第七章 句法分析技术
句法分析学习句子结构及语法分析方法
句法分析学习句子结构及语法分析方法句法分析学习：句子结构及语法分析方法在自然语言处理领域，句法分析（Syntax Parsing）是一项重要的任务。
它的目标是对一段自然语言文本进行分析，以识别句子的结构和语法关系。
通过句法分析，我们可以深入理解句子的意义，进而为自然语言处理任务（如问答系统、机器翻译等）提供基础支持。
本文将介绍句法分析的基本概念、句子结构以及常用的语法分析方法。
一、句法分析概述句法分析研究句子的句法结构，旨在建立句子的树形结构，并刻画词与词间的语法关系。
通过句法分析，我们可以准确地分析句子的成分和关系，为后续的语义分析和文本理解提供有力支撑。
在句法分析中，最常用的是树形表示法，即句法树。
句法树以树的形式展示句子的组织结构，根节点表示整个句子，而叶子节点表示每个单词。
通过句法树，我们可以清晰地了解词语之间的依存关系，判断句子的主谓宾结构等。
二、句子结构分析句子结构是句法分析的基础。
在分析句子结构时，我们需要了解句子的不同成分及其功能。
常见的句子结构包括主谓宾结构、主谓结构、并列结构等。
1. 主谓宾结构主谓宾结构是最常见和基本的句子结构。
它由主语、谓语和宾语组成。
主语通常是句子中的主要词，谓语表示主语的行为或状态，宾语是受到动作影响的对象。
例如：“小明吃苹果。
”中，“小明”为主语，“吃”为谓语，“苹果”为宾语。
2. 主谓结构主谓结构是指没有宾语的句子结构。
该结构中只有主语和谓语。
例如：“他睡觉。
”中，“他”为主语，“睡觉”为谓语。
3. 并列结构并列结构是指由两个或多个并列的词、短语或从句组成的句子结构。
它们之间没有主从关系，通常使用连词来连接。
例如：“我喜欢音乐，她喜欢绘画。
”中，“我喜欢音乐”和“她喜欢绘画”分别是两个并列的结构。
三、语法分析方法为了实现句法分析，研究者们提出了各种不同的语法分析方法。
以下将介绍几种常见的方法。
1. 基于规则的句法分析方法基于规则的句法分析方法是最早被提出的方法之一。
自然语言处理中的句法分析技术概述
自然语言处理中的句法分析技术概述自然语言处理（Natural Language Processing，简称NLP）是计算机科学与人工智能领域的一个重要分支，旨在使计算机能够理解和处理人类语言。
在NLP领域中，句法分析（Syntactic Analysis）是一项关键技术，它主要研究句子的语法结构和句子中各个成分之间的关系。
本文将概述自然语言处理中的句法分析技术。
句法分析是将自然语言文本转化为结构化形式的过程，它可以帮助计算机理解句子的语法结构，从而更好地进行语义理解和信息提取。
句法分析的目标是找出句子中的短语、成分和句法关系，并将其表示为树状结构或依存关系图。
这种结构化表示有助于计算机进行进一步的语义分析和语言生成。
在句法分析中，常用的方法包括基于规则的方法、基于统计的方法和基于深度学习的方法。
基于规则的方法是最早的句法分析方法之一，它通过定义一系列语法规则来分析句子的结构。
这种方法的优点是可解释性强，但缺点是需要手动编写大量规则，且适用性较弱。
基于统计的方法则是利用大规模语料库中的统计信息来进行句法分析。
这种方法通过学习句子中的词汇和句法结构之间的统计关系，来预测句子的句法结构。
基于统计的方法通常使用机器学习算法，如最大熵模型、条件随机场等。
这种方法的优点是能够自动学习语言规律，但缺点是对大规模语料库的依赖较强。
近年来，基于深度学习的方法在句法分析中取得了显著的进展。
深度学习模型，如循环神经网络（Recurrent Neural Network，简称RNN）和长短时记忆网络（Long Short-Term Memory，简称LSTM），可以自动学习句子中的上下文信息，并进行句法分析。
这种方法的优点是可以处理复杂的语法结构，但缺点是需要大量的训练数据和计算资源。
句法分析的应用广泛，其中之一是在机器翻译中的应用。
通过对源语言句子进行句法分析，可以帮助机器翻译系统更好地理解句子的结构和语义，从而提高翻译质量。
句法分析
用句子成分分析法只有下面这种分法：
照片
放
大（了）
