до 5
); 

-- пользователи сервиса бронирования
CREATE TABLE users(
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR, -- имя и фамилия пользователя
email VARCHAR, -- электронная почта пользователя
email_verified_at DATETIME, -- дата подтверждения почты
password VARCHAR, -- пароль от аккаунта
phone_number VARCHAR -- номер телефона пользователя
);

-- история бронирования жилья
CREATE TABLE Reservations(
id INT PRIMARY KEY,
user_id INT, -- идентификатор  пользователя
room_id INT, -- идентификатор  жилья
start_date DATETIME, -- дата начала бронирования
end_date DATETIME, -- дата окончания бронирования
price INT, -- цена за сутки
total INT -- общая стоимость бронирования
);

-- доступные вариант жилья
CREATE TABLE Rooms(
id INT PRIMARY KEY,
home_type VARCHAR, -- тип жилья
address VARCHAR, -- адрес жилья
has_tv BOOLEAN, -- наличие телевизора
has_internet BOOLEAN, -- наличие интернета
has_kitchen BOOLEAN, -- наличие кухни
has_air_con BOOLEAN, -- наличие кондиционера
price INT, -- цена за сутки
owner_id INT, -- идентификатор владельца
latitude FLOAT, -- географическая широта
longitude FLOAT -- географическая долгота
);

SQLthroughAI

Создаю базу данных Airbnb

Настраиваю связи между таблицами

Выбираю все таблицы из базы данных для формирования запроса

Примеры запросов

№ 55:

Комментарий

В чём же проблема решения от SQLCoder? Модель считает, что только одна компания совершает наименьшее количество рейсов. К сожалению, даже корректировка запроса не помогла решить данную задачу.

№ 58:

Комментарий

SQLthroughAI не учитывает условие, связанное с пользователем (name = 'George Clooney'), и поэтому даже не связывает необходимые таблицы.

№ 68:

Комментарий

Как можно увидеть, подход моделей к решению отличается, но это не влияет на успешность выполнения задания.

№ 69:

Мне кажется, что данное задание составлено некорректно. В итоговом решении требуется замена NULL на нулевые значения, поэтому было принято решение скорректировать запрос на естественном языке.

Модели плохо справлялась с данным заданием, поэтому явно указала необходимую конструкцию.

Комментарий

Обе модели успешно справились с заданием.

№ 71:

Комментарий

Как видно, обе модели не учитывают владельцев жилья, также SQLthroughAI не использует команду округления.

Оценка моделей

Как видно, каждая из моделей выполнила примерно две трети запросов успешно.

Сравнение моделей

В таблице я сравнила модели и результаты их работы:

Вывод

SQLCoder и SQLthroughAI частично справились с задачей преобразования запроса на естественном языке в запрос на языке SQL. Не рекомендую пользователям без опыта в данной области применять эти AI-помощники, поскольку почти в трети случаев всё ещё совершаются ошибки, и это может быть критично для ваших данных. Тем не менее, как помощник или генератор идей эти инструменты могут быть полезными: инструменты могут предложить пользователю различные варианты запросов и помочь синтаксически правильно составить их.