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汉语对话理解情景语义模型研究pdf

gecimao 发表于 2019-06-11 09:33 | 查看: | 回复:

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  上海交通大学博士学位论文 中疑问句的形式化表示 VA 动词和形容词构成的述补结构 语句的分 析以及指代问题的处理等 疑问句是一种重要的言语行为 在人与人交际中占有重要的地位 疑 问句形式化研究的理论框架有命题集合方法和结构化意义方法 作者认 为结构化意义方法更适合于研究汉语口语中的疑问句语义 本文以朱德 熙为代表的 疑问句转换系统 的语法理论为基础 采用结构化意义方 法 在分析了汉语疑问句的分类和疑问点之后 基于 DSSM 给出了汉 语疑问句语义的表示 并对三类疑问句 W 呢 一类汉语疑问句 主要包括 NP 呢 和 VP 呢 多疑问点疑问句和反问句的 语义进行了研究 同时还研究了汉语疑问句答句 并指出答句的情景语 义就是汉语疑问句的语义函数作用到答句中词或短语本身的语义之上时 产生的命题 述补结构一直是语法学界的研究热点 同时又因其结构相同而语义却 非常复杂成为汉语计算语义学的一个难点 VA 是指由动词和形容词所构 成的述补结构 VA 语句是汉语口语对话中经常使用的一种句型 本文研 究了汉语口语中VA 语句的语义表示及分析方法 VA 语句是由动词V 和 形容词Adj 组成的V 语句和A 语句复合而成 相应于主题判断和非主题 判断 根据 VA 语句所分解的两个小句是否含有语句主题来对它们进行 比较 我们发现V 语句是一种非主题语句 而A 语句是一种主题语句 根据可能世界的传统命题观点 无法实现这种命题信息粒度的区别表示 我们基于汉语对话理解的情景语义模型 DSSM 采用 EKN(Extended Kamp Notation) 的表示方法 对VA 语句进行颗粒度更精细的形式化分析 实现了语句信息粒度区别表示 同时 本文从句子的结构及词汇的语义 知识出发 建立了语义指向的形式化模型 给出了 VA 语句语义分析的 具体步骤 在自然语言理解中 代词所指的确定极为复杂 涉及大量话语分析知 识 尤其是汉语 由于缺乏 形态 强调 意会 其代词所指在言谈 环境中的使用情况更加复杂 本文基于汉语对话理解的情景语义模型 DSSM 采用形式化的方法 运用情景理论的相关公理和原则 通过情 ―II ― 上海交通大学博士学位论文 景锚定原则 研究了情景对话内容中 那 短语所指称和替代的实体对 象的确定 为汉语口语对话中指代问题的解决提供新的思路 上海市交通信息查询系统SHTQS 是基于文本的限定领域的汉语口语 对话系统 它提供上海市任意两个地点之间 在不同的交通方式 步行 自行车 出租车 公交车 下的交通路线的查询信息 汉语对话理解的 情景语义模型在SHTQS 中得到了具体的应用 本文介绍了SHTQS 的系 统设计 着重分析了基于DSSM 的语言分析方法的设计 给出了情景框 架的设计 语义类定义 常见汉语口语语言现象如缺省 指代和否定等 的处理 语言分析模块的整体设计等 本文还介绍了汉语人机口语对话 系统SHTQS 的实现 着重介绍了语言分析模块中各子模块如切分标注 句法分析和语义分析的实现 同时本文给出了系统的测试结果和分析 综上所述 本文所作的主要创新性工作如下 1 提出并建立了汉语对话理解的情景语义模型DSSM 2 基于DSSM 研究了汉语疑问句及其答句的语义 并给出形式化方法 3 基于DSSM 研究了汉语VA 语句的语义 建立了语义指向的形式化 模型 并给出了VA 语句的分析方法 4 基于DSSM 研究了汉语对话中的指代问题 并给出了形式化分析 5 应用DSSM 到汉语口语人机对话系统 SHTQS 中 取得了较好的实 验效果 在今后的研究工作中 我们还将深入分析汉语口语特殊句型的语义表 示 研究汉语对话中的省略现象 指代问题等 并将研究成果更广泛地 应用到人机对话系统中 关键词 自然语言处理 对话理解 情景语义 汉语疑问句 VA 语句 指代 人机对话系统 ―III ― 上海交通大学博士学位论文 ABSTRACT Throwing away annoying keyboards, liberating our hands and eyes, speaking with computers using natural language and making computer intelligent are humans’ good dreams. Chinese spoken dialogue understanding, which is of great interest and challenge, is one research field of Chinese natural language processing. It provides a strong solution for the natural language understanding in human-computer dialogue systems. In this dissertation, we study the expressions of spoken language in Chinese dialogue, construct a Chinese Dialogue -understanding Situational Semantic Model (DSSM), and apply the DSSM to Shanghai Transportation Querying System (SHTQS). Dialogue understanding involves not only semantics, but also pragmatics. It is the optimal case for pragmatics. After considering the current semantic and pragmatic analyzing schemes, we find that situation semantics breaks through the boundary between semantics and pragmatics, and it includes many pragmatic phenomena . In a dialogue, a statement has an affinity with the situation it occurs and with the contexts it exists. So, we construct the DSSM to help understand Chinese dialogues, and to improve the performances of human-computer dialogue systems. DSSM consists of two parts. One is formal representation of Chinese spoken language, which