Обработка естественноязыковых текстов: онтологичность в лингвистике и дискурсивность в извлечении знаний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обработка естественноязыковых текстов: онтологичность в лингвистике и дискурсивность в извлечении знаний

И.В. Ефименко

В работе обсуждается возможность использования знаний и концепций, накопленных к настоящему моменту лингвистической наукой, при решении задач прикладного характера, возникающих в контексте автоматической обработки естественного языка. Речь идет о необходимости восприятия обрабатываемого текста как целостного дискурса. Рассматривается ряд технологических приемов, использование которых в процессе разработки ЕЯ-систем позволяет говорить о дискурсивности автоматического анализа.

Одним из наиболее актуальных направлений в области обработки естественного языка является в настоящее время анализ под управлением предметных онтологий. Специалисты в сфере извлечения знаний пришли к осознанию невозможности, по крайней мере, на данном этапе развития области, исчерпывающей автоматической интерпретации ЕЯ-текстов, включающей как полный синтаксический анализ, так и адекватную интерпретацию всех «тонкостей» семантики. Следовательно, практически значимые системы должны быть ориентированы, прежде всего, на некоторую определенную предметную область, а зачастую и жанр, не претендуя на высокое качество анализа абсолютно любого, не охарактеризованного никакими специальными параметрами, свободного текста на том или ином естественном языке. При этом вышеуказанное обстоятельство является, скорее, не недостатком, а достоинством системы, поскольку предметную онтологию можно считать «фильтром», позволяющим системе видеть текст под определенным углом зрения, а пользователю - получать только релевантные данные и «не замечать» информации, не представляющей для него интереса.

Shallow-подход и дискурс

В результате развития такого рода концепции был сформирован т.н. «Shallow-подход» к обработке естественного языка [Soria et al., 2002]. Его сутью является «исчисление» способов (шаблонов) обозначения в языке того или иного типа объектов и связей. Примерами наиболее часто встречающихся типов объектов в реальных системах являются «Люди» и «Организации». Соответственно, говорится о таких способах их представления в языке, как «Имя + Фамилия», «Инициал + Инициал + Фамилия» и т.д., или же, например, «Ключевое слово типа “фирма” + Слово с большой буквы». В области кодирования связей (а по сути, ситуаций, событий) аналогом является описание актантной структуры «онтологических предикатов», фигурирующих в рамках той или иной модели.

При этом можно констатировать, что основные усилия в области ЕЯ-анализа, по крайней мере, в нашей стране, предпринимались представителями скорее технических, чем гуманитарных наук, в частности, в сфере искусственного интеллекта.

К тому моменту, как в прикладной сфере пришло понимание невозможности полного синтаксического анализа и, как следствие, необходимости его частичной «имитации» в некоторых отдельных «точках», в лингвистике появился целый ряд достижений в области дискурса. В последнее время лингвистическая наука обратилась также и к понятию онтологий, однако, речь идет, прежде всего, о т.н. лексических онтологиях. Что же касается более или менее строго очерченных моделей той или иной предметной области, предметных онтологий, то последние не столь явно фигурируют в лингвистических исследованиях, несмотря на то, что важность обращения к экстралингвистическим знаниям всегда отмечалась семасиологами. Анализ языковых данных показывает, что в ряде случаев адекватная интерпретация лингвистических явлений, особенно применимо к автоматическому пониманию, действительно возможна только с привлечением онтологических данных.

Что же касается области автоматического извлечения знаний, то здесь представляется верным следующее утверждение: в реально существующих системах основной акцент сделан, скорее, на анализ отдельных предложений, нежели текста. Появление ряда прикладных исследований, посвященных проблемам дискурсивного характера [Большакова, 2004], а также обращение к таким задачам, как, например, обработка анафорических ссылок, не меняют общей картины. В представленных на рынке системах обращение к дискурсу часто недостаточно, что легко объяснимо именно невозможностью полного лингвистического анализа.

