Разработка системы рекурсивных порождающих грамматик для решения задачи автоматического построения интонационных шаблонов языковых выражений

Полный текст

Введение. В настоящее время порождение речи компьютером является крайне важным. Значительная часть программных приложений, связанных с генерацией текстов на естественном языке, работает с информацией на естественном языке. В работе рассматривается проблема, заключающаяся в разработке нового класса порождающих грамматик, обеспечивающих лучшее качество генерации строк и внутреннюю упорядоченность правил. Проблематика, связанная с генерацией порождающими грамматиками, давно и широко исследуется различными авторами, в частности Хомским, Монтегю и др. [1; 2]. Исследования проводятся на стыке таких наук, как информатика, лингвистика, компьютерная лингвистика, математика и математическая логика [3-6]. Однако улучшение качества генерации строк требует дополнительных исследований в рамках новых классов порождающих грамматик. Основная идея работы состоит в построении принципа работы рекурсивных порождающих грамматик на основе введения потенциально генерируемых команд-примечаний и в применении этой модели к проблеме генерации фонетических шаблонов в образовательных целях. Целью данной работы является разработка модели системы рекурсивных порождающих грамматик, которая позволит обучающимся произносить предложения на незнакомом или малознакомом языке с правильной интонационной окраской. Задачи данной работы заключаются в следующем: 1. Разработка специализированного синтаксиса, позволяющего реализовать базовый функционал данного типа порождающих грамматик, при этом не противоречащий общему синтаксису предшествующих типов порождающих грамматик. 2. Разработка принципа построения правил порождающих грамматик для построения интонационной разметки в отдельном слове, словосочетании, выражении. 3. Разработка алгоритмической реализации данного класса порождающих грамматик. 4. Разработка набора правил для данной модели на основе предложенного функционала рекурсивных порождающих грамматик (РПГ), что позволит сгенерировать интонационные обозначения целевых выражений для конечного пользователя. Новизна работы состоит в использовании общей схемы работы порождающих грамматик с привлечением синтаксиса командных подстрок. Рассматриваемая в настоящей работе модель должна позволить обучающимся повысить качество чтения текста на иностранном языке с учетом маркеров изменения относительной высоты тона в слоге, слове и целом высказывании. Это позволит определять законченность или незаконченность высказывания, завершенность мысли и эмоциональный оттенок речи. Кроме того, система генерации транскрипции и интонационной разметки во многом решает проблему описания модальности высказывания - различение повествования, вопросы и восклицания. Указанные методы должны обеспечить возможность говорить и выражать множество эмоций на иностранном языке без предварительного знания слов и правил. Принципы построения рекурсивных порождающих грамматик. Порождающая грамматика позволяет выводить (порождать) цепочки языка из некоторой начальной цепочки с помощью определенных правил замены (или правил подстановки). Как известно, стандартные порождающие грамматики над строками имеют вид четверки: G <S, T, N, R>, где S - начальный символ порождающей грамматики, T - множество терминальных символов, N - множество нетерминальных символов и R - множество правил трансформации одной строки в другую. Порождение есть пошаговый процесс, в котором на каждом шаге из цепочки, уже полученной на предыдущем шаге (в частности, из начальной), можно путем применения к ней правил замены получить новую цепочку [7; 8]. Разработка системы поддержки рекурсивных порождающих грамматик. На основе порождающих грамматик были разработаны правила для генерации транскрипции иностранных языков, а также функции, реализующие генерацию верной и неверной транскрипций, что решает проблему составления вариантов ответов к тестам электронных курсов. Создание таких правил решало актуальную проблему, появившуюся в связи с широким распространением подходов по проверке знаний учеников в электронной форме. Была создана программа генерации правильной и неправильной транскрипции и создания на их основе заданий с верными и неверными вариантами ответов для учебных тестов. Предложенная программа позволяет выбирать язык генерации из предложенных, перевести введенное слово или текст в корректную и некорректную транскрипцию, с помощью которых возможно составить тесты, что может значительно упростить процесс контроля успеваемости у студентов и школьников, изучающих иностранный язык, в частности, английский. При порождении фраз порождающей грамматикой используются различные синтаксические формы, в частности, указание на параллельную замену подстрок (рис. 1). В перспективе на основе использования рекурсивных порождающих грамматик с привлечением семантических моделей языка можно более эффективно решать задачи порождения грамматически и семантически осмысленной речи. С другой стороны, на основе расширения