provides a method to denote the abstract meaning and situational meaning of Chinese spoken language. It treats the statements’ situational meaning as a relation among discourse situation, connectives and described situation, and treats words’ as the static state of the relation. The other is formal representation of Chinese contexts knowledge, which includes representation and acquirement. We adopt a structured network to represent contexts knowledge , which is composed of crunodes and arcs. Crunodes denote the described situations of statements or words, and arcs denote relevancy of those crunodes. The acquirement goes with the analysis of statements in a dialogue, and is responsible for further understanding of the dialogue. Based on the DSSM, we research on the formalization of Chinese interrogatives, semantic analysis of VA -statements and the referring problem. ―IV― 上海交通大学博士学位论文 Interrogative is an important speech act. It plays an indispensable role in people’s communications. The theory frames of interrogatives’ formalization include proposition set approach and structured meaning approach. The later is more suitable for the research of semantics of Chinese interrogatives. Based on the syntax theory of interrogatives transforming system, and after analyzing Chinese interrogatives’ classification and interrogative focus, we present the formal representation of using DSSM. We study the semantics of three kinds of interrogatives, W+ne, multi-focus interrogatives and a rhetorical question . Also we study the answer statements of interrogative questions. We propose that the situational semantics of the answer statement is a proposition that the semantic function of interrogatives acts on the meaning of lexicons in the answer. Verb-complement is always a hot field for grammarian. But it is a difficulty in computational linguistics because of its complex semantics with the same syntax structure. VA -statement, composed of verb and adjective, is a kind of verb-complement statement. It is often used in Chinese spoken dialogue. The formal representation and analyzing method of the semantics are studied in this dissertation. VA -statement is compounded by V-statement that includes the verb and A-statement that includes the adjective. Corresponding to the topic judgment and non-topic judgment, we find that V-statement is a categorical sentence and A-statement is a thetic sentence. We need a more fine -grained tool than those provided by the classical view of propositions as sets of possible world to incorporate such distinction in a formal analysis. Based on DSSM, and using Extended Kamp Notation (EKN), we analyze VA -statements in a more fine-grained formalization. Then, from the view of statement’s structure and lexical knowledge, we construct the semantic pointer model and present semantic analysis of VA -statements. In natural language processing, it is very complex to determine the object to which a pronoun refers, especially for Chinese. Chinese is free of morphology, and it stresses on sense. We need a lot of discourse knowledge to resolve