Таким образом, возникает проблема совмещения «Shallow-подхода» и анализа на уровне дискурса. Интеграция онтологической и дискурсивной составляющих позволила бы говорить об «онтологичности» в лингвистике и о «дискурсивности» в области автоматического извлечения знаний.

Дискурсивность и извлечение знаний

Описываемый ниже подход был разработан и реализован в рамках систем семейства OntosMiner, представляющих собой мультиязычные системы извлечения знаний [Хорошевский, 2004]. Обработка текстов в системах OntosMiner осуществляется под управлением предметных онтологий Все примеры, фигурирующие в статье, являются реальными примерами, предоставляемыми реальными Заказчиками в рамках того или иного проекта на этапе испытаний системы, и представляют собой фрагменты текстов, обрабатываемых системами OntosMiner.. В основе подхода лежат те же принципы, что и в основе подходов типа Shallow, поскольку кодирование языковых явлений базируется на исчислении лингвистических способов представления типов объектов и связей, фигурирующих в онтологии. Отличие подхода состоит в акценте на понятие контактности, отражающее закономерности развертывания дискурса, а также на использование онтологических знаний не только на этапе формирования модели, но и при разрешении неоднозначности частных лингвистических явлений, проявляющейся на различных уровнях автоматической обработки. К сфере дискурса можно отнести и явления кореференции и анафоры, обработка которых предусмотрена в системах семейства, однако рассмотрение такого рода явлений выходит за рамки данной статьи.

Одним из ключевых терминов в работе является понятие аннотации в значении семантического или служебного «ярлыка», приписываемого фрагменту текста (обычно неразрывному). Особую аннотацию могут получать экземпляры объектов (например, «Лицо»), знаки препинания, глагольные группы и любые другие фрагменты текста, любого размера и любой семантики.

«Непрерывность» мира и линейность дискурса.

Основополагающими особенностями дискурса являются его линейный характер и непрерывность, связность (при этом имеется в виду не столько временная или «пространственная» непрерывность, сколько некое внутреннее, смысловое, единство конкретного дискурса). И если линейный характер развертывания дискурса в каком-то смысле противоречит нелинейности мира, то непрерывность, как представляется, вполне соответствует «непрерывности» восприятия окружающей действительности. В случае интерпретации мира сквозь призму ограниченной предметной онтологии то, что попадает в рамки модели, по-прежнему подчиняется законам «непрерывности» (так, например, появление изолированного типа объектов не характерно для онтологической сети: все объекты, непосредственно или опосредованно, связаны между собой и\или с некоторым метаобъектом).

Все, что не включено в онтологию, не может нарушить ее целостности, поскольку находится за пределами видимости. Таким образом, для экстралингвистической модели условие непрерывности соблюдается. Что же касается дискурса, то по причине отказа от полного лингвистического анализа единство текста при интерпретации оказывается, в определенном смысле, разрушено. Поскольку некоторые части текста изначально признаются не подлежащими обработке, в ряде случаев (для уровня сборки связей - практически всегда) нарушается контактность языковых фрагментов, интерпретация которых необходима. При этом между релевантными фрагментами оказывается не просто некий «слепой» текст, не несущий никакой информации: очень часто в таком тексте появляется «шум», т.е. фигурируют явления, разрушающие целостность шаблона (например, актантной структуры), который необходимо применить в конкретном случае. Явления такого рода могут относиться как к плану содержания (типы объектов), так и - в большей степени - к плану выражения (знаки препинания, отдельные слова-маркеры - обычно в случае омонимии, причем здесь эти явления действительно относятся к плану выражения, поскольку их настоящая семантика не представляет интереса с точки зрения модели).

Пример 1: Синицына (в девичестве Орлова) Анна-Мария Гузермес, выпускница Одесского сельскохозяйственного техникума и участник конференции «Сделаем «Красную Книгу» белой», является менеджером картеля «Лига Охраны Перелетных Птиц».

