Дерево непосредственных составляющих (ДНС) обеспечиваает структурное описание предложений. Грамматика непосредственных составляющих (ГНС) характеризует ДНС. И то и другое поэтому играют важную роль в обработке естественного языка для создания структурных описаний предложения, которые могут быть использованы в обработке систем понимания или порождения речи.
Дерево непосредственных составляющих:
ДНС кодирует иерархическую структуру предложения. Эта информация двух видов: иерархическая структура группирования и синтаксические категории этих группирований.
Предложение
John wanted to publish the paper. (1)
имеет следующую структуру:
(2)
John wanted to publish
thepaper
Эта структура может быть представлена и в скобочной конструкции:
[[John][[wanted][[to][publish][[the][paper]]]]](3)
(2) и (3) описывают группирование без идентификации составляющих. Такие конструкции называются “скелетом”. Скелеты характеризуют фразу без обозначения вершин дерева. Скелет с обозначением категорий является ДНС, для фразы (1) это будет выглядеть так
S
NPVP
VP
NP(4)
NPRVPV
DET N
John wanted to publish
thepaper
“John” являетсяздесьименемсобственным, котороеявляетсятакжегруппойподлежащего, “wanted” и “publish” - глаголы, “to”- предлог (точнееговоря “to” должнобытьназваночастицейиливременем), “the” - детерминатор, “paper” - существительное, “the paper” - группасуществительного, “to publish the paper” - группасказуемого, “wanted to publish the paper” - тожегруппасказуемого, инаконец, “John wanted to publish the paper” - предложение.
Соответственно скобочная конструкция (3) будет выглядеть так:
[S[NR[NPR John]][VP[V to][V publish][NP[DET the][N paper]]]]](5)
Конструкции (4) и (5) обычно (но не всегда) используются в системах обработки естественного языка.
Грамматика непосредственных составляющих (ГНС)
ГНС состоит из набора нетерминальных символов (таких как N, V, NP, VP, S и т.д.) и из набора терминальных символов (таки лексические единицы как John “wanted”, “to”, “publish”, “the”, “paper” и т. д. и из набора правил, которые позволяют переписывать нетерминальные символы в цепочку терминальных и нетерминальных симвлов. Если это переписывание не зависит от контекста, то это контексто-независимая грамматика (КНГ), в противном случае - это контекстозависимая грамматика (КЗГ). Правило перезаписи имеет следующую форму:
А --> Х(6)
где Х - последовательсть терминальных и нетерминальных символов, а А - нетерминальные.
КЗГ имеет иследующее правило перезаписи:
ZAW --> ZXW(7)
где X, Z, W - цепочки терминальных и нетерминальных символов, а А - нетерминальные.
В (7) А и Х находятся в окружении Z и W. Часто эта формула пишется в виде
A --> X êZ — W(8)
Деривация в КНГ начинается с начального символа S и далее идет до тех пор, пока не будет применено последнее правило. Порядок применения правил не важен.
S —> NP VP
NP —> NPR
NP —> DET N
VP —> V VP
VP —> P V NP
NPR —> John, Mary, Bill
N —> paper, man, cow
V —> wanted, meet, want
P —> to
DET —> the
Несколько формальных свойств ГНС:
Если все правила некоторой ГНС G являются контекстно сводными, то G называется контекстно свободной грамматикой (КСГ). Если некоторые правила ГНС являются контекстно зависимыми, то G разывается КЗГ.
Строчный язык некоторой ГНС G определяется как набор всех конечных строк, полученных из G и этот набор обозначается L(G). Строка w считается полученной из G, если w можно получить при последовательном переписывании начального символа S, используя правила грамматики G. Строчный язык L (т.е. набор конечнных строк) называется контексто свободным языком (КСЯ), если существует такая КСГ, что L(G)=L. L называется “строго контекстно зависимым языком”, если не существует такой КСГ, что КСГ, что L(G)=L, и существунт такая КЗГ, что L(G)=L. Заметьте, что грамматика G может быть контекстнозависимой, но ее строчный язык L(G) не обязательно должен быть КЗЯ. Класс КЗЯ включает класс КСЯ. В этом смысле, КЗЯ являются более мощным чем КСЯ.
Однако есть и другой случай, когда КЗЯ не являются более мощными чем КСЯ. Если некоторая КЗГ, G, используется для “анализа”, в этом случае язык анализируемый при поиощи G - контекстносвободный (6, 7). Для того чтобы объяснить использование КЗГ G для анализа данного дерева t, определим анализ t следующим образом. Груба говоря анализ t представляет собой некий срез дерева. Дадим более точное определение: Набор (Pt) для анализа дерева t определяется следующим образом
1. Если t=f (пустое дерево), тогда Pt = f
2. Если t=
A
t0t1 ....tn
тогда Pt={A} v P(t0)P(t1)....P(tn) где t0, t1 ....tn - деревья, А “ . “ обозначает соединение; например:
S
AB
CdE
ce
Pt = {S, AB, AE, Ae, CdB, CdE, Cde,cdB, cdE, cde}
Пусть G - контекстно зависимая грамматика, т.е. ее правила имеют форму
А-->w/p - f
где А Î V - S (V - алфавит, и S набор терминальных символов), wÎ V+ (набор ненулевых строк на множестве V) и p, fÎ V* (набор всех строк на V). Если p и f - равны нулю, то такое правило называется контекскносвободным. Дерево t называется “анализируемым ” в терминах грамматики G, если для каждого узла дерева t выполняются правила G. Контекстно зависимое правило А--> w/p - f
выполняется для узла А, если строка соответствующая ответвлению от узла А, является w и существует анализ t вида r1pАfr2 , где r1, r2 Î V*. Контекстное условие p - f называется анализом предиката.