the reference. Based on DSSM, this dissertation studies the Chinese “that” phrase and its object’s situation, analyzes its semantics and its pragmatics , adds the context to the logic form by using situation theory including situation forming principle, related axioms and inference, and then ―V― 上海交通大学博士学位论文 determines its meaning of referent and substitution by the principle of anchoring situation. This method provides a new solution for reference in Chinese spoken dialogue. SHTQS is a domain-specific spoken dialogue system. It provides the traffic route between any two sites in Shanghai for drivers and bus transfer information for travelers. DSSM is applied to SHTQS. We describe the system design, especially the language-understanding module. We propose the situational architecture, definition of semantic type and the solution for general language phenomena such as ellipsis, reference and negation. And we propose the whole design for language-understanding module. We present the implementation of SHTQS. Sub-modules such as POS tagging, robust parsing and semantic interpreting are specially concerned. The system performance is tested and analyzed. In summary, the major innovating contributions of this dissertation are as follows. 1. We construct a Chinese dialogue-understanding situation semantics model (DSSM). 2. Based on DSSM, we research on the semantics of Chinese interrogatives and its answers. 3. Based on DSSM, we analyze the semantics of VA -statements, construct semantic model and present a method for anlysis. 4. Based on DSSM, we propose a solution for reference. 5. We apply the presented model to a Chinese human-computer spoken dialog system SHTQS and get a good result. In our future research, we will do more research on the representation of specific types of sentences, ellipsis and references in Chinese spoken language. Applying these research results to human-computer dialog system is also our further study. Keywords: Natural language processing, Dialogue-understanding, Situation Semantics, Chinese interrogatives VA-statements Reference Human-computer dialogue system. ―VI ― 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 1 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密 在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 2 上海交通大学博士学位论文 第一章 绪论 §1.1 概述 美国1968 年的一部电影 2001 空间奥德赛 是以当时的技术预测为依据拍摄的科幻片 它给人们描述了二十一世纪世纪的景象 其中有一台叫HAL 亨利 9000 的计算机 可轻松地 与飞船中的宇航员交谈 时光飞驰 21 世纪来临了 还没有出现象HAL 那样与人交谈的计算机 丢掉讨厌的键盘 解放双手和眼睛 用自然语言与计算机对话 使计算机有智能 有人性 这是人类对计算机的美好愿望 然而 实现自然语言处理是一种巨大的挑战 冯志伟 1992 1996 至今 这个领域还有许多问题亟待解决 其中包括语言的语义及语义的形式化问题 这也是面向 中文信息处理的汉语语言研究的核心问题 计算语言学作为计算机科学和语言学交叉的学科 是一种基于计算机科学的新的语言学理论 候敏 1999 对计算语言学 人们一般有狭义和广义两种理解 狭义的理解同本定义一致 盛行于美国 广义的理解则把利用计算机研究自然语言的有关问题如风格统计 作家考证等都囊 括进来 在欧洲比较流行 计算语言学的研究首先是从机器翻译开始的 冯志伟 1995 1946 年 世界第一台电子计 算机问世 在把计算机广泛地运用于数值运算的同时 人们又想到了可以利用计算机把一种语言 翻译成另一种语言 从50 年代到60 年代中期 机器翻译一直是计算语言学研究的中心课题 但 随着研究的深入 人们看到的不是机器翻译的成功 而是一个接着一个的局限 于是 越来越多 的人意识到 如果计算机无法理解自然语言 机器翻译 人机对话只能是空中楼阁 因此 1966 年后 人们开始转入对自然语言的语法 语义和语用等基本问题的研究 并尝试着让计算机来理 解自然语言 经过30 多年的努力 现在已经开始利用计算机对自然语言的字 词 句 章等各 层次进行操作和加工 在语音识别与合成 机器翻译 自然语言人机接口 自然语言处理情报检 