Sistemi basati su conoscenza Comunicazione basata sul linguaggio

Sistemi basati su conoscenza Comunicazione basata sul linguaggio naturale (grammatica, semantica) Prof. M. T. PAZIENZA a. a. 2004 -2005

Comunicazione La comunicazione è lo scambio intenzionale di informazioni effettuato attraverso la produzione e percezione di segni presi da un sistema condiviso di segni convenzionali Linguaggio = sistema complesso e strutturato di segni per la comunicazione Il linguaggio umano/naturale è altamente codificato e copre un numero infinito di istanze di comunicazione

Linguaggio Parola qualsiasi tipo di segno comunicativo convenzionale Parlante chi attiva la comunicazione Ascoltatore chi riceve la comunicazione Enunciato valore della comunicazione

Linguaggio per comunicare Gli umani comunicano attraverso il linguaggio “naturale” scritto o parlato. Le frasi (programmi) in un linguaggio “artificiale” hanno una struttura rigida (o sintassi) che rende semplice per un compilatore analizzare (to parse) i programmi e convertirli in sequenze note di istruzioni macchina.

Linguaggio per comunicare L’uso delle frasi in un linguaggio artificiale è limitato sia nella variabilità della struttura (sintassi definita da una grammatica) che nel numero dei significati ad esse associabili.

Linguaggio per comunicare 1. Atti linguistici per trasferire informazione all’ascoltatore 2. Atti linguistici per far agire l’ascoltatore

Linguaggio per comunicare Pianificazione • Decidere quale atto linguistico attivare e quando per raggiungere l’obiettivo di comunicare una determinata informazione ad un ascoltatore • Nondeterminismo degli atti linguistici

Linguaggio per comunicare Comprensione degli atti linguistici La sintassi e la semantica determinano la comprensione di un atto linguistico

Linguaggio per comunicare “Comprendere”, capire il significato di una frase, sembra essere l’aspetto rilevante della comunicazione. Alla comprensione seguono tutte le altre attività legate al linguaggio naturale, quali: scrivere, rispondere, parafrasare, tradurre, … Ma la natura del comprendere è di per sé un problema di difficile formulazione. Il linguaggio naturale è una attività cognitiva complessa che prevede la conoscenza: della struttura della frase, del significato delle parole, del modello mentale dell’ascoltatore, delle regole della conversazione, oltre ad una estesa e condivisa quantità di informazioni generali sul mondo.

Linguaggio per comunicare Inizialmente il linguaggio naturale fu oggetto di studi e ricerche nell’intento di capire meglio gli approcci mentali sottostanti e la natura dell’ ”intelligenza” (approcci cognitivi) L’interesse attuale è verso i sistemi per l’elaborazione dell’informazione nell’intento di sviluppare sistemi conoscenza linguistica e capaci di supportare applicazioni tecnologicamente avanzate (ingegneria del linguaggio naturale).

Grammatiche La grammatica di un linguaggio è uno schema per specificare le frasi valide in quel linguaggio; fornisce le regole sintattiche per combinare le parole in frasi ben formate e clausole. Ottenere la copertura totale di una grammatica per il linguaggio naturale è difficile

Comprensione di atti linguistici Grammatiche basate sulla struttura di frase (stringhe composte da sottostringhe o sintagmi) S-> NP VP Categorizzazione dei sintagmi esempi: Sintagmi nominali, NP, Noun Phrase Sintagmi verbali, VP, Verb Phrase Sintagmi preposizionali, PP, Prepositional Phrase I sintagmi sono dei link tra grammatica e semantica.

Grammatiche Una grammatica o sintassi G è definita da: V alfabeto di simboli terminali (o vocabolario) N alfabeto di simboli non terminali (o categorie sintattiche) P insieme finito di regole di produzione sintattiche del tipo dove ed S assioma o simbolo iniziale G (V, N, P, S)

Esempio V= il, lo, gatto, topo, sasso, mangia, beve N= <frase>, <sogg>, <verbo>, <comp-ogg>, <art>, <nome> S=<frase> P: <frase>: : =<sogg><verbo><comp-ogg> <sogg>: : =<art><nome> < comp-ogg >: : =< art><nome> <art>: : = il lo <nome>: : = gatto topo sasso <verbo>: : = mangia beve

Parsing Il parsing permette di “delinearizzare” l’input linguistico, ovvero l’uso di regole grammaticali ed altre sorgenti di conoscenza permette di determinare le funzioni delle parole nella frase (una stringa lineare di parole) per creare una struttura dati più complessa – un albero di derivazione-. Tale struttura rappresenta alcune delle possibili relazioni esistenti tra le parole nella frase (es. l’aggettivo modifica il nome, che è l’oggetto di una frase preposizionale, …) e può anche essere usata per ottenere il “significato” della frase.