Предположим, в модели присутствуют объекты типа «Лицо», «Должность» и «Организация» и связь типа «Быть сотрудником, работать», при этом связи типа «Закончить учебное заведение» и «Быть участником конференции» не подлежат извлечению. Предположим также, что экземпляры объектов уже идентифицированы системой. Тогда из приведенного фрагмента извлечены следующие объекты: Синицына (в девичестве Орлова) Анна-Мария Гузермес (тип: Лицо); Одесского сельскохозяйственного техникума (тип: Организация); возможно, конференции «Сделаем «Красную Книгу» белой» (если считать конференции особым типом организаций), «менеджером» (тип: Должность) и картеля «Лига Охраны Перелетных Птиц» (тип: Организация). Следует отметить, что фрагменты текста, формирующие экземпляры объектов, обычно контактны.

Следующим этапом автоматической обработки текста является сборка отношений - связей между объектами. На уровне сборки актантов связи типа «Быть сотрудником» на вход системе при работе с примером 1 подаются следующие аннотации: Лицо, Организация, Должность и служебная аннотация, маркирующая онтологический предикат (в данном случае, глагол «являться» в определенной форме). Шаблон, применяемый системой в подобных ситуациях, можно условно (и довольно грубо) представить следующим образом: {Лицо (в соответствующей грамматической форме)}, {“являться” в 3 л. ед.ч.}, {Должность (в соответствующей грамматической форме)}, {Организация (в соответствующей грамматической форме)}. Очевидно, что в случае такого шаблона (даже с учетом грамматических характеристик элементов шаблона) и такого набора аннотаций, поданных на вход, соответствующее правило не сработает, поскольку контактность аннотаций {Лицо} и {“являться” в 3 л. ед.ч.} будет нарушена вхождениями «посторонних», не относящихся к данной семантической связи, экземпляров типа «Организация».

Приведем теперь пример противоположного характера.

Пример 2: Лю Чю Хе Сянь Вань является автором модуля, который много лет успешно работает в системе «Биг Пис» (из предыдущего контекста при этом следует, что «Биг Пис» - название компании).

Если в системе предусмотрен шаблон типа {Лицо (в соответствующей грамматической форме)}, {“работать” в 3 л. ед.ч.}, {Организация (в соответствующей грамматической форм, с предлогом)} и на вход системе подаются соответствующие аннотации, то очевидно, что возможна ошибочная интерпретация предложения: «Лю Чю Хе Сянь Вань много лет успешно работает в системе «Биг Пис».

Подобные ошибки возможны даже при наличии жестких ограничений на семантику актантов. Следует отметить, что такого рода ограничения, по всей видимости, далеко не всегда учитываются реальными системами. В таких случаях результаты работы системы позволяют предположить, что акцент в анализе ситуации сделан на синтаксический анализ.

Таким образом, целью системы является моделирование контактности релевантных фрагментов при отсутствии полного лингвистического анализа входного текста (Пример 1). В некоторых же ситуациях, напротив, необходимо ввести в рассмотрение фрагменты, разрушающие, иногда довольно искусственно, контактность не связанных семантически (в рамках модели) явлений (Пример 2). Здесь можно упомянуть понятие «фокуса внимания», являющееся одним из ключевых (впрочем, в несколько ином контексте) в некоторых областях

Рис.1. Разграничение релевантных в рамках модели и нерелевантных данных

лингвистики и когнитивной психологии. В данном случае можно говорить о «включении» в «фокус» информации, релевантной с точки зрения онтологии (и, как следствие, с точки зрения обработки текста), и «осыпании», затенении «посторонних» данных (рис. 1).