索等方面发展了许多新概念 新技术和新理论 计算语言学的理论和方法也就在这些具体的研究 中不断地形成 发展 就理论研究来看 计算语言学还可以分为计算语音学 计算词汇学 计算语法学 计算语义 学 语料库语言学等不同的分支学科 但计算语言学同时又是一门应用学科 实验学科 也是一 门综合学科 即使一个很小的语言问题 也往往要既牵涉到词汇学 也牵涉到语法学 语义学 很难将它们截然分开 计算语言学研究至少分为两个阶段 自然语言处理 NLP 阶段和自然语言理解 NLU 阶 段 自然语言理解是计算语言学研究的终极目标 实现了自然语言理解 计算机就可以无困难地 和人对话 回答人提出的非专业性质的问题 可以阅读任何自然语言文本 并进行处理 如机器 翻译 摘要 搜索等等 从计算机科学特别是从人工智能的观点看 自然语言理解的任务是建立 一种计算机模型 这种计算机模型能够给出象人那样理解自然语言 即人们日常使用的汉语 英 语等 的结果 现在的计算机的智能还远远没有达到能够象人一样理解自然语言的水平 而且在 可预见的将来也达不到这样的水平 就目前来看 计算语言学的研究还处于 自然语言处理 阶 段 和人工智能的其他分支一样 它们都还处于 初级阶段 因此 关于计算机对自然语言的 ―1― 上海交通大学博士学位论文 理解一般是从实用的角度进行评判的 如果计算机实现了(1)人机会线) 自动文摘等语言信息处理功能 则认为计算机具备了自然语言理解的能力 计算机除了理解输入 的文章或话语之外 还需要具备生成语言的功能 自然语言理解一直是人工智能学科内引人注目 而又困难重重的一个核心研究课题 郭艳华 2000 自然语言理解的核心问题在于语义理解 翁富良 王野翊 1998为了用计算机理解自然语 言 其含义不能用同一种语言来表达 这首先要求语义表达是形式化的 不仅人能看得懂 而且 在机器上是可操作 可计算的 形式化语义研究有三个方面 1.怎样将自然语言语句 语段 篇 章转换成高阶逻辑公式集或者其他等价形式 转换规则与语言有关 2.对逻辑公式怎样做出合 适的语义解释 解释模型与语言无直接关系 3.怎样消解语义二义性 与情景模型 上下文信 息有关 汉语理解就是 计算机基于语言知识和背景知识对汉语进行的分析 判断和推理 汉语信 息处理词汇•基本术语 国家标准 汉语理解主要解决的问题有汉语分析和汉语生成技术 汉语 分析指的是 将输入计算机的汉语句子或篇章 利用给定的分析方法 确定每个成分的词法 句 法和语义等信息 并将其转换成便于计算机进一步处理的中间表示 汉语生成指的是 从计算 机中的某种语言信息的中间表示出发 通过必要的语法和语义知识转换生成汉语的句子或篇章 通常 对语言的研究分为语法 语义和语用三个层面 语义研究就其内容和应用来说 大致 有两方面 一是词语之间的逻辑关系 可以称为句法语义 二是词语指称的事物之间的关系 可 以称为指称语义 词的切分 语料加工 关心前者 人机对话 问题求解 计算机理解注重后者 §1.2国外语义学研究 语义学的研究从指称开始 随后又涌出各种语义流派 结构语义学 J.Lyons1963主张将结构主义语言学的研究原则和研究方法用于语义研究 其主要贡献是进行了语义场 义素分析及词汇语义结构的研究 这个流派把语言的意义看作系统 无论在理论上还是在方法上 对传统语义学都是一个突破 代表人物和主要著作有 J.Lyons 结构语义学 1963和 语义学 1972 S.Ullmann语义学 1962 利奇 G.Leech 语义学 1987 解释语义学 J.KatzJ.Fodor196360年代初 接受TG(transformational-generative grammar)基本框架的卡兹 J.Katz福德(J.Fodor)等人 认为TG中应该包括语义部分 并论 述了它的性质与作用 乔姆斯基接受了这个建议 在 深层结构 表层结构和语义解释 一文中 提出了一套解决语义问题的理论 语义部分的语义规则对句子的深层结构作出语义解释 解释语 义学的其他著作还有贾肯多夫(R.Jackendoff)的 生成语法中的语义解释 1972卡兹 福德 的 语义理论的结构 1963卡兹的 语义理论 1972 生成语义学 Chomsky, 7它属于生成转换学派 认为句子的语义 结构决定句子的语法结构 主要贡献是对句子的语义结构进行了较细致的描述 格语法 case grammarC.J.Fillmore1968菲尔默(C.J.Fillmore)在 格辩 中提出 一套用来说明句子中动词与名词之间语义关系的语法理论 他认为 每个句子都由情态(modality) 和命题(proposition)构成 其中的命题 可以扩展为一个动词和一个或一个以上的语义格 ―2― 上海交通大学博士学位论文 semantic case语义格是任何语言都有的 通过规则 格语法可以把深层结构转变为句子的 表层形式 切夫语法 Chafes GrammarW.Chafe6切夫 W.Chafe提出一套 说明句子语义的语法理论 他认为 任何句子都是围绕谓语部分构成的 谓语一般是动词 句中 的动词总带着一定数量的名词 句子里名词的语义作用是由动词决定的 他认为对语言的分析不 能停留在句子这个层面上 应该扩大到话语或篇章 进行话语分析 discourse analyses 切夫和菲尔默都是把句法结构和语义结合起来分析句子 但切夫是以动词的语义特征作为分 析的依据的 有人把他的理论称为动词中心说(verb-centrality),而把菲尔默的格语法称做名词 中心说(noun-centrality) 内涵逻辑语义学 R. Montague 1974a,1974b,1974c美国数理逻辑学家R.Montague所创 立的一种用数理逻辑方法研究自然语言的形式语义学理论 长期以来 逻辑学家也好 语言学家 也好 语义的形式化问题始终是一大难题 蒙太古对此提出了挑战 他在 1970年提出了著名的 PTQ系统 Montague 1974c指出 每个句法规则都有一个相应的语义规则 他认为句法描述 不仅要定义结构式的合法与否 而且要为语义解释提供基础 他用数理逻辑方法解释自然语言的 语义 从而开辟了用严格数学方法研究自然语言语义的新方向 在自然语言理解的研究中 Montague语义理论有特殊的贡献 Montague语义学 Montague Semantics是最早能够适用于计算机处理自然语言的语义理论中的杰出代表 它所定义的内涵 逻辑对于解释语言 自然语言以及人工语言─程序设计语言 具有普遍意义 因此在计算机科学 理论方面也有积极作用 Montague语义学规定句法规则 语义规则都要符合组合原则 Compositional Principle句法结构和语义解释之间有一一对应关系 同构对应 (Dowty DR,1981) Montague着手对英语进行分析 产生了 PTQ形式系统 系统中虽然包含的词汇很少 词组 和句型也很简单 但具体证明了 自然语言可以作精确的数学描述 这一论断 并且很有说服力 因此被称为是在观念上的重大突破 对于可计算的语义理论来说 Montague语义学的影响是深 远的 它区分了内涵 外延语义 描述了时态结构 英语介词的语义特点 Montague语义学继 承和融合了真值条件语义学 模型论语义学和可能世界语义学三种语义理论 情景语义学 J.Barwise 1983,1989Jerry