традиционных порождающих грамматик можно повышать эффективность различных аспектов для более узких классов задач от генерации фонетической транскрипции до работы трансляторов языков программирования высокого уровня. Также необходимо добавить, что в основе предложенной модели лежит программа «Генератор классификаций», которая представляет собой визуализацию процесса работы порождающих грамматик в форме дерева вывода для некоторой части области знаний на уровне интерфейса пользователя. Такая схема вывода строится на базе правил, описывающей соответствующие релевантные классы объектов или их состояний и переходы между объектами / состояниями, известными в этой области, заданными наборами правил порождающих грамматик (рис. 2). Рис. 1. Пример генерации осмысленных фраз языка с параллельной заменой соответствующих друг другу подстрок в программе «Генератор транскрипций» Отметим, что предшествующие типы порождающих грамматик не всегда справляются с задачей учета более широкого контекста и нуждаются в увеличении качества генерируемых строк, а также в устранении недостаточного упорядочения внутренней структуры множеств правил. Необходимо учесть традиционное отсутствие их деления на классы или группы. Предлагается создание данного типа порождающих грамматик - рекурсивные порождающие грамматики, который позволит решать данный класс задач. Общеизвестно, что рекурсия заключается в принципе определения, описания или вычисления функции или набора правил, содержащего аналогичные структуры внутри самой этой функции, т. е. когда объект вызывает сам себя, точнее, аналогичный объект на другом этапе вычисления. Рис. 2. Пример действия программы «Генератор классификаций», модуль Recursive Grammars При этом сами правила порождающих грамматик, имеющих вид «подстрокаі» + «подстрока2» + ... + «подстрокап» ^ «подстрока^» + «подстрока^» + ... + «подстрока,,’», будут иметь следующие добавления в синтаксисе внутреннего описания правил, а именно, после любой строки может находиться команда вида: «строку» + «строкаі+1» + ... {название_базы_правил, глубина_генерации, количество_строк}. Приведем пример использования предлагаемого вида правил рекурсивной порождающей грамматики: «The» + «nice» + «girl» + «like» + + «-(e)s»{endings,4,2} + «to» + «dance» + «обстоятельство места». Результатом применения вложенного набора правил порождающей грамматики на втором уровне рекурсии будет строка вида «The» + «nice» + «girl» + «likes» + «to» + «dance» + + «обстоятельство места». Приведем второй пример синтаксиса правил порождающей грамматики рассматриваемого класса: «The» + _ «nice» + / «girl» + _ «модаль- ность»{modality,2,1} + / «dance» + «in» + «the» + «атрибут здания/организации» + \ «club». Результатом применения вложенного набора правил порождающей грамматики на втором уровне рекурсии будет строка вида «The» + _ «nice» + / «girl» + _ «starts» + >«-ing» + + / «dance» + «in» + «the» + «атрибут зда- ния/организации» + \ «club». И далее получаем строку вида: «The» + _ «nice» + / «girl» + _ «starts» + / «dance» «-ing»{endings,4,2} + «in» + «the» + «атрибут зда- ния/организации» + \ «club». Далее при применении правила базы правил endings получаем строку «The» + _ «nice» + / «girl» + _ «starts» + / «dancing» + «in» + «the» + «атрибут здания/организации» + \ «club» и далее получаем строку вида «The» + _ «nice» + / «girl» + _ «starts» + / «dancing» + + «in» + «the» + «youth» + \ «club» или «The» + _ «nice» + / «girl» + _ «starts» + / «dancing» + + «in» + «the» + «sport» + \ «club» и т. п. Фрагменты схемы алгоритмической реализации решения проблемы генерации фонетической транскрипции и разметки приводится ниже. На сегодняшнем этапе реализован первый этап построения генератора материалов (в частности, по методу И. Франка) а именно, программа генератор транскрипции [9]. Данная программа использует следующие базы данных: 1. Порождающие грамматики следующего вида: - русская транскрипция: и 'i жи zhi же zhe жа zha жо zho - английская транскрипция: ii ии ie И: io иОу iu иэ ei Еи ee и: ea и: Рис. 3. Алгоритм работы программы «Генератор транскрипции» Рис. 4. Алгоритм генерации практической транскрипции на основе правил 2. База неправильной транскрипции для составления тестов: ory ору ury уу ir ир er ер ar ар 3. База данных транскрипции слов (на 10 тыс. слов): state - стЕйт significant - сэгнИфикэнт Siberia - сайбИ:риэ Siberian - сайбИ:риэн Federal - фЕдэрэл research - рисЭ:ч neural - нйУ:рэл network - нЕтВэ:к net - нЕт В правилах порождающей грамматики слева стоит символ, который должен быть преобразован в символ, стоящий справа. Различные типы функций, реализующие различные принципы обработки строк, реализуются на основе обобщающих методов (рис. 3, 4), что упрощает работу по трансформации строк. На рис. 5 представлены рекурсивные уровни генерации строк естественного языка в форме деревьев состояний строки. В рамках данного исследования система генерации «леса» состояний генерируемой строки описывается моделью последовательного вызова правил определенного типа для конкретных уровней генерации с