Ниже приведены некоторые из методов разрешения подобного рода конфликтов. Все они основаны на «игре» с именами и атрибутами аннотаций, а также с набором элементов, подающихся на вход тому или иному правилу. В конечном счете, работа с отдельными аннотациями и варьирование входных данных являются сторонами одной медали, поскольку суть онтологического подхода, где происходит сознательный отказ от полного анализа языка, состоит именно в правильном выборе множества входных аннотаций, позволяющем системе видеть только то, что необходимо на данном этапе обработки. Подобные принципы работы позволяют анализировать довольно сложные для автоматической обработки тексты (см. ниже) и извлекать связи между объектами даже в тех случаях, когда для адекватной интерпретации необходим анализ на уровне дискурса, а не отдельных предложений.

Рассмотрим методы достижения/разрыва контактности на примере следующего текста (те же принципы применимы и для обработки приведенных выше примеров 1 и 2):

Пример 3:

Установлены члены международного синдиката «Золотой мак»:

Мгерабишвили Зураб Вахтангович, 1943 г.р., ур. и житель г. Поти, Грузия, лидер синдиката, женат на Мгерабишвили А. К.

Могулиев Абдулхайр Магомедович, 17 марта 1984 года рождения, уроженец Согдийской области Таджикистана, житель кишлака Одурван.

Чон Ду Хван, гражданин Кореи, 1939 г.р., курьер, брат гражданина Кореи Ли Ю Тинь, верховного жреца «Группы раскаявшихся флибустьеров Капитана Флинта»

Братья Кукушкины - Сергей Анатольевич, 1978 г.р., и Петр Анатольевич, 1980 г.р., уроженцы Белгородской области, проживают: Республика Северная Осетия-Алания, г.Ардон, ул. Желездодорожная, д.5 кв. 1. Оба числятся грузчиками в ООО «Ближний свет» (Республика Северная Осетия-Алания, г.Ардон, ул. Желездодорожная, д.5)

Ли Си Цин, гр. КНР, постоянно проживает в Ташкенте, Узбекистан, хозяин городского рынка «Бешкеш»

Абдуллаев Кодир Исмоилович, 15.10.66 г.р., ур. г. Андижан, Узбекистан, проживает в Узбекистане: г. Корасув, ул. Навруз д. 28, кв. 2, безработный, его женою является известная Ибрагимова Насибахон Шухратовна, 9 марта 1980 г.р., уроженка и жительница г. Корасув, ул. Навруз д. 28, кв. 2, медсестра городской больницы № 4

В приведенном примере в рамках автоматического анализа списка требуется установить связь между лицами, являющимися вершинами элементов списка, с организацией в заголовке списка, при этом:

· Необходимо установить связь типа «являться сотрудником, работать» между Организацией и каждым из лиц, являющимися вершинами элементов списка.

· Недопустимо появление связи типа «являться сотрудником, работать» между Организацией и другими лицами, фигурирующими в тексте, но при этом не являющимися вершинами элементов списка.

Поставленную задачу позволяют решить следующие операции:

1. Приписывание атрибутов. Так, Лицам, являющимися вершинами элементов списка, приписывается специальный атрибут, назовем его attr и присвоим значение «1» (формальными критериями вершины элемента в данном случае являются, в частности, положение в начале абзаца, именительный падеж - там, где его определение возможно, - и ряд других показателей. Информация о знаках препинания, как видно из примера, особой ценности не несет). При этом на вход подаются аннотации типа «Лицо», а в шаблоне фигурирует аннотация с соответствующим атрибутом. Тогда схематично шаблон можно представить следующим образом:

Организация (Лицо.attr == “1”, (Лицо)* )+

2. Переименование аннотаций. У Лиц, являющихся вершинами элементов списка, происходит смена имени аннотации, что позволяет отличить их от остальных лиц в тексте; присвоим им тип «Лицо1». Тогда на вход подаются аннотации типа «Лицо1», они же фигурируют в шаблоне; аннотации типа «Лицо» не «видны» системе. Схематично шаблон можно представить следующим образом:

Организация (Лицо1)+

Переименование аннотации и приписывание атрибутов являются, по сути, взаимозаменяемыми операциями. Выбор того или иного метода зависит от конкретной ситуации. Так, например, если исходную аннотацию (Лицо, Организацию и т.д.) необходимо в дальнейшем использовать в качестве актанта ситуации, наравне с другими аннотациями такого же типа, переименование может оказаться нежелательным.