Seligman 1997情景语义学是80年代初美国 斯坦福大学J.Barwise &J.Perry提出的 他们认为情景语义学可以克服传统的真值条件语义学 遇到的一些困难 他们提出了六个重要问题(徐烈炯 1990)即语言的外部意义问题 语言的能 产性问题 语言的效率问题 语言角度相对性问题 语言的歧义问题 语言的心理意义问题 情 景语义学给自己定了较高的目标 他们希望能用情景语义学的理论处理各种各样的语言问题 他 们构造的一种自然语言模型理论比较适合人工智能和自然语言处理的需要 概念依存理论 R.C.Schank19751977概念依存 Concept Dependency理论是美国 人香克(R.C.Schank)和他的同事在70年代提出的 该理论有三个层次 第一个层次是概念依存 层次 它规定了一组动作基元 而其他动作则是由这些动作基元组合而成 第二个层次是剧本 它主要用来描写平时在遇到一些常见场景或场合时所采取的一些基本固定的成套动作 当剧本中 每个动作都用基本动作来组合时 我们就可以在相应场合中用基本动作来刻画各种套路行为 第 ―3― 上海交通大学博士学位论文 三个层次是计划 为完成某项任务或达到某个目的 往往需要有个计划 计划中的每一步都是一 个剧本 这样 从小到大 我们可以用最简单的一组动作来表示复杂的行为 优选语义学 Y.Wilks19731975维尔克氏(Wilks,1973,1975)提出了优选语义学 它 的核心是放宽词与词之间的语义限制 认为这些限制为上优选择 同时也允许有其他选择 动词 可以根据其主 宾位置上词的语义特征 赋予不同的数值 但没有说明如何来获得各词间的优选 数值 也没有说明它们的合理性以及随着上下文的变化这些数值应该如何改变 近年来 他的学 生 Slator and Wilks,1990 直接从英语词典中提取这些数值 并为建立大型而又实用的分析 系统提供词汇资源 另外一些研究人员开始使用统计方法来获取这类优选数值 并已取得一些结 果 篇章表述理论 H. Kamp 1981篇章表述理论(Discourse Representation Theory) Eijck, J. And H. Kamp 1997, Kontos J., Malagardi, I., Alexandris C., Maria Bouligaraki. Greek Verb 2000 是20 世 纪80 年代初由H. Kamp 提出的一种动态的描述自然语言意义的形式语义学理论 与蒙太格语法 静态地研究句子语义的方法不同 DRT 强调语言的动态特征及上下文对句子语义的影响 他认 为 句子的意义不仅取决于其自身的意义 还取决于句子的上下文 DRT 以句子序列 即句子 上下文 为研究对象 每个句子的处理依赖于前面已经处理过的上文 处理后的句子反过来又更 新上文的内容 为后继的句子的处理提供前提和依据 这样 在分析的过程中DRT 不断地传递 信息 积累信息 从而把握住自然语言的语义连贯 DRT 理论分为两个部分 篇章表述结构DRS Discourse Representation Structure 和DRS 的语义模型 DRS 是DRT 在句子结构和语义解释 之间设立的一个语义表达式 DRS 语义模型采用真值条件语义对DRS 进行解释 文本更新语义学 I. Heim 1982. 文本更新语义学 File Change Semantics 是20 世纪80 年代初由I.Heim 提出的一种动态语义学理论 它与DRT 的基本思想十分相近 不同的是 DRT 采用DRS 表示篇章语义 而FCS 则采用卡片 card 表示篇章的信息 文本 file 由一组卡片 组成 每张卡片表示一个篇章所指对象 discourse referent 卡片上记载了该所指对象及其满 足的条件 分析篇章时 当遇到一个不定的名词短语 indefinite noun phrase FCS 分配一张新 的卡片给该名词短语 然后把相关条件写在卡片上 当遇到有定名词短语 definite noun phrase FCS 对其进行定义并建立它与前面已有卡片之间的联系 如果有指派 assignment 使得文本中 所有卡片上的条件均为真 则该文本为真 在FCS 中 篇章的语义由文本更新潜势 file change potential 确定 它是一个从文本到文本的偏序函数 动态谓词逻辑 (GroenendijkStokhof 1991)动态谓词逻辑 Dynamic predicate Logic, DPL 是20 世纪90 年代初由J.Groenendijk & M.Stokhof 提出的形式语义理论 与Kamp 和Heim 的方 法不同 它给出传统一阶谓词逻辑 Predicate Logic PL 的动态语义解释 PL 是一种常用的表 示自然语言逻辑的形式符号体系 但是它静态孤立地语义解释方法在表示句子之间的指称现象时 却表现出局限性 表达式中量词辖域的确定比较困难 与20 世纪六 七十年代的形式语义学理论相比 20 世纪八 九十年代的语义学理论动态地 描述自然语言的意义 潘海华 1996 它们强调语言的动态特征及上下文对句子语义的影响 认为一个句子的意义不仅取决于它本身的语义 也取决于其上下文 特别是代词的所指和无定名 词短语的解释都依赖其上下文 不同的上下文会给出不同的解释 ―4 ― 上海交通大学博士学位论文 §1.3国内汉语语义研究 1.3.1 中文信息处理 自20 世纪 70年代以来 中文信息处理进入大发展的时期(陈力为 1995 1997姚天顺等 1995张普 1992黄昌宁 1996)到目前为止 大约经历了三个阶段 字处理阶段 词处理阶 段 句处理阶段 在字处理阶段 主要解决汉字在计算机上的输入输出 语音的输入输出问题 在词处理阶段 主要解决问题有词频统计 通用词库 电子词典 自动分词等 在句处理阶段 解决汉语句子的处理问题 其核心是句子的理解问题 首先是单句的理解 进一步是复句 接下 来是篇章理解 进入句处理 才真正全面地触及了语言规律的各个层次 作为知识工程或智能化 系统才真正开始了实质化的知识获取或智能模拟 没有字处理 词处理作为基础和手段 这个实 质化的进程只能空谈 反过来 句处理和智能化的提高也将促使字处理 词处理向更高水平发展 自然语言处理 无论在国内和国外 都已较好地或者说基本上解决了字处理 词处理问题 目前进到了句处理阶段 句处理包括两部分内容 一是让计算机准确理解自然语言中一个句子的 意思 二是让计算机生成符合自然语言规则的句子 而首先要研究解决的问题是怎么让计算机理 解自然语言中每个语句的意思 要解决这个问题 难度是相当大的 其中尤以语义分析研究为最 难 全世界从事自然语言理解和处理研究以及从事计算语言学和机器翻译研究的学者专家都在致 力于解决这一难题 许嘉璐 2000详述了中文信息处理的现状 指出汉语研究的三大流派 第一个流派是以传统计算语言学为基本理论 从词素分析入手 进而研究词-短语 词组 - 语段-句子 概括地说 传统计算语言学的种种理论和方法 都以语料统计为基础 但是 只靠 统计概率是不能统摄复杂多变的语言现象的 因此还需要结合语言规则 为此 我国学术界从西 方计算语言学的众多理论和方法中吸收了许多营养 例如短语结构语法 扩充转移网络 从属关 系语法和配价语法等 第二个流派是HNC 