一点儿
可见，句子所表达的不同意思没法通过句 子成分分析法来加以分化。
问题四，不利于发现某些词语的用法特点。
如副词“白白”的用法特点（它只能修饰 一个复杂的动词性成分）就不可能依据句子成 分分析法加以揭示。（为什么？请大家自己想 一想） 我白白跑了一趟。 让你白白复习了一个晚上。
第三节
层次分析法
从表面看，一个句子或者句法结构是词的线 性序列，其实句子或句子结构里词与词之间结合 的松紧程度是不一样的，词和词的组合有着层次 的背景。这样说的意思是，一个句子或者句法结 构里的词和词，并不是简单地像我们人排队那样 总是相邻两个词挨次发生关系，而总是按一定的 句法规则一层一层地进行组合的。 例如：
层次分析法的内容： 层次分析，实际包含两部分内容，一是切 分，一是定性。 切分： 切分，是解决一个结构的直接组成成分到 底是哪些，换句话说，一个句子或句法结构到 底应该在什么地方切分。以 “他刚来”为例， 这个句子，从结构上说，首先该在“他”和 “刚”之间切分呢，还是该在“刚”和“来” 之间切分，这考虑的就是切分问题。
他 刚 来。
他 刚 来。
这句话只包含“他”、“刚”、“来”三个 词，这三个词挨次相邻，形成一个线性序列。“ 刚”和“他” ，“刚”和“来”从线性排列的 角度看是等距离的，但在语法上“刚”跟“他” 不发生直接的关系，“刚”先跟“来”发生直接 的关系，然后“刚来”再跟“他”发生关系。显 然，从内部句法构造看，呈现一种层次构造－－ 先“刚”跟“来”构成修饰关系，然后“刚来” 合起来再跟“他”构成主谓关系。这种层次构造 可以图示如下：
朱德熙先生的看法： 朱德熙先生认为，不能简单地把它看作是一种 分析方法，面应把它看作一种分析原则，因为方法 是可用可不用的，而原则是必须遵守的。
语言学中的句法分析
语言学中的句法分析语言是人类最重要的交流工具之一，它通过词汇和语法来传达思想和意义。
在语言学中，句法分析是一项重要的研究领域，旨在理解和描述句子的结构和组成成分。
本文将介绍句法分析的基本概念和方法，并探讨其在语言学和人工智能领域的应用。
一、句法分析的基本概念句法分析是研究句子结构的学科，它关注句子中的词汇和它们之间的关系。
在句法分析中，句子被看作是由词汇和短语组成的，而这些词汇和短语之间的关系可以通过语法规则来描述。
句法分析的目标是确定句子的句法结构，即句子中各个成分之间的关系和层次。
二、句法分析的方法句法分析有多种方法，包括基于规则的方法、基于统计的方法和基于机器学习的方法。
基于规则的方法是最早的句法分析方法之一，它通过定义一系列语法规则来分析句子的结构。
这些规则可以是基于语言学知识的，也可以是基于实际语料库的。
基于统计的方法则是通过分析大量的语料库数据来学习句子的结构和语法规则。
这些方法使用统计模型来预测句子中不同成分之间的关系。
基于机器学习的方法则是将机器学习算法应用于句法分析任务中，通过训练模型来预测句子的句法结构。
三、句法分析的应用句法分析在语言学和人工智能领域有着广泛的应用。
在语言学中，句法分析可以帮助研究者理解不同语言的句法结构和语法规则。
通过分析句子的句法结构，语言学家可以揭示出不同语言之间的共性和差异，进一步探索语言的本质和演化。
在人工智能领域，句法分析是自然语言处理和机器翻译等任务的基础。
通过对句子的句法结构进行分析，计算机可以更好地理解和处理自然语言，从而实现自动翻译、问答系统等人机交互的应用。
四、句法分析的挑战和发展尽管句法分析在理论和应用方面取得了一些进展，但仍然面临着一些挑战。
首先，不同语言之间的句法结构和语法规则存在差异，这给跨语言句法分析带来了困难。
其次，句法分析需要处理大量的语言数据，包括语料库和语法规则，这对计算资源和算法效率提出了要求。
此外，句法分析还需要解决歧义和多义性等问题，以确保准确分析句子的结构。
句法分析
句法分析句法分析，作为自然语言处理领域的核心技术之一，主要研究句子内部的语法结构关系以及句子之间的语法关系。
它通过分析句子中的词汇、词性、句法树等要素，帮助人们理解句子的意义和组织结构。
本文将介绍句法分析的基本概念、常见方法以及在自然语言处理中的应用。