3. «Захват» нерелевантных фрагментов. Данный вариант близок, по сути, переименованию аннотаций. При этом нерелевантные аннотации просто «поглощаются» новым типом, которому приписывается идентификатор релевантной для сборки связи аннотации, за счет чего, в частности, достигается контактность фрагментов. Так, в примере 3 появляется аннотация «Элемент списка», которой соответствуют фрагменты типа «Мгерабишвили Зураб Вахтангович, 1943 г.р., ур. и житель г. Поти, Грузия, лидер синдиката, женат на Мгерабишвили А. К.». Атрибутом такой аннотации является идентификатор Лица, фигурирующего в вершине элемента.

Шаблон схематично можно представить следующим образом:

Организация (Элемент списка)+

Следует отметить также то обстоятельство, что набор входных аннотаций определяется обычно исходя из используемого в правиле шаблона, т.е. на вход системе подаются те аннотации, которые необходимо «увидеть» для сборки той или иной конструкции. Однако набор входных аннотаций является также мощным инструментом для «отсечения» лишнего, т.е. средством подавления шума, позволяющим в случае необходимости разрушить контактность языковых фрагментов. Так, если при обработке примера 2 (см. выше) использовать тот же самый, приведенный выше, шаблон ({Лицо (в соответствующей грамматической форме)}, {“работать” в 3 л. ед.ч.}, {Организация (в соответствующей грамматической форм, с предлогом)}), но при этом на вход правилу подать аннотацию, соответствующую запятой, возможность неверной интерпретации исчезает (в общем случае, в силу распространенности в русском языке сложных предложений, использование знаков препинания не является решением проблемы; здесь дано исключительно в качестве примера).

Таким образом, появляется следующий принцип работы с аннотациями и набором входных данных:

4. При необходимости, включение во входные данные «лишних» аннотаций, потенциально разрывающих фигурирующий в правиле шаблон. Процессы, происходящие с аннотацией в рамках поэтапной «сборки» при автоматической обработке текстов, отражают, по всей видимости, процессы восприятия речи человеком. Так, с одной стороны, идентификация смысла отдельного элемента позволяет более точно интерпретировать структуру более высокого уровня, с другой стороны, существует и обратная очевидная стратегия: контекст позволяет адекватно интерпретировать отдельный элемент. В рамках прикладных задач такого рода явления часто наблюдаются именно в списочных структурах: во фрагменте текста «Нтандо Анние Дзиямо Тадуру, 1981 г.р.» только контекст помогает большинству русскоязычных читателей понять, что речь идет об объекте типа «Лицо». В свою очередь, идентификация отдельных элементов позволяет понять, что следующий текст, по крайней мере, с большой вероятностью, является списком лиц:

Пример 4:

Гвинджи Фануэл Таванда (Gvindgy Fanuel Tavanda);

Горезваримва Портия (Goredfrimva Portiya);

Мпоко Луринда; Нтандо Анние Дзиямо Тадуру, 1981 г.р.

Такавира-Куун Клаудиус;

Сбанда Тобекиле ( Sibanda Tobekili), 22.05.1982 г.р.

Следует отметить, что приведенные выше методы работы с аннотациями являются не только средствами достижения/разрушения контактности языковых фрагментом, но и инструментами увеличения/ослабления жесткости лингвистических шаблонов.

