Chart-Parsing Prolog Aufbaukurs SS 2000 Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Christof Rumpf.

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1 Chart-Parsing Prolog Aufbaukurs SS 2000 Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Christof Rumpf

2 08.05.2000Chart-Parsing2 Chart-Parser Ein Chart-Parser speichert Information über bereits geparste Teilstrukturen in einer Tabelle (Chart). Bereits geleistete Arbeit kann beim Backtracking aus der Tabelle gelesen werden.

3 08.05.2000Chart-Parsing3 Motivation: trashing VP V NP PP D N P NP D N chased the cat into the garden VP V NP VP V NP PP

4 08.05.2000Chart-Parsing4 Chart In der Tabelle wird für jede Konstituente ein Eintrag gespeichert: –Name der Konstituente –wo sie beginnt –wo sie endet Beispiel chart(np,[the,cat,into,the,garden],[into,the,garden]).

5 08.05.2000Chart-Parsing5 Top-Down-Chart-Parser parse(C,S1,S) :- chart(C,S1,S). parse(C,[Word|S],S) :- word(C,Word). parse(C,S1,S) :- rule(C,Cs), parse_list(Cs,S1,S), asserta(chart(C,S1,S)). parse_list([C|Cs],S1,S) :- parse(C,S1,S2), parse_list(Cs,S2,S). parse_list([],S,S). clear_chart :- abolish(chart/3).

6 08.05.2000Chart-Parsing6 Numerische Repräsentation der Positionen chart(np,[the,cat,into,the,garden],[into,the,garden]). chart(np,0,2). ?.- parse(s,0,8). yes [the,dog,sees,the,cat,near,the,elephant] c(the,0,1). c(dog,1,2). c(sees,2,3). c(the,3,4). c(cat,4,5). c(near,5,6). c(the,6,7). c(elephant,7,8). Chart StringAnfrage kompaktere Repräsentation!

7 08.05.2000Chart-Parsing7 Numerischer Chart-Parser parse(C,S1,S) :- chart(C,S1,S). parse(C,S1,S) :- c(Word,S1,S), word(C,Word). parse(C,S1,S) :- rule(C,Cs), parse_list(Cs,S1,S), asserta(chart(C,S1,S)). parse_list([C|Cs],S1,S) :- parse(C,S1,S2), parse_list(Cs,S2,S). parse_list([],S,S). clear_chart :- abolish(chart/3).

8 08.05.2000Chart-Parsing8 Vollständigkeit Der bisherige Chart-Parser verschwendet mehr Ressourcen, als er einspart, weil Chart und Regeln konkurrieren. Lösung: Chart muss vollständig sein. Positive wie negative Information über Konstituenten muss vollständig gespeichert sein.

9 08.05.2000Chart-Parsing9 Chart-Parser mit Completeness-Check parse(C,[Word|S],S) :- word(C,Word). parse(C,S1,S) :- complete(C,S1), !, chart(C,S1,S). parse(C,S1,S) :- rule(C,Cs), parse_list(Cs,S1,S2), asserta(chart(C,S1,S2)), S2 = S. parse(C,S1,_) :- asserta(complete(C,S1)), fail. parse_list([C|Cs],S1,S) :- parse(C,S1,S2), parse_list(Cs,S2,S). parse_list([],S,S). clear_chart :- abolish(chart/3), abolish(complete/2).

10 08.05.2000Chart-Parsing10 Subkategorisierung rule(vp,[verbal(0)]). rule(vp,[verbal(X),rest_of_vp(X)]). rule(rest_of_vp(1),[np]). rule(rest_of_vp(2),[np,np]). rule(verbal(X),[v(X)]). rule(np,[d,n]). word(n,dog). word(n,dogs). word(n,cat). word(n,cats). word(n,elephant). word(n,elephants). word(v(0),sleep). word(d,the). word(v(1),see). word(v(2),give). ?- parse(vp,[see,the,dog],[]). no Problem: Komplexe Konstituenten mit Argumenten stehen in einer Subsumptionshierarchie.