句法分析是自然语言处理中的重要任务之一，它对于理解自然语言文本具有重要意义。
在句法分析过程中，常用的方法有基于规则的方法和基于统计的方法。
基于规则的方法是根据语法规则来进行句法分析，它需要人工编写一系列的语法规则。
而基于统计的方法则是利用大规模语料库进行训练，通过统计模型来进行句法分析。
句法分析在自然语言处理领域有着广泛的应用。
其中，句法分析在机器翻译中起到了至关重要的作用。
通过句法分析，可以有效地对源语言句子进行结构化表示，从而更好地进行翻译。
此外，在信息检索、问答系统、文本分类等领域中，句法分析也发挥着重要的作用。
通过对文本进行句法分析，可以帮助计算机更好地理解文本的意思，从而实现更精准的信息抽取和语义推理。
在句法分析的研究中，有许多经典的算法和模型。
其中，最为常见的句法分析算法有基于规则的上下文无关文法（Context-Free Grammar，CFG）、依存句法分析（Dependency Parsing）和成分句法分析（Constituency Parsing）等。
这些算法和模型在句法分析任务中各有优劣，适用于不同的应用场景。
例如，成分句法分析更适用于处理形式更加标准化的新闻文本，而依存句法分析则更适用于处理更为自由化的口语文本。
在实际应用中，句法分析面临着一些挑战和困难。
首先，句法分析需要准确地识别和标注词性，但词性标注的准确率会对句法分析的性能产生很大影响。
其次，句法分析还需要处理歧义性的问题，如歧义词的处理和多义词的消歧，这需要更深入的语义理解。
此外，句法分析还需要处理非标准化的文本，如网络文本、口语文本等，这对于模型的泛化能力提出了更高的要求。
c7 句法模式识别 模式识别课程 武汉大学
句 法 模 式 识 别
遥感信息工程学院
第 七 章
§ 7.1、形式语言基础和文法
①
aB→abS→abaB→abab
② ③ ④
⑦
①
⑥
句 法 模 式 识 别
abbA→abba ① ⑥ ② bA→baS→baaB→baab ③ ② babA→baba 例：G = (VN,VT, P, S) VN = {S, T, F} VT = {a, +,*,(,)} P: ① S→S+T ② S→T ③ T→T*F ⑤ F→(S) ⑥ F→a S
第 七 章
§ 7.1、形式语言基础和文法
6、V*:由字母表V中的符号组成的所有句子的集合，包括空句子 λ在内。例： V*＝{λ,01, 001}
句 法 模 式 识 别
7、 V＋:不包括空句子在内的句子集合，即V＋＝V*－(λ) 8、VT: 终止符，不能再分割的最简基元的集合，用小写字母 表示。 VT={a,b,c} 9、 VN: 非终止符，由基元组成的子模式和句子的集合。用大 写字母表示。VN={A,B,C} VT， VN的关系： VT∩VN= Φ (空集) VT∪ VN= V（全部字母表） 10、产生式(再写规则)P：存在于终止符和非终止符间的关系式。 例： α→β， α↔ VN ，β↔ VN, VT. 11、文法的数学定义：它是一个四元式，由四个参数构成。 G={VN, VT, P, S} 遥感信息工程学院
④ bB→bb
句 法 模 式 识 别
对于S→aSBC ∵α 1= λ, α 2= λ, A = S, B=aSBC,并且|S|<|aSBC| ∴ 符合1型文法规则 对于bB→bb ∵α 1= b, α 2= λ,A = B, B=b,并且|B| ≤ |b| ∴ 也符合1型文法规则 产生式都符合1型文法的要求 遥感信息工程学院
人工智能教程习题及答案第7章习题参考解答
第七章自然语言处理习题参考解答7.1练习题7.1什么是自然语言？自然语言是由哪些构成的？7.2什么是自然语言理解?自然语言理解过程有哪些层次，各层次的功能如何?7.3 自然语言理解和自然语言自动生成的关系是什么?研究这两者时有什么共同点.7.4自然语言理解的发展分几个阶段?各阶段的研究重点是什么?7.5语言学家乔姆斯基的论文《语言描述的三个模型》的意义如何?7.6句法分析的目的是什么? 基于规则的句法分析理论和方法主要有哪些?7.7什么是乔姆斯基语法体系？它包含几个语法？各型语法之间有何不同？它们与短语结构语法的关系如何？7.8自动句法分析的常用算法有哪些？自顶向下分析算法的思想是什么？7.9下面是一个符合短语结构语法定义的受限英语子集的语法P: S→NP VP (a)NP→the NP1 (b)NP→NP1 (c)NP1→ADJS N (d)ADJS→Ф|ADJ ADJS (e)VP→V (f)VP→V NP (g)N→boy | Johnson | blackball (h)ADJ→little|dig (i)V→play|run (j)其中，大写的是非终结符，而小写的是终结符，Ф表示空字符串。
