RAG文档处理中的数值图表和流程图如何解析？从表示方式到代表解决方案

今天是2024年11月11日，星期一，北京，天气雾。

我们从今天起，得换个写法，回归到实际场景业务，谈谈一些解决方案的话题。

最近琢磨的事情，就是现在很多文档场景，其实本质上都是做的数字化的过程，核心是从不可编辑到可编辑，比如常见的表格解析、文档转markdown、docx等。

今天，我们来看看一个比较有趣的话题，这其实是RAG中的一些图表的解析方案，讲讲数值图表的解析以及流程图的解析。

一些很有趣的思路，供大家一起参考。

一、先说数值图表的解析

而进一步的，其实，文档还是会有流程图、柱状图等数值图表，也有一些其他图片。

其中，对于柱状图等数值图，目前已经有了很多将柱状图转为底层json_dict的方案，比如onechart(https://arxiv.org/pdf/2404.09987)、unichart(https://arxiv.org/pdf/2305.14761)等。其核心是通过构造<数值图表, json_dict>的输入输出对，然后丢入多模态模型进行sft微调。

关键点是这个微调数据的生成，主要是靠反向渲染（通过生成json_dict数据（例如让chatgpt生成，或者自定义模版生成，数据的表示也很有趣，主要是使用json_dict来表示x轴、y轴以及对应的数值列表，以及对应的类型信息，比如饼图、折线图等），然后送入matplotlib、echarts或者pyecharts进行渲染。

所以，这种思路，其实就是在拟合数据集，很容易因为数据的多样性不足，表现并不稳定，很容易出现幻觉。将这些数据转写之后，可以再进行分析，以及类型转换等。

二、再看流程图的解析

而对于流程图，流程图（FlowChart）是描述我们进行某一项活动所遵循顺序的一种图示方法，能通过图形符号形象的表示解决问题的步骤和程序。

调研了一圈，其实做的人并不多，总结起来，就是几个核心问题。

1、flowchart如何表示问题

flowchart其实有很多种，如使用bing搜索，能找到很多不同的flowchart图像，如下：

如果要进行呈现，则有不同的表示语法。

例如，使用mermaid(https://mermaid.nodejs.cn/syntax/flowchart.html)表示流程图，例如如下语法可以表示订单处理流程。

flowchart LR
A[下单] --> B{库存检查}
B – 有货 --> C[支付]
B – 无货 --> D[提示缺货]
C --> E{支付成功?}
E – 是 --> F[发货]
E – 否 --> G[支付失败]
G --> A

渲染之后为：

也可以使用UML(https://www.visual-paradigm.com/cn/guide/uml-unified-modeling-language/what-is-uml/，https://www.w3cschool.cn/uml_tutorial/uml_tutorial-kty628y9.html)表示流程图，UML是统一建模语言的简称，它是一种由一整套图表组成的标准化建模语言。

也可以使用networkx来表示，专门绘制图的，表示的是Graph的形式。

import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt
data_dict = {
    1:[{'left':20, 'right':21}],
    20:[{'left':30, 'right':31}],
    21:[{'left':40, 'right':41}],
    30:[],
    31:[],
    40:[],
    41:[]
}
G = nx.DiGraph()
# step 1: add edges
for key in data_dict:
    print(key)
    for source in data_dict[key]:
        if 'left' in source:
            print('left [%d]' % (source['left']))
            if source['left'] in data_dict:
                G.add_edge(key, source['left'])
        if 'right' in source:
            print('right [%d]' % (source['right']))
            if source['right'] in data_dict:
                G.add_edge(key, source['right'])

# nx.draw_networkx(G)
# plt.show()
print(G.edges())

效果图如下：

当然，也可以使用知识图谱三元组的表示形式，<头节点，关系，尾节点>，每个流程图的环节，都可以用若干个三元组构成。

另一种，就是用视觉的方式进行表示，标注对应的boundingbox以及位置信息等。

2、如何解析流程图

只要确定了流程图的表示方法，如何要对流程图进行解析，那么就只需要将转为对应的表示形式就行。其中的核心难点是流程图中节点的识别、线的识别以及ocr识别，前面的节点识别还好，用目标检测即可，ocr也好，也有现成的，主要是线的识别【当然，解析的程度还可以进一步分为内容、形状、颜色以及布局等，这些则是另外的实现策略了】。

所以，目前有两个主流方法。一个是多模态的方法，一个是传统深度学习CV处理的方案。

多模态方法上，和图表类解析一致，做成端到端的方案，如 《FlowLearn: Evaluating Large Vision-Language Models on Flowchart Understanding》(https://arxiv.org/pdf/2407.05183)

例如，在qwen-vl上，直接将其解析为三元组的表示，说明其实有理解能力的。

同理，流程图跟思维导图其实也很像，如《MindBench: A Comprehensive Benchmark for Mind Map Structure Recognition and Analysis》(https://arxiv.org/abs/2407.02842)，使用markdown来表示流程图：

可以直接使用“ Please convert the mind map to markdown. Use #, ##, ##, ####, and so on to represent nodes at different levels.“的prompt来识别：

另一个是使用传统cv目标分割的方案去做，代表的方案是《Flowmind2Digital: The First Comprehensive Flowmind Recognition and Conversion Approach》(https://arxiv.org/abs/2401.03742)，讲了讲如何将手绘的流程图和思维导图（统称为flowmind）自动转换为数字格式。

Flowmind2digital方法包括两个主要部分：对象和关键点检测，以及后处理。

首先是对象和关键点检测，使用Mask-RCNN进行对象检测，能够同时检测形状、关键点和文本。Mask-RCNN的两阶段架构包括区域提议网络（RPN）和感兴趣区域网络（ROI），分别负责生成区域提议和分类、细化边界框位置。

其次后处理，包括形状生成、连接确定、文本内容提取和自动排版。

在形状生成阶段，使用python-pptx库与Microsoft PowerPoint交互，或使用win32com库与Visio交互，将检测到的关键点坐标转换为相应的形状。

在连接确定阶段，通过计算连接器和形状之间的欧几里得距离，确定连接器的连接点（这个比较关键）。

按照原文的叙述，假设检测到的形状在边界框中设定为标准化方向（具有水平基线），该过程首先计算每个形状上的候选点，参考PPT和Visio形状上的可连接锚点。其次，对于每个连接点关键点，它识别所有形状上最近的候选点。对于多边形，它计算关键点到每条边的垂直距离（如图13a所示的?₁, ?₂）。需要注意的是，如果垂直线的落脚点位于边的延长线上，则选择从关键点到边端点的最短距离作为最短距离（如图的?₁₃, ?₂₄）。对于非多边形，它根据PPT和Visio的连接规则在形状上确定?个候选点，并指定关键点只能与这些点相连。例如，圆的候选点为上、下、左、右、左上、左下、右上和右下。最后，对于每个关键点，选择具有最近候选点的形状作为连接对象。

在文本内容提取阶段，使用OCR软件提取文本框内的具体内容，在自动排版阶段，采用基于Canopy和K-means算法的两阶段聚类模型，调整形状的大小和位置，生成最终的输出文件。

最后，这个工作还做了一个数据集和模型，对应的数据集、模型在：https://github.com/cai-jianfeng/flowmind2digital

总结

本文主要围绕文档中的图标解析这一工作作了介绍，分别介绍了先说数值图表的解析、流程图表解析两个任务的一些代表方案。

整个大的潮流，其实都是往多模态的方向做，但受限于图片分辨率、OCR效果以及多样性，所以，但多模态大模型已经有了初步这样的能力。