Parsing Il disegno di un parser concerne: 1. La specificazione della grammatica da usare 2. Il metodo per usare la grammatica, ovvero come analizzare le stringhe di parole rispetto alle regole grammaticali

Parsing: processo di assegnazione di una parte del discorso (nome, verbo, …) ad ogni parola di una frase ed al raggruppamento di parole in sintagmi (albero di analisi o sintattico) Un albero sintattico è un albero in cui i nodi interni rappresentano sintagmi, gli archi rappresentano l’applicazione di regole grammaticali e le foglie rappresentano parole.

<frase> <sogg> <art> <nome> il gatto Esempio di albero sintattico <verbo> mangia <comp-ogg> <art> il <nome> topo

Modelli di comunicazione Messaggio codificato 1 - Il parlante ha in mente una proposizione P 2 - Il parlante codifica la proposizione in segni W 3 - L’ascoltatore tenta di decodificare il messaggio W per ricostruire la proposizione P Si ipotizza di mantenere la stessa interpretazione ai tre livelli

Processi della comunicazione Intenzione Generazione Sintesi Percezione Analisi S vuole che H creda P S sceglie le parole W S emette le parole W H percepisce W’ H inferisce che W’ ha vari significati Pi Disambiguazione H inferisce che S intendeva affermare Pi Assimilazione H decide di credere Pi

Processi della comunicazione

Processi della comunicazione Interpretazione semantica: processo di estrazione del significato da un enunciato di un particolare linguaggio; associazione di significati a stringhe in isolamento (now); possibile ambiguità degli enunciati Interpretazione pragmatica: associazione di significati ad enunciati e fatti in contesti specifici (S 3); rappresentazione della situazione corrente

Linguaggio per comunicare Si usa il linguaggio per comunicare se e solo se gli agenti coinvolti nella comunicazione: • Condividono la conoscenza di un linguaggio • Condividono la conoscenza del contesto della conversazione • Sono razionali e quindi la loro reazione ad un atto linguistico è prevedibile

Modelli di comunicazione Modello del linguaggio situato Il significato di un messaggio dipende sia dalle parole che dalla situazione in cui le parole sono emesse le stesse parole (strutture di) assumono significati diversi in contesti diversi (es: sono qui, leggi questo libro. Il “valore” di qui, questo, cambiano con il tempo ed il luogo)

Comunicazione con Tell e Ask Agenti che condividono lo stesso linguaggio di rappresentazione interna e i simboli usati. (problema della condivisione della denominazione dei simboli e delle relazioni tra simboli) possono accedere alle basi di conoscenza degli altri nello stesso modo che alla propria (tramite la Tell per inviare una proposizione e tramite la Ask per verificarne la conoscenza) (problema dell’aggiornamento delle Bdc) Comunicazione telepatica

Comunicazione con Tell e Ask

Comunicazione tramite il linguaggio Condivisione del linguaggio di comunicazione (ed, al più, del linguaggio interno ma non della Bdc) Traduzione da linguaggio esterno a linguaggio interno Problema di riconciliare le differenze tra le basi di conoscenza interne degli agenti

Comunicazione tramite il linguaggio

Linguaggio Naturale Necessità di definire una grammatica formale • Dinamicità della lingua • Non grammaticalità di alcune espressioni • Comprensibilità del messaggio anche se scorretto formalmente I linguaggi formali sono assunti essere adatti a gestire i linguaggi naturali, ma con molti limiti e problemi

Linguaggio Naturale • Definiamo lessico l’insieme delle parole ammissibili del vocabolario della lingua • Le parole sono raggruppate in categorie o parti del discorso (nome, articolo, pronome, verbo, …) • Classi aperte (nomi, verbi, aggettivi) • Classi chiuse (pronomi, avverbi, articoli, preposizioni, congiunzioni)

Grammatica del linguaggio Regole • S-> NP VP S congiunzione S • NP -> Pronome Sostantivo Articolo Sostantivo Cifra NP PP NP Rel. Clause • VP-> Verbo VP NP VP Aggettivo VP PP VP Avverbio • PP -> Preposizione NP • Rel. Clause -> that VP

Analisi sintattica • Ricostruzione della struttura della frase di un enunciato, data una grammatica • Foresta di analisi: lista ordinata di Alberi di analisi • Algoritmi di parsing: approccio top-down e bottom-up

Analisi di un enunciato

Descrivere grammatiche BNF (problemi) • Descrive stringhe (senza significato) • Descrive grammatiche libere da contesto S->NP VP Sostantivo-> odore … … …

Grammatica logica Logica del primo ordine • Gestisce “stringhe con significato” • Ogni nonterminale diventa predicato unario vero per stringhe che sono sintagmi di quella categoria