请依据该语法对句子the boy plays the blackball进行自顶向下的句法分析，并建立相应的句法分析树。
7.10写出下列乔姆斯基2型语法（上下文无关语法）所对应的递归转移网络:S→NP VPNP→Adjective NounNP→Determiner Noun PPNP→Determiner NounVP→Verb Adverb NPVP→VerbVP→Verb AdverbVP→Verb PPPP→Preposition NP7.11设有下列语法：G=(Vt，Vn，P，S)Vn={S, NP, VP, Det, N, V, Prep, PP}Vt={the, boy, dog, hits}S=SP: S→NP VP (a)NP→Det N (b)VP→V NP (c)VP→VP PP (d)PP→Prep NP (e)Det→the (f)N→boy | dog (g)V→hits (h)利用自底向上的分析算法对句子“the boy hits the dog”进行分析，并写出它的分析推导过程。
人工智能教案,07章 自然语言处理7.2 句法分析
7.2 句法分析句法分析是自然语言处理的基本研究内容之一，也是自然语言处理的基本技术之一。
从右页的语言构成图中我们可以看出句法分析的重要性。
图7-4 语言的构成t7-4_swf.htm7.2.1 句法分析的任务和必要性对于自然语言的分析来说，句法分析有以下两个主要任务：·确定输入句子的结构句法分析要求识别构成句子的各个成分以及它们之间的相互关系，例如确定每个动词的主语和宾语，以及每个修饰性的词或短语所修饰的成分。
通常这是通过给每个输入句子构造一棵句法树来完成的。
·句法结构的规范化如果我们能把大量可能的输入结构映射为数量较少的结构，那么后继的处理（例如语义分析）就得以简化。
下面是几个结构规范化的例子：例：句子中时常有些成分（在下面的例句中用方括号表示）可以被省略：John ate cake and Mary [ate] cookies.…… five or more [than five] radishes ……He talks faster than John [talks].所谓句子结构的规范化就是把这类被省略的信息重新补上。
各种转换可以把表层结构不同的句子联系起来，如主动语气和被动语气：I crushed those grapes.Those grapes were crushed by me.正常语序和所谓分裂结构：That I like wine is evident.It is evident that I like wine.名词性结构和动词性结构：the barbarians' destruction of Romethe barbarians destroyed Rome等等。
这样一类的转换使得后继的处理只需考虑数量少得多的结构。
除此以外，如果在句法分析中选择的结构是恰当的话，那么象主谓之类的关系都可以在这个分析阶段的结果中确定。
在现有的系统中，不外乎以下两种处理办法，我们分别讨论句法分析的重要性。
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B,CN iki j
• 3、结束：
P(S w1...wn | G) 1,n (S )
向内算法计算示例
• S→NP VP 1.0 • PP→P NP 1.0 • VP→V NP 0.7 • VP→VP PP 0.3 • P→with 1.0 • V→ate 1.0