Обращение к онтологии при интерпретации лингвистических данных

Как уже указывалось выше, адекватная интерпретация некоторых языковых явлений возможна только под управлением той или иной онтологии, с использованием экстралингвистических знаний (т.е. на более высоком уровне, чем синтаксис, и более высоком, по крайней мере, с формальной точки зрения, чем дискурс). Особенно ярко это обстоятельство проявляется именно в процессе создания систем автоматической обработки естественно-языковых текстов.

естественноязыковой обработка онтологический дискурс

Ниже кратко, в силу ограниченности объема статьи, рассмотрено лишь несколько примеров, иллюстрирующих указанное утверждение. В качестве примеров выбраны явления, так или иначе связанные с семантикой времени.

1. Восстановление имплицитной информации

А) Восстановление эллипсисов.

Пример 5: До IBM, Г-н.X работал Microsoft

Экземпляры объектов с семантикой времени могут иметь достаточно сложную внутреннюю структуру, например, вводить в рассмотрение, при определении временной характеристики того или иного события, дополнительную ситуацию (так, из фрагмента "До IBM, Г-н.X работал Microsoft" необходимо извлечь две связи одного типа - "работать, быть сотрудником" - с одним общим актантом).

Б) Восстановление ситуаций за рамками текста.

Существует ряд ситуаций, где использование данных о временной характеристике события совместно со знаниями из онтологии дает возможность восстановить, в той или иной мере, дополнительное событие, не представленное в тексте эксплицитным образом. Знания о мире позволяют смоделировать некоторое пространство в той или иной степени вероятных возможностей с незаполненными валентностями. (Пример 6: «В этом году г-н Х стал главным редактором газеты “Известия”»). При этом именно экстралингвистические знания позволяют отличить ситуации с имплицитной составляющей от абсолютно аналогичных, с точки зрения лингвистической формы и «кодируемой» связи, фрагментов, где генерация какой-либо дополнительной ситуации, подлежащей дальнейшей конкретизации в процессе обработки, бессмысленна (Пример 7: «В этом году Х стал программистом Oracle»).

2. Интерпретация типа временной сущности.

В качестве примера, иллюстрирующего необходимость использования онтологических данных для интерпретации времени можно привести фрагмент текста "Иванов был уволен из МВД в 1985 году" (Пример 8), где в случае наличия в модели связи типа "работать" следует извлекать открытый период времени, несмотря на «точечный» характер предиката. Необходимость такого рода интерпретации задана тем, что временной аспект онтологического предиката "работать" определен как период.

Статья посвящена автоматической обработке естественноязыковых текстов под управлением предметных онтологий в констексте восприятия входного текста как целостного дискурса. Иллюстрируется необходимость использования экстралингвистических знаний для адекватной интерпретации ряда языковых явлений. Констатируется необходимость совмещения двух концепций, являющихся в настоящее время наиболее актуальными в смежных, с точки зрения ЕЯ-систем, дисциплинах: онтологически-ориентированных методов в области ИИ и информационных технологий и дискурсивного анализе в лингвистике. Такого рода интеграция позволяет говорить о формировании нового класса подходов к автоматической обработке естественного языка.

Список литературы

1. Soria, C., Bernsen, N. O., Cadee, N., Carletta, J., Dybkjaer, L., Evert, S., Heid, U., Isard, A., Kolodnytsky, M., Lauer, C., Lezius, W., Noldus, L., Pirrelli, V., Reithinger, N., and Vogele, A., Advanced tools for the study of natural interactivity. Third International Conference on Language Resources and Evaluation (LREC 2002), Las Palmas, Spain, 2002.

2. Большакова Е.И., Баева Н.В., Васильева Н.Э. Структурирование и извлечение знаний, представленных в научных текстах // Девятая Национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2004. Труды конференции в 3-х томах. Т. 2. М.: Физматлит, 2004, с.480-488.

3. В.Ф. Хорошевский, OntosMiner: семейство систем извлечения информации из мультиязычных коллекций документов, Труды конференции КИИ-2004, Тверь, Россия, 2004

Размещено на Allbest.ru