возможностью семантизации этих уровней. Данный подход является частью работы по формализации естественного языка с акцентом на его семантику и решение проблемы генерации осмысленной речи [10-15]. Стандартный подход к решению проблемы представления правил порождающих грамматик обычно сводится к использованию неупорядоченного множества записей базы правил, что дает возможность корректировать результаты генерации интуитивно, а не на основе систематизации представления более или менее качественного набора правил. Корреляция между степенью упорядоченности правил порождающей грамматики и процентным соотношением правильно генерируемых, транскрипционных и фонетических правил обусловлено фактором сложности и перепутанности логических соотношений в таких правилах. Таким образом, база правил лингвистического программного обеспечения может быть представлена в форме отдельных подмножеств, отладка которых по отдельности сокращает количество ошибок генерации системы в целом. Множества правил структурируются по смысловым категориям, например, фонетические, морфологические, грамматические, лексические и т. п. Рис. 5. Общая схема работы рекурсивных порождающих грамматик Необходимо отметить, что особенности, преимущества и потенциальные недостатки в работе системы рекурсивных порождающих грамматик должны быть зафиксированы, обработаны и интерпретированы на основе многочисленных экспериментов. Распределение правил по классам в зависимости от их функционального назначения должно обеспечить требуемые результаты для решения классов более сложных задач с учетом широкого структурированного контекста. Важным этапом работы по исследованию новых классов порождающих грамматик на основе упорядочения их множества и применения «командных» нетерминальных символов является решение конкретных лингвистических задач в качестве показательных примеров, дающих возможность осуществить отладку ошибок на множестве правил рекурсивных порождающих грамматик, устранить избыточность правил, использовать высокий уровень обобщения при их построении. Заключение. Таким образом, предложена модель системы рекурсивных порождающих грамматик для учебных целей. Предложены принципы синтаксического оформления, позволяющие реализовать базовый функционал данного типа порождающих грамматик, предложен алгоритм применения правил порождающих грамматик для построения интонационной разметки в отдельном слове, словосочетании, выражении, проведено обоснование алгоритмической реализации данного класса порождающих грамматик. Приведены примеры правил для системы генерации строк естественного языка с рекурсией, вызываемой командными нетерминальными символами порождающей грамматики. Генерация фонетической разметки является примером предметной области, в которой сложно получить требуемый результат с использованием только традиционных порождающих грамматик, включая контекстно-свободные порождающие грамматики, что подчеркивает актуальность заявленной темы. При создании программы на основе предложенной модели необходимо решить следующие проблемы: увеличение порождающей мощности, устранение недостатка внутренней структуры множеств правил, использование деления на классы или группы. Программа позволит генерировать интонационную разметку, что значительно упростит процесс изучения учащимися новых языков. Разрабатываемая программная система позволит обрабатывать большие объемы текста для их использования в качестве материалов к уроку по иностранному языку, самостоятельной работы и др. Данная система позволит решить задачи широкого круга пользователей, например, студентам - ликвидировать пробелы в знаниях по иностранному языку, в особенности в фонетике иностранного языка; изучить новый иностранный язык и говорить с правильной интонацией уже на первом занятии; преодолеть языковой барьер в изучении основ разговорного иностранного языка в высших учебных заведениях; позволит туристам, посещающим европейские страны, понять культуру и традиции другой страны, практиковать иностранный язык без долгого предварительного изучения правил, грамматики, лексики, фонетики, орфографии.

Об авторах

Дмитрий Викторович Личаргин

Сибирский федеральный университет Российская Федерация

Email: lichdv@hotmail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры разговорного иностранного языка 660074, г. Красноярск, ул. академика Киренского, 28

Анастасия Ивановна Трушакова

Сибирский федеральный университет Российская Федерация

Email: neizi@mail.ru
студентка, Институт космических и информационных технологий 660074, г. Красноярск, ул. академика Киренского, 28

Константин Владимирович Сафонов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: safonovkv@rambler.ru
доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой прикладной математики Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Елена Петровна Бачурина

Сибирский федеральный университет Российская Федерация

Email: hellenb@mail.ru
студентка, Институт космических и информационных технологий 660074, г. Красноярск, ул. академика Киренского, 28

Список литературы

Дополнительные файлы