NP→NP PP 0.4 NP→John 0.1 NP→bone 0.18 NP→star 0.04 NP→fish 0.18 NP→telescope 0.1
• 结束
– S→NP VP 1.0
1,1 ( NP) 0.1 2,2 (V ) 1.0 3,3 ( NP) 0.18
4,4 ( P) 1.0
5,5 ( NP) 0.18
2,3 (VP) 0.7 *1.0 * 0.18 0.126 4,5 (PP) 1.0 *1.0 * 0.18 0.18 1,3 (S ) 1.0 * 0.1* 0.126 0.0126 3,5 (S ) 0.4 * 0.18* 0.18 0.01296
2,5 (S ) 0.3* 0.126 * 0.18 0.7 *1.0* 0.01296 0.015876
1,5 (S ) 1* 0.1* 0.015876=0.0015876
问题2
• 在语句W的句法结构有歧义的情况下,如何快速选 择最佳的语法分析(parse) ?
arg max P(tree |W ,G)
规则使用次数的数学期望
规则使用次数的数学期望
向内向外算法
• EM算法运用于PCFG的参数估计的具体算法。
– 初始化：随机地给P(A->μ) 赋值，使得ΣμP(A-> μ) =1. 由此得到语法G0. i<-0.
– EM步骤：
• E步骤：计算期望值C(A->BC) 和C(A->a)
• M步骤：用E-步骤所得的期望值,利用:
• 向内向外算法
– 迭代过程 – 与初始参数相关
向内向外算法
wi ...w j
• 非终结符A的外部概率（outside probability）定 义为：
• 根据文法G从A推出词串 wi...wj 的上下文的概率， 记为：i, j ( A) i j
外部概率公式
1,n
(
A)
1, 0,
A A
S S
i, j ( A) P(w1...wi1, A, wj1...wn | G)
P(w1...wi1, C, wk1...wn )P(C AB)P(B wj1...wk )
B,C, jk
P(w1...wh1, C, wj1...wn )P(C BA)P(B wh...wi1)
P(A )
C(A )
C(A )
重新估计P(A->μ) ,得到语法Gi+1
– 循环计算:i++,重复EM步骤,直至P(A->μ)收敛.
PCFG的优缺点
• 优点
– 可以对句法分析的歧义结果进行概率排序 – 提高文法的容错能力（robustness）
• 缺点
– 没有考虑词对结构分析的影响 – 没有考虑上下文对结构分析的影响
问题1
• 1、一个语句W=w1w2….wn的P(W|G),也就是产 生语句W的概率？
P(W | G)
向内概率公式
• i, j ( A) P(wi...wj | A) i j
独立性假设
P(wi...wk , B, wk1...wj ,C | A)
B ,C ,k
P(B,C | A)P(wi...wk | A, B,C)P(wk1...wj | wi...wk , A, B,C)
B,C,k
独立性假设
祖先无关假 设
P(B,C | A)P(wi...wk | B)P(wk1...wj | C)
B,C,k
P(A BC)i,k (B)k1, j (C)
B ,C ,k
i, j ( A) P( A wi ) i j
向内算法（自底向上）
• 输入： G=(S,N,∑,R,P),字符串 W w1w2...wn
（ Tomida ）分析算法、线图（Chart）分析算法、确定性分析算法 等等） • 基于扩充转移网络的分析算法 • 链分析算法
概率上下文无关文法（Probabilistic
(Stochastic) Context Free Grammar）
• 随机上下文无关语法可以直接统计语言学中词 与词、词与词组以及词组与词组的规约信息， 并且可以由语法规则生成给定句子的概率。
• 汉语句法分析的独特性（朱德熙《语法答问》《语法讲 义》）
– 汉语没有形态 – 语序灵活 – 词类和句法成分不存在一一对应的关系 – 汉语句子的构造原则与词组的构造原则基本上是一致的 – 汉语语法形式化工作滞后
• 深层分析与浅层分析
