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摘要
自然语言处理(Natural Language Processing,NLP)是一门融合了计算机科学、人工智能以及语言学的交叉学科。它们的关系如图 1-1 所示。这门学科研究的是如何通过机器学习等技术,让计算机学会处理人类语言,乃至实现终极目标——理解人类语言或人工智能。
1. 自然语言与编程语言
自然语言 | 自然语言示例 | 编程语言 | 编程语言示例 | |
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词汇量 | 词汇丰富,无穷无尽,几乎没有意义完全相同的词语。 | 《现代汉语常用词表(草案)》一共收录了 56008 个词条。 除此之外,我们还可以随时创造各种类型的新词,而不仅限于名词。 |
关键词数量是有限且确定的。 | C 语言一共有 32 个关键字; Java 语言一共有 50 个关键字。 |
结构化 | 非结构化 | 给定一句话 “苹果的创始人是乔布斯,它的 logo 是苹果”,计算机需要分析出如下结论:
|
结构化 | 编程语言中的类与成员、数据库中的表与字段,都可以通过明确的机制来读写。 |
歧义性 | 含有大量歧义 | 汉语中的多义词,只有在特定的上下文中才能确定其含义。 | 不存在歧义性 | 如果程序员无意中写了有歧义的代码,比如两个函数的签名一样,则会触发编译错误。 |
容错性 | 容错性强 | 一句话中错别字、病句、不规范的标点符号等错误的存在,人们还是可以猜出它想表达的意思。 | 容错性弱 | 必须保证拼写绝对正确、语法绝对规范,否则要么出现编译器的错误警告,要么造成潜在的 bug。 |
易变性 | 不断变化发展的,变化相对迅速嘈杂 | 自然语言不是由某个个人或组织发明或指定标准的。 我们每个人都可以自由创造和传播新词汇和新用法,也在不停地赋予旧词汇以新含义,导致古代汉语和现在汉语相差巨大。 汉语不断吸收英语和日语等外语中的词汇,并且也在输出 niubility 等中式英语。 |
变化缓慢温和 | 编程语言由某个个人或组织发明并且负责维护。语言标准的变化通常以年或季度为单位的迁越过程,且新版本大致做到了对旧版的兼容,只有少数废弃掉的特性。 |
简略性 | 简洁、干练 | “老地方见”,不必指出 “老地方” 在哪里。 使用 “工行”、“地税局” 等简称。 如果上文提出一个对象作为话题,则下文经常使用代词。 |
复杂、冗余 | 需要写很多很复杂的代码,才能完成一个功能项。 |
2. 自然语言处理的层次
2.1 语音、图像和文本
自然语言处理系统的输入源一共有 3 个,即语音、图像与文本。将语音和图像经过识别后转化为文本,就可以进行后续的 NLP 任务。
语音识别(Speech Recognition):将语音经过识别处理后转化为文本,再进行接下来的处理的过程,称为语音识别(Speech Recognition)。
图像识别(Optical Character Recognition):将图像经过识别处理后转化为文本,再进行接下来的处理的过程,称为图像识别(Optical Character Recognition)。
2.2 中文分词、词性标注和命名实体识别
中文分词:将文本分割为有意义的词语。
词性标注:确定每个词语的类别和浅层的歧义消除。
命名实体识别:识别出一些较长的专有名词。
词法分析:中文分词、词性标注、命名实体识别 3 个任务都是围绕词语进行的,统称为词法分析。词法分析的主要任务是将文本分割为有意义的词语(中文分词),确定每个词语的类别和浅层的歧义消除(词性标注),并且识别出一些较长的专有名词(命名实体识别)。
2.3 信息抽取
词法分析之后,文本已经呈现出部分结构化的趋势,根据分析出来的单词列表和附有自己词性及其他标签的单词,抽取出一部分有用的信息(高频词、关键词、公司名词、专业术语等),也可以根据词语之间的统计学信息抽取出更大颗粒度的文本(关键短语、句子)。
2.4 文本分类和文本聚类
文本分类:把许多文档分门别类地整理出来(知道一段话是褒义还是贬义的;判断一封邮件是否是垃圾邮件),此时的 NLP 任务称为文本分类。
文本聚类:把相似的文本归档到一起,或者排除重复的文档,而不关心具体类别,此时的 NLP 任务称作文本聚类。
2.5 句法分析
以 “查询刘医生主治的内科病人” 这句话为例,句法分析结果如图 1-3 所示。
n:名词;nr:人名;v:动词;vn:;
句法分析应用场景:问答系统、搜索引擎、基于短语的机器翻译,给译文的词语重新排序(中文 “我吃苹果” 翻译为日文则是 “私は(我)りんごを(苹果)食べる(吃)”)。
2.6 语义分析和篇章分析
词义消歧:确定一个词在语境中的含义,而不是简单的词性。
语义角色标注:标注句子中的谓语与其他成分的关系。
语义依存分析:分析句子中词语之间的语义关系。
相较于句法分析,语义分析侧重语义而非语法。它包含词义消歧(确定一个词在语境中的含义,而不是简单的词性)、语义角色标注(标注句子中的谓语与其他成分的关系)、语义依存分析(分析句子中词语之间的语义关系)。
2.7 其他高级任务
- 自动问答,根据知识库或文本中的信息直接回答一个问题,比如微软的 Cortana 和苹果的 Siri。
- 自动摘要,为一篇长文档生成简短的摘要。
- 机器翻译,将一句话从一种语言翻译到另一种语言。
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