理论 出于对传统研究方法 词 短语 句 句群 篇章 是基于西方 语言而建立的 其总体与汉语实际不适应的考虑 黄曾阳先生提出了概念层次网络理论 HNC HNC 的基本思想是 汉语以 字义基元化 词义组合化 方式构造新词 因此可以构建概念表 述体系 亦即概念层次网络 自然语言无限的语句可以用有限的句类物理表示式来表达 语句 的宏观特性可以用语句的句类表示式来表达 语句的微观特性可以用语义块的构成表示式来表 达 他们据此设计了局部联想网络解决词汇层面问题 设计了全局联想网络解决句类和语义块 问题 句类是语句的语义类型 第三个流派是基于内涵模型论的语义分析 这一流派将汉语表达式抽象成数学表达式 恰当 地表示内涵和外延义 然后把这些语义表示在计算机内进行处理 形成基于形式方法-模型论的 汉语语义计算理论 1.3.2 汉语语义研究的发展 语义研究可以粗略地划分为语文学时期 传统语义学时期和现代语义学时期 贾彦德 1992 徐烈炯 1990 语文学时期的语义研究即训诂学研究 训诂学从春秋战国时期开始 到清朝 取 得很大成绩 十九世纪 从语文学进入语言学 从此 语言研究不再只是被当作解读古书的工具 ―5― 上海交通大学博士学位论文 而成为一门独立的 有自己的理论和方法的科学 语义学的研究成为语言学的一个分支 词汇 学的重要内容 在欧洲兴起的语言学是清朝末年才开始传到我国的 先是语法 随后是传统语义 学 对我国语言研究产生了相当大的影响 语义研究从语文学 训诂学 到传统语义学是一次飞 跃 但是 传统语义学一直是语言学里几个主要分支中最薄弱的一个环节 由于语义系统特别复 杂 庞大 用传统方法很难研究 现代语义学否定了传统语义学的一些东西 同时它也继承 改 造 发展了传统语义学 20 世纪世纪五 六十年代 现代语义学在美国和欧洲大陆蓬勃兴起 直到70 年代后期 才被介绍到我国 徐烈炯教授 1996 指出我国语义研究的空白地带 以往国内的语义研究主要是狭义语义学 研究语言系统内部词语与词语之间的语义关系 如同义 反义 多义 歧义等 范围比国外 的广义语义学 研究词语与外界事物的关系 指称 真值等 窄 因此形成了空白地带 西方语 言学研究也从人文学领域开始 但后来进入综合学科领域 用汉语材料研究语义 只有从狭义语 义学跨入广义语义学 才能获得成功 广义语义学其实是一种抽象的形式方法 具体说来是在借 助于数学 主要是数理逻辑所构建的句义模型框架下描述词汇特征和进行语义分类 M.Pinkai 1995 因此 现代语义学已成为语言学 哲学 数理逻辑 计算机科学的交叉领域 1995 年秋 香山专家座谈会上一致认为当前中文信息处理已开始进入新的阶段──汉语语义分析研究 但是 如何将语义知识运用逻辑的方法有机地组织起来建立模型 并便于计算 一直是计算 语言学工作者苦苦索求的目标 到目前为止 语义的表示还没有较好的模型 所以语义的运用也 无法大规模的实施 1.3.3 面向计算机处理的汉语语义研究 汉语语义系统和汉语语义学模式的建立一直是语言学界和信息处理界研究和关注的热点 但 在这方面国内也仅仅是作了一些探索性的工作 目前面向计算机处理的汉语语义研究主要有 1.八五 期间北京语言文化大学 清华大学 北京大学联合研究和开发的 现代汉语语义 分析词典 俞士汶等 1998该词典建立了一个较为复杂的事物类语义分类体系和一个语义特 征描写体系 分析了四万多个词 2.清华大学和中国人民大学在研制 现代汉语述语动词机器词典 陈群秀等 1993的同时 也研制了一个信息处理用现代汉语语义分类体系并应用到该机器词典中和日汉机器翻译系统中 3.北京大学正在已有几万词条的汉语语法信息词典的基础上增加语义信息 4.东北大学正在将WordNet进行本地化来构造中文名词WordNet 5.董振东先生建立了 知网 已在因特网上发布 知网 是一个以汉语和英语的词语所代 表的概念为描述对象 以揭示概念与概念之间以及概念所具有的属性之间的关系为基本内容的常 识知识库 6.黄曾阳先生等 19971998以HNC概念层次网络 理论来建立网络式概念体系和语句 的语义表达模式 HNC试图对立足于西方语法学理论体系的自然语言理解处理方案进行全面改 革 建立一种模拟大脑语言感知过程的自然语言表述模式和计算机理解处理模式 ―6― 上海交通大学博士学位论文 7 陆汝占先生 2001的基于内涵逻辑的汉语语义分析理论 用汉语内涵逻辑语义模型来 分析汉语词语构造及其语义解释 最基础的研究是关于汉语词语及其所表示的概念 指称实体以 及关联的关系 关系是指词语 概念 实体这三者各自间以及相互之间的对应和联系 §1.4对话理解研究现状 对话理解分为人人对话的理解和人机对话的理解 而人机对话理解主要目的是建立人机对话 系统 让人能够方便地以口语的方式和计算机进行交互 目前国内外关于对话理解的研究多集中 于人机对话理解 人机对话系统的研究历史 可以追溯到20 世纪60 年代 1.4.1 国外人机对话系统应用研究 国外对人机对线 年代 早期的人机对话系统功能比较简单 计 算机只能应答有限的 格式固定的输入语句 语言分析方法也比较简单 主要是关键字方法和模 板匹配方法 这个时期具有代表性的系统有SAD SAM STUEDNT 等系统 SAD SAM 系统 是美国卡内基技术学院林德赛 R.Lindsay 在1963 年设计的 该系统是关于亲属关系的人机对 话系统 用户用英语询问亲属关系方面的问题 系统处理用户的输入并用英语给出问题的答案 STUDENT 系统是美国麻省理工学院波布洛 D.Bobrow 在 1968 年设计的 这个系统把高中代 数应用题中的英语句子归纳为一些基本模式 由计算机来理解这些应用题中的英语句子 列出方 程求解 并给出答案 20 世纪70 年代初 人机对话系统的研究取得了很大的进展 输入语句的格式不再有限制 语言分析技术也得到了很大的提高 不再是简单的关键字匹配或模板匹配 而是采用了一定的句 法分析和语义分析技术 取得了较好的效果 这个时期比较有名的系统有LUNAR SHRDLU 等 系统 LUNAR 系统是伍兹 W.Woods 于1972 年设计的一个用于情报检索的人机对话系统 这 个系统采用扩充转移网络(ATN)进行一定的句法分析 采用形式提问语言 Formal Query Language 表示所提问题的语义 最后根据形式提问语言所表示的语义执行数据库操作 并给出 用户所提问题的答案 SHRDLU 系统是维诺格拉德 T.Winograd 于 1972 年在美国麻省理工学 院建立的一个用自然语言指挥机器人动作的系统 该系统把句法分析 语义分析 逻辑推理结合 起来 大大地增强了系统在语言分析方面的功能 该系统对话的对象是一个具有简单的 手 和 眼 的玩具机器人 它可以操作放在桌子上的具有不同颜色 尺寸和形状的玩具积木 如立方 体 棱锥体 盒子等 机器人能够根据操作人员的命令把这些积木捡起来 移动它们 然后搭成 新的积木结构 在人机对话过程中 操作人员能获得他发给机器人的各种视觉反馈 实时地观察 机器人理解语言 执行命令的情况 在电视屏幕上还可以显示出这个机器人的模拟形象以及它同 一个真正的活人在电传机上自由地用英语对线 年代 人机对话系统的研究得到了更多的关注和支持 传统的基于文本的人 机对话系统取得了更大的进展 同时 语音识别技术开始成熟 基于语音的人机对话系统也得到 