句法分析系统
• 一个句法分析系统通常由两部分组成
– 形式语法体系
• 输出： P(W | G) 1,n (S )
• 1、初始化：i,i (A) P( A wi ), A N,1 i n • 2、归纳计算：j从1到n，i从1到n-j，重复下面计
算
i,i j (A)
P( A BC)i,k (B)k1,i j (C)
向内（Inside）算法
S
A
B
C
w1 ...w i1
wi ...wk
w k 1 ...w j
w j1...wn
ห้องสมุดไป่ตู้
• 非终结符A的内部概率（Inside probability）定义
为根据文法G从A推出词串 wi ...wj 的概率，记
为 i, j ( A) i j
• i, j ( A) 称为向内变量
• 匹配模式 • 短语结构语法 • 扩充转移网络 • 树邻接语法(TAG) • 基于合一运算的语法（广义短语结构语法、词汇功能语法、功能合一
语法、基于中心词驱动的短语结构语法(HPSG)） • 基于词的语法（链语法、依存语法、配价语法）
– 分析控制机制
• 模式匹配技术 • 基于短语结构语法分析算法（厄尔利（ Earley ）分析算法、富田胜
• 定义：一个随机上下文无关语法（PCFG）由以 下5部分组成：
– （1）一个非终结符号集N – （2）一个终结符号集∑ – （3）一个开始非终结符S∈N – （4）一个产生式集R – （5）对于任意产生式r∈R，其概率为P(r) – 产生式具有形式X→Y，其中，X∈ N, Y ∈(N∪ ∑)*
P(X ) 1
PCFG的三个基本假设
• CFG的简单概率拓广
• 基本假设
P(X ) 1
– 位置无关(Place invariance)
– 上下文无关(Context-free)
– 祖先无关(Ancestor-free)
• 分析树的概率等于所有施用规则概率之积
举例
• 给定如下概率文法G
– (1)S->AA p1=1/2 – (2)S->B p2=1/2 – (3)A->a p3=2/3 – (4)A->b p4=1/3 – (5)B->aa p5=1/2 – (6)B->bb p6=1/2 那么：
• 许多当前的获得较高精度的句法分析系统 以PCFG为基础
浅层句法分析技术
• 从完全句法分析（complete parsing）到浅 层句法分析（shallow parsing）
tree
Viterbi 算法
• 输入： G=(S,N,∑,R,P),字符串 W w1w2...wn
• 输出：t* ( W在G下最可能的分析树)
• 算法：
• 1、初始化 i,i ( A) P( A wi ) A N,1 i n • 2、动态规划：j从1到n,i从1到n-j,重复如下步骤
Number( A )
• S->NP VP
• VP->V NP
• NP->N • NP->NP 的 NP • NP->VP 的 NP
P(
NP
N
)
Number(NP
N
)
Number(NP N) Number(NP NP的NP)
Number(
NP
VP的NP)
规则的概率
第七章 句法分析技术
什么是句法分析
• 判断输入的词序列能否构成一个合乎语法 的句子，确定合乎语法句子的句法结构
• 运用句法规则和其他知识将输入句子中词 之间的线性次序，变成一个非线性的数据 结构（例如短语结构树或有向无环图）
为什么要进行句法分析
• 例一：音字转换例
– 一只小花猫
• 例二：机器翻译例（Prepositional Phrase Attachment）
– Jan hit the girl with long hair – Jan hit the girl with a hammer
• 例三：信息检索例
– 哪个球队获得了亚洲杯冠军？ – 日本队击败中国队获得亚洲杯冠军
句法分析的难点
• 句法分析的难点：
– 语法歧义：一个句子对应着几种句法分析结果 – “咬死了猎人的狗” – “那只狼咬死了猎人的狗” – “那只咬死了猎人的狗失踪了”
i ,i
j
( A)
max
B,CN ;ik i
j
P( A
BC ) i ,k
(B) k 1,i
j
(C )