11 08.05.2000Chart-Parsing11 Subsumption Ein Term A subsumiert einen Term B gdw. –A und B sind unifizierbar. –B ist nach der Unifikation nicht spezifischer als vorher. Beispiel: f(X, b) f(a, b) f(a, b) f(X, b)

12 08.05.2000Chart-Parsing12 Subsumptions-Check parse(C,S1,S) :- complete(C0,S1), subsumes_chk(C0,C), !, C0 = C, chart(C,S1,S). subsumes_chk(T1,T2) :- \+ ( varnames(T2), \+ (T1 = T2) ). C muss spezifischer sein als C0 bzw. C0 muss genereller sein als C. (O´Keefe)

13 08.05.2000Chart-Parsing13 Earley´s Algorithmus Komplexität n 3 (optimal). Behandelt leere Konstituenten. Loopt nicht bei Linksrekursion. Kombiniert top-down und bottom-up. Kein Backtracking: Nach dem Parse befinden sich alle Alternativen im Chart. Ist ein active chart parser.

14 08.05.2000Chart-Parsing14 Earley: Active Chart Parsing S NP VP 0 0 S NP VP 0 2 S NP VP 0 3 chart(s,[the,dog,barked],[np,vp],[the,dog,barked]). chart(s,[the,dog,barked],[vp],[barked]). chart(s,[the,dog,barked],[],[]). parse(s,[the,dog,barked],[]). Aktive Konstituenten sind solche, die an der aktuellen Position der Eingabekette als nächste geparst werden sollen.

15 08.05.2000Chart-Parsing15 Earley: Chart-Einträge Die gesuchte Konstituente. Die Position, an der die gesuchte Konstituente beginnt. Die Subkonstituenten, die noch geparst werden müssen. Die erste davon ist die aktive. Die aktuelle Position im Input-String. chart(s,[the,dog,barked],[np,vp],[the,dog,barked]). chart(s,[the,dog,barked],[vp],[barked]). chart(s,[the,dog,barked],[],[]).

16 08.05.2000Chart-Parsing16 Earley-Chart: the dog chases the cat chart(start,[the,dog,chases,the,cat],[s], [the,dog,chases,the,cat]). chart(s, [the,dog,chases,the,cat],[np,vp],[the,dog,chases,the,cat]). chart(np, [the,dog,chases,the,cat],[d,n], [the,dog,chases,the,cat]). chart(np, [the,dog,chases,the,cat],[n], [dog,chases,the,cat]). chart(np, [the,dog,chases,the,cat],[], [chases,the,cat]). chart(s, [the,dog,chases,the,cat],[vp], [chases,the,cat]). chart(vp, [chases,the,cat],[v,np], [chases,the,cat]). chart(vp, [chases,the,cat],[v,np,pp], [chases,the,cat]). chart(vp, [chases,the,cat],[np], [the,cat]). chart(vp, [chases,the,cat],[np,pp], [the,cat]). chart(np, [the,cat],[d,n], [the,cat]). chart(np, [the,cat],[n], [cat]). chart(np, [the,cat],[], []). chart(vp, [chases,the,cat],[], []). chart(s, [the,dog,chases,the,cat],[], []). chart(start,[the,dog,chases,the,cat],[], []). chart(vp, [chases,the,cat],[pp], []).

17 08.05.2000Chart-Parsing17 Earley´s 3 Komponenten Predictor –Sucht nach Regeln, die die aktiven Konstituenten expandieren. Scanner –Akzeptiert Wörter der Eingabekette. Completer –Verwendet den Output des Scanners um übergeordnete Konstituenten zu vervollständigen.

18 08.05.2000Chart-Parsing18 Earley-Parser: Das Gerüst % parse(+C,+S1,-S) % Parse a constituent of type C from input string S1, % leaving remainder of input in S. parse(C,S1,S) :- clear_chart, store(chart(start,S1,[C],S1)), process(S1), chart(C,S1,[],S). % process(+Position) % Starting with input string Position, work through % the Earley parsing process. process([]) :- !. process(Position) :- predictor(Position), scanner(Position,NewPosition), completer(NewPosition), process(NewPosition).