了很大的发展 相继出现了一批比较有名的系统 语言分析技术也得到了进一步的提高 传统的 基于规则的方法不断改进 基于概率的语言分析方法也被越来越多的系统所采用 并取得了很好 的效果 这个时期有名的系统有很多 如 TRAINS System J.F. Allen 1995 及应用在航空信息 ―7― 上海交通大学博士学位论文 查询领域的ATIS 系统(Oerder and Ney 1993,Aust et al 1994) MIT 的Spoken Language System group 研制出VOYAGER 都市导航系统(J. Glass et al 1995) 后来又研制出包括JUPITER 天气查询系统 (Victor Zue et al 2000) 法国国立科学研究中心 LIMSI 实验室研制的 ARISE 铁路信息系统 (Peckham 1991) Berkeley 的 BeRP(Berkeley Restaurant Project) AT&T 的 AT&T AutoRes system(用户拨打免费电话租借汽车旅馆)等 在这些对话系统中 有一个共同特点 都是应用在 某一受限领域 根据系统在对话中的主动程度 人机对话系统一般分为两类 机器主导系统 machine-directed system 和混合主导系统 mixed-initiative system 机器主导系统会主动询问用户一系列问题 目的是从用户的简短回答中得到信息 以保证较高正确率 而在混合主导系中 系统能够处理用 户的复杂语句 当系统不能正确理解用户语句时 代之以主动询问的方法 1.4.2 国内人机对线 年代我国自然语言处理与理解研究也得到了应有的重视并取得了一批科技成果 (冯志伟 1995) 1980 年心理研究所李家治 陈家明建立了 机器理解汉语实验I ACLUS ; 该 系统以动物常识为主题 存储单词70 余条 句型20 多个 李家治等1982 1981 年 中国社科 院语言所范继淹 徐志敏设计开发RJD-80 汉语人机对话系统 该系统以中国文学作品常识为主 题 存储单词250 余条 句型30 多个 范继淹等 1981 1984 年 该所又设计了 TK 84 汉 语铁路客运问答系统 中国大百科全书 语言文字卷 以铁路客运咨询为主题 存储单词 200 余条 句型 30 多个 内容包括北京至东北某几条铁路线客运快车的到站 中途站 起点 终点 车次 车种等 清华大学语音技术中心2000 年开发的校园导航系统EasyNav(黄寅飞 2001), 是以提供清华校园内地点信息查询服务为背景的口语对话系统 系统要求用户询问清华校园内与 地点有关的问题 但不限定询问的句型 用户可以询问特定地点的信息 查询满足要求的地点 询问去特定地点的走法 或进行其它校园信息的查询 该系统在PC 上运行 提供文本输入 文 本输出和地图标示 随着汉语语音识别的发展 汉语对话系统近年来也有出现 如 IBM 的电话转接系统公司的股票查询系统 飞机时刻查询等 但是这些系统都是machine-directed system 采用的是模板匹配的方法 当用户的语句无法匹配模板时 则系统产生很高出错率 要对现有的 人机对话系统进行改进 就需要加入自然语言理解的内容 §1.5研究背景及意义 1.5.1 语境与情景 对计算机来说 首先要解决的是对句子的字面意义的正确理解 然后才能谈得上去理解言外 之意 对人不成问题的字面意义 计算机理解起来常常十分困难 更不要说那些连人理解起来也 会发生误解的歧义句了 让计算机真正理解一些句子的字面意义 除了句法语义手段以外 也常 常辅以上下文的分析 我们考虑的正是以正确理解句子意义为目的的语境分析 进入九十年代后 在汉语理解领域中的研究重点发生了一系列重大变化 其中一个主要表现就是由句子到篇章理 解 为了解决句子的理解 计算机必须获取句法知识 句型知识 句法规则 语义知识和语用 知识 没有语义知识根本谈不上理解 没有语用知识 理解系统难以进一步提高精度 甚至产生 ―8― 上海交通大学博士学位论文 误解 在处理语义和语用知识的同时 我们不可避免地要触及 语境 和 情景 的问题 如图 1 1 字处理 词处理 句处理 句法 语义 语用 语境 情景 图1 1 语境是语言环境的简称 是语言学 语用学 语义学和修辞学等学科中的一个重要概念 语 境问题一直是语言学家探索的一个重要问题 冯广艺 1999 语境研究有助于解释篇章语言现 象 理解篇章的意义和交际意图 有关语境的定义 范围也有着不同的说法 如 朗曼语言学词 典 冯广艺 1999 对 语境 的解释是 出现于词 短语 甚至较长话语 语篇前后的内容 …语境还表示语言项目所处的更为广 泛的社会环境 王维贤等编的 语法学词典 冯广艺 1999 中说 语言环境 简称语境 1.广义包括 1 前言后语 上下文 context 2 说话时情景 包括场合 时间 背景等 3 言语发出者和接受者 即两个或多个进行交谈的人 2.狭义 只 指前言后语和上下文 可见语境是由一系列同言语交际密切相关的主客观因素构成的 这些因素为语言表达特定的 意义所依赖 一般认为语境指上下文 前言后语 说话时双方的身份及当时当地的情景 广义的 语境范围比较大 包括社会背景 文化背景 历史背景等 这些都是理解话语的语境意义的重要 因素之一 西木线 现代汉语词典 和 词海 对情景的解释都是 具体场合的情形 景象 可见 情景着重于说话时的情形 包括场合 时间 背景以及言语的发出者和接受者 情景 与语境在内容上有些重叠 比语境缺少了上下文的内容 没有语境的范围那么广 但也包含了理 ―9― 上海交通大学博士学位论文 解对话的一些必要信息 在Jon Barwise 1983 的 情景与态度 一书中 由situation 一词表 示情景 这也是本文所要涉及的内容 为避免混淆 本文从第二章起只使用情景和上下文的概念 而不再用语境的概念 1.5.2 语境和情景对对话的语义制约功能 语言交际有多种类别的表现形式 韩彩英 1998 其中面对面的言语交际是基本形式 语言 学界一般称之为情景交际 其它类别的语言交际形式则是这种基本形式的变体 就情景交际而言 因语言交际的主旨 时间 场合 交际参与者及其相互关系 客体 辅助交际手段的不同 而表 现为不同种类的具体形式 其中情景对话— — — 随意的 即时即景的交际是情景交际的基本形式 因而也就成为语言交际的最基本形式 情景对话及其衍生的各种情景交际形式和情景交际及其衍 生的各类语言交际形式 都受到语境因素的制约 语境对语言交际的制约功能 往往因对语言所 关注的角度不同 而具有不同的语言学意义 对于语言沟通和语义理解来说 语境主要体现为语 义学的意义 语境的制约功能主要表现在对多义词语义甚至更大结构层次的语言单项语义的制 约 无论是词语还是句子 语段 语篇 只有在特定的语境或者说语义环境下 才不会造成语义 歧解 其语义才是确定的 如果脱离语境 词语等语言单项的语义就不具有确定性 在这里语境 实质上就是语义环境 情景对话中制约语义的语境因素应分为四种 或者说四个方面 (1)上下文 即语言中特定 语言单项的上下文 上下文依照语言结构层次分为语词上下文 句子上下文 语段上下文 语篇 上下文 这是制约语义的纯语言的语境因素 (2)交际情景 指情景会话中对纯语言交际起辅助 作用甚至替代作用的副语言因素 