Grammatiche a clausole definite DCG Una grammatica logica permette inferenze non limitate (quindi approccio risolutivo costoso, necessaria una limitazione) Nelle grammatiche a clausole definite (DCG) ogni formula deve essere una clausola definita (in forma di Horn ha un solo atomo come conseguente e un atomo o una congiunzione di zero o più atomi come antecedente) Con il formalismo DCG una grammatica è definita in termini di logica del primo ordine

Grammatiche a clausole definite DCG Sul lato sinistro un singolo nonterminale (aumentato o meno) Sul lato destro di una regola: • I simboli nonterminali possono essere aumentati con argomenti (semantica) in più NP(s, sem) • Una variabile può apparire sul lato destro di una regola DCG • Un test logico tra graffe può apparire sul lato destro di una regola.

Grammatiche Se non si distinguono i casi (ruoli sintat. e concord. ) le grammatiche possono generare anche frasi sgrammaticate (overgenerazione) Es. Io dare te la penne Non è vero che qualunque NP si combina con qualunque VP e questo con qualunque PP in qualsiasi ordine L’introduzione di nuove regole che considerino i casi farebbe esplodere (nel numero) le grammatiche

Grammatiche aumentate 1. Parametrizzare le regole ed aggiungere delle variabili permette di mantenere cost. il num. di regole di una grammatica (costo computazionale) e risolve anche il problema delle concordanze. Esempio S->NP(nominativo) VP …. 2. Sottogategorizzare i verbi Esempio PP->Preposizione NP(accusativo)

Sottocategorizzazione verbale Analisi dei complementi (sintagmi obbligatori che seguono un verbo all’interno del sintagma verbale) • Lista di sottocategorizzazione (lista di categorie che il verbo accetta prioritariamente e che lo caratterizzano) • Aggiunti (sintagmi non dominati del verbo: spazio e tempo) E’ possibile che un verbo abbia più di una lista di sottocategorizzazione / E’ possibile che un sostantivo abbia più di una categoria

Sottocategorizzazioni verbali

Sottocategorizzazioni verbali Aumentare la catergoria VP con un appropriato argomento di sottocategorizzazione (complementi necessari a formare un VP completo) VP(sottocat)-> VP([NP!sottocat]) NP(accusativo) !VP([Aggettivo!sottocat])Aggettivo !VP([PP!sottocat]) PP !Verbo(sottocat)[]

Sottocategorizzazioni verbali

Semantica dei linguaggi formali Semantica composizionale La semantica di un qualsiasi sintagma è funzione della semantica dei suoi sottosintagmi (esempio, in aritmetica se conosciamo il significato di X, Y, +, allora conosciamo il significato di X+Y)

Semantica dei linguaggi naturali • Il significato delle parole (e dei sintagmi) non dipende in maniera composizionale dal contesto circostante • E’ possibile avere più interpretazioni semantiche corrette di una stessa locuzione • Necessità di effettuare una disambiguazione, ovvero una scelta tra le possibili interpretazioni semantiche

Ambiguità lessicale • Si ha ambiguità lessicale nel caso in cui una parola abbia più di un significato. • L’ambiguità lessicale può essere trasversale rispetto alle categorie (es. piano)

Ambiguità sintattica (o strutturale) • L’ambiguità sintattica può essere presente con o senza ambiguità lessicale “La vecchia porta la sbarra” Le ambiguità lessicale e sintattica portano all’ambiguità semantica

Ambiguità semantica Una forma di ambiguità semantica è data dall’ambiguità dei riferimenti (ad esempio anaforici) Egli urlava per avere a tutti i costi un pallone. Lo spinsi fuori dalla porta

Albero di analisi (espressioni aritmetiche)

Albero di analisi

Interpretazione pragmatica Spesso è necessario completare l’interpretazione con informazioni relative: 1) alla situazione corrente; tale informazione non è composizionale e dipende dal contesto (es: riferimenti a soggetti sottintesi, ad avverbi temporali e spaziali, …) 2) ad oggetti citati precedentemente nel testo (anafora) Es. 1 Dopo la proposta di Mario a Maria, hanno cercato un prete e si sono sposati. In luna di miele sono andati a Parigi. 2. Giovanni ama Maria, ma lei non ricambia il suo sentimento.

Interpretazione pragmatica L’interpretazione pragmatica prende in considerazione la situazione corrente per determinare l’effetto di un enunciato in un determinato contesto

Disambiguazione Per disambiguare una frase è necessario disporre del modello del parlante e dell’ascoltatore, oltre a conoscere il contesto. • Modello del mondo • Mondo mentale • Modello linguistico La disambiguazione è il processo in base a cui si decide quale delle possibili interpretazioni è quella intesa dal parlante