Наряду с контекстозависимымми правилами правилами, позволяющими специфицировать “правый” и “левый” контекст, часто необходимо иметь правила специфицирующие “верхний” и “нижний” контекст. Имеем узел А дерева t, область (p - f), p, fÎ V*, содержит узел А, если существует путь от корня до края дерева, и этот путь имеет форму
r1pАfr2 (r1, r2 Î V*).
Контекстное условие, связанное с таким “вертикальным” анализом называется “господствующим предикатом”.
В общем виде правило имеет форму
А -->w/СА
где СА - булева комбинация анализа и господствующих предикатов.
Пусть G - конечный набор правил и t(G) - набор деревьев, анализируемый G. Предполагается, что деревья t(G) - предложения; т.е. корневой узел дерева t(G) обозначен начальным символом S, а конечные узлы - терминальными символами. Покажем, что строчный язык L(t(G)) = {x½x, где х терминальная строка дерева t, и t Ît(G)} контекстно свободен (7).
Пример: Пусть V = {S, T, a, b, c, e} и S = {a, b, c, e}, и G - конечный набор строгих правил.
1. S -->e
2. S --> aT
3. T --> aS
4. S --> bTc / (a_()) Ù DOM (T_)
5. T --> bSc / (a_()) Ù DOM (S_)
Для правил 1, 2, 3 имеет место нулевой контекст и эти правила - контекстносвободные. В четвертом и пятом правиле по условию требуется а слева и узел подчиняется Т (в пятом правиле S).
Язык, порожденный G, может быть порожден G1:
S --> eS --> aT1
S --> aTT--> aS1
T --> aST1--> bSc
S1-->bTc
Грамматика G1 содержит дополнительные нетерминальные символы S1 и Т1 для проверки локального контекста при порождении. Легко заметить, что при помощи S1 и Т1, достигается гомоморфизм, позволяющий анализировать любое дерево G1 при помощи G и обратно - любое дерево G имеет гомоморфный прообраз в G1. Рассмотрим еще раз контекстно зависимое правило (10).
V --> wanted½ -VP
когда (10) интерпретируется как ложное правило, как описано выше, лексема “wanted” появляется над узлом V, только если узел VP находится справа от нее (в дереве, где появляется V). Справа от V существует строка, имеющая VP “анализ”. Контекстно-зависимые правила в КГЗ используются для анализа обычных грамматик, а не есть правила простого переписывания строк.
Терминальные символы в ГНС. До этого момента терминальные символы были представлены как нереализуемые элементы. Это было сделано для простоты изложения. Терминальные символы представляют собой наборы топологических, синтаксических и семантических признаков (4, 8). [В принципе возможно ликвидировать все эти признаки посредством введения новых нетерминальных символов. Однако их количество будет слишком велико (в соответсвии с большим количеством всех возможных комбинаций этих признаков). Это также повлечет значительное усложнение грамматики]. Например, терминальные символы в (4) заменяются на составные (комплексные) символы и получаем (4’ ).
S
NPVP
NPRVVP
NP
JohnwantedPV
+N+VDETN
-DET-+ - NP[to]publish
+Animate .+Vthepaper
+ - NP+ DET+N
+Definite+ DET -
+ Singilar
Здесь не обсуждается возможность связи комплексных символов и промежуточных узлов.
Форма (4’) является структурным описанием (СО) предложения (1):
John wanted to publish the paper
ГНС в трансформационной грамматике (ТГ).
ТГ также не обсуждаются в этой статье. Однако важно заметить, что ГНС (и деревья НС) играют важную роль в ТГ. Основная идея заключается в том, что некоторые структурные описания (СО)описываются в базовом компоненте ТГ, а все остальные выводятся из них при помощи специальных правил, называемых трансформациями. Базовым компонентом является ГНС, которая определяет набор деревьев НС. Деревья, полученные при помощи трансфомаций также являются деревьями НС. Такой взгляд на ТГ является классическим и, конечно, упрощенным, хотя и достаточен для данного описания. Так, например, дерево НС для предложения (11), показанное на диаграмме (12) - является базовым. Дерево НС (14) для предложения (13), получается при применении трансформационного правила.
John saw Mary
S
NP
AUXVP
NPRVNP
JohnpastseeNPK
Mary
Mary was seen by John.
S
NPAUXVP
NPR