包括主旨 语气 场合 交际参与者及其非语言行为 有关客 体等语境因素 (3)社会背景 是指交际参与者所具有的社会背景或交际中涉及的社会背景因素 社会背景主要体现的是交际参与者的社区 行业的特征和属性 是社会语言学意义的语境因素 (4)文化背景 是指交际参与者所具有的文化背景或交际中涉及的文化背景因素 文化背景主要 体现的是交际参与者的社区文化或民族文化的特征和属性 是人类学 民族学 文化学意义的语 境因素 后三种是制约语义的非语言的语境因素 上述四种语境对语言单项的语义制约功能 从 理论上说是等同的 英国语言学家弗斯(Firth 1950)就赋予了语言交际活动中的情景的非语言语 境因素以语言因素的地位 把情景的非语言因素语境和语言中的上下文语境对语言交际所起的制 约功能等同了起来 称为非语言环境因素( 由情景构成的上下文) 但是在具体的情景会话中 四 种语境对交际活动的实际意义或者说重要性是很不相同的 吕叔湘先生 1979 也曾列举了消除歧义的五种手段 (1)语音(2)上文(3)下文(4)环境(5)情理 除第一种外都是信息处理中的语境问题 可见语境对机器理解汉语是十分必要的 逻辑学者区分指称信息的不同类型 其中一个重要的类型是必须代入言谈环境才能确定的 其语义值的指称信息 例如 我 你 今天 等 不知道何时 何地 何人谈话 就不知道 它们所指的对象究竟是什么 这就是对话中制约语义的情景因素 1.5.3 对话理解应用背景 对话理解分为人人对话的理解和人机对话的理解 而设计人机对话系统的目的是让人能够方 便地以口语的方式和计算机进行交互 但由于心理预期的作用 在人机对话时 人说话基本上会 正式一些 也不会是类似与聊天式的谈话 主题较明确 这与应用的目标相一致 过去十年间 ―10― 上海交通大学博士学位论文 随着语音识别技术 CSR 和语音转换技术 TTS 的发展 综合NLU 和NLG 自然语言生成 等技术 全世界已出现一些人机口语对话系统 spoken dialogue systems 其中既有原型研究也 有商业应用 这些系统使得人们可以面对一台机器进行信息查询 交易 解决具体问题 人机对话的意义概括起来有以下几点 首先 人机对话是当今信息时代的迫切需要 蔡莲红 2001 受电话按键的束缚 传统的按 键信息服务系统 IVR 必须把各种服务分成多层 传统的IVR 系统中 如果用户通过多次按 键 进入了某项服务 就很难访问另一个服务 这时 用户要么必须根据系统提示 逐层返回 逐层进入 要么已经在系统中迷路 无法进入其他路径 只能挂断电话 再次拨入 而语音导航 能够听懂用户的需求 可直接跳入另一栏目或服务 不必逐层返回和进入 另外 自从有计算机以来 人们就梦想有一天能和机器自由地交谈 而要让计算机能听懂我 们对它发布的命令 就要基于语音识别和自然语言理解等技术 90 年代后期 语音识别技术开 始成熟 其标志是出现了一批基于非特定人连续语音识别的语音识别系统 1997 年一些基于非 特定人连续语音识别的语音识别技术产品开始走出实验室 进入市场 较有影响的是Dragon 系 统公司的 NaturallySpeaking 该产品获得了 1997 年技术卓越奖 IBM 的ViaVoice Microsoft 的VoiceExpress 等 到目前为止 在国内商业化较成功的非特定人连续语音识别系统是IBM ViaVoice 中文语音 识别系统 国内许多厂家的语音识别产品都是基于该系统的 如方正的文友系统 金长城微机预 装的连续语音输入系统以及我这次试用的北京瑞驰安公司Dutty++语音识别系统 语音识别技术 的发展对人机对话发展研究奠定了基础 这里有一个非常有力的证据就是20 世纪90 年代 因看 好自然语言处理的应用前景 比尔·盖茨认为下一代的操作系统和应用程序的用户界面将是自然 语言 和市场价值 用在此项目上已投入巨资的 Microsoft 公司的技术总管的话来说这事再干 25 年也值 不少公司投入巨大的人力物力进行研究 人机对话实用化进程大大加速 其次 人机对话对于计算语言学的研究有重大的推动作用 戴礼荣 1996 王显芳 1999 以往 计算语言学的应用研究限于两种情况 比较通用的系统往往使用的是一些较浅层的方法 ( 包括模式匹配方法和统计方法) 而使用较深层次的方法 如规则方法 的又往往限于一些特 定的领域 而对于人机对话系统则要求结合这两种方法的优点才能达到较好的效果 这自然对 计算语言学研究提出了更高的要求 §1.6口语语言理解存在的一些问题 汉语对话的理解其实是对对话中口语语言进行理解 即在对话环境中实现对话语句的意义的 获得 由于汉语本身的特点 国外一些研究成果不能完全照搬过来 林玉山 2000 Montague 语 义学是基于英语的基本规律构造出从句法结构到语义结构之间的同构对应 汉语则不同 可以连 续出现名词 今天下午全校教师大会 或连续出现动词 开门出去迎接 词的组合灵活多变 简练含蓄 而且往往省略成分 要让计算机解释汉语语义 不难想象解释规则很难找到 即使找 到也一定很复杂 近些年国内外学者围绕着汉语分析开展了许多有意义的研究工作 包括词语的 自动切分与标注 句法分析和语义分析等 分析结果也有所改善 但在汉语口语理解时仍然存在 许多问题 如口语语言语义的描述 疑问句的形式化表示 VA 语句的分析以及指代问题等 ―11― 上海交通大学博士学位论文 1.6.1 汉语口语语言的语义表示 现代形式语义方法是构造句法与语义之间的同构对应 使得由语句的句法树对应得到语义结 构树 然后给出解释 按汉语特点如何找到句法与语义之间的同构对应 困难有两个 第一 没 有一个完整的 有共识的汉语句法理论体系 第二 汉语的结构与语义之间联系不仅建立在句法 和语义两个层面上 还与词汇有关 例如 他的老师教得好 与 他的老师当得好 这两句结构 完全相同 只是选择了不同的动词 二者在语义指称上就不同 老师 在前句取外延义 在后 句取内涵义 因此 可以说句义与 句法 词汇义 对应 不是简单的句义─句法对应 汉语的认知理论 模型完全不同于印欧语 分析方法上 印欧语在词汇 语法 语用 语境 诸层面上有明显的界面区别 相互之间又有对应关系 这种情况可称为明显的分层性 简称为 面 结构 但是汉语则不同 各层面之间很难划分经纬 词法与句法之间没有明显的界限 句法 语义 语用这几个层面均与词的 音 义 甚至 形 有密切的关系 词汇义贯穿各个层面 我 们称为 体结构 对于汉语的这种结构方式 如何进行句法 语义分析 又如何进行形式描述 是计算机处理汉语的中心问题之一 汉语语义研究面临的困难很多 既有理论方面 也有应用方面 但从计算机理解的角度来看 主要体现在语义形式化方面 廖秋忠 1992 提到形式主义中的 形式 主要是指用公式化 数学化 数理逻辑与抽象 代数 的手段来描述语言表达式及其含义 这种提法并没有排斥 功能主义 中语用 语境的分 析 当然 语用 语境 篇章的形式化更为艰难 但是艰难不等于说 不可能 形式化方法研 究不仅是研究语言构造和语言能力的理论需要 更重要的是它已经成为汉语计算机处理的必由之 路 我们的形式化目的就在于实现汉语语义的可计算化 当前 以及今后一段时期内 汉语计 算机处理的 瓶颈 不在

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