19 08.05.2000Chart-Parsing19 Predictor: Beschreibung Für alle aktiven Konstituenten (1. Element in Chart-Spalte 3): –finde alle Syntaxregeln, die diese Konstituenten expandieren und generiere entsprechende Chart-Einträge. –Expandiere auch die so neu hinzugekommenen Konstituenten.

20 08.05.2000Chart-Parsing20 Predictor: Code % predictor(+Position) % Creates new goals using syntax rules. predictor(Position) :- chart(C,PC,[Goal|Goals],Position), % For every chart entry of this kind predict(Goal,Position), % do all possible predictions fail. predictor(_). % then succeed with no further action. predict(Goal,Position) :- rule(Goal,[H|T]), % For every rule expanding Goal store(chart(Goal,Position, [H|T],Position)), % make a new chart entry predict(H,Position), % and make predictions from it too fail. predict(_,_). % then succeed with no further action.

21 08.05.2000Chart-Parsing21 Scanner: Beschreibung Akzeptiere das nächste Wort aus der Eingabekette und bestimme seine Kategorie. Für alle Chart-Einträge für die aktuelle Position: Wenn die aktive Kategorie der Wort-Kategorie entspricht, generiere neue Chart-Einträge: –entferne die aktive Kategorie –entferne das aktuelle Wort

22 08.05.2000Chart-Parsing22 Scanner: Code % scanner(+Position,-NewPosition) % Accept a word and use it to satisfy goals. scanner([W|Words],Words) :- chart(C,PC,[G|Goals],[W|Words]), % for each current goal at current pos. word(G,W), % if category of W matches it store(chart(C,PC,Goals,Words)), % make a new chart entry fail. scanner([_|Words],Words). % then succeed with no further action.

23 08.05.2000Chart-Parsing23 Completer Für alle vollständigen Konstituenten: –Kombiniere sie zu übergeordneten Konstituenten und generiere entsprechende Chart-Einträge. –Berücksichtige ebenso die auf diese Weise neu hinzugekommenen Konstituenten.

24 08.05.2000Chart-Parsing24 Completer: Code % completer(+Position) % Process all consituents that are ready to be completed. See text. completer(Position) :- chart(C,PC,[],Position), % For every chart entry with no goals complete(C,PC,Position), % complete all possible higher constituents fail. completer(_). % then succeed with no further action. complete(C,PC,Position) :- chart(C0,PC0,[C|Goals],PC), % For every constituent that can be completed store(chart(C0,PC0, Goals,Position)), % make a new chart entry, Goals == [], % then fail here if Goals not empty, complete(C0,PC0,Position), % or process new entry the same way fail. complete(_,_,_). % then succeed with no further action.

25 08.05.2000Chart-Parsing25 Leere Konstituenten predict(Goal,Position) :- rule(Goal,[]), store(chart(Goal,Position,[],Position)), complete(Goal,Position,Position), fail. % rule(d,[])

26 08.05.2000Chart-Parsing26 Chart-Einträge Ohne Subsumption store(chart(A,B,C,D)) :- \+ chart(_,B,_,D), asserta(chart(A,B,C,D)). Mit Subsumption store(chart(A,B,C,D)) :- \+ (chart(A1,B,C1,D), subsumes_chk(A1,A), subsumes_chk(C1,C)), asserta(chart(A,B,C,D)).

27 08.05.2000Chart-Parsing27 Performance

28 08.05.2000Chart-Parsing28 Literatur Covington, Michael A. (1994): Natural Language Processing for Prolog Programmers. Chap. 6: Parsing Algorithms. Prentice-Hall. Gazdar, Gerald & Chris Mellish (1989): Natural Language Processing in Prolog. Addison Wesley.