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依存句法分析总结

由 杀马特。学长 韩版系。学妹 提交于 2020-04-29 15:52:13

1. 基本概念

依存句法分析（Dependency Parsing，DP）通过分析语言单位内成分之间的依存关系，揭示其句法结构。直观来讲，就是分析句子中的“主谓宾”、“定状补”这些语法成分，并分析各成分的关系。对句法结构进行分析，一方面是语言理解的自身需求，句法分析是语言理解的基础，另外一方面，句法分析也为其他自然语言处理任务提供支持。比如：句法驱动的统计机器翻译需要对源语言或目标语言进行句法分析。

1.1 谓词

依存句法认为“谓词”中的动词是一个句子的核心，其他成分与动词直接或者间接的产生联系。

1.2 依存理论

依存理论中，“依存”指的是词与词之间处于支配与被支配的关系，这种关系具有方向性。处于支配地位的词称之为支配者（head），处于被支配地位的成分称之为从属者（dependency）。

依存语法存在一个基本假设，句法分析核心是词与词的依存关系，一个依存关系连接两个词：head和dependency。依存关系可以细分为不同类型，表示具体的两个词的依存关系。

1.3 依存关系
关系类型 Tag Description Example
主谓关系 SBV subject-verb 我送她一束花 (我 <– 送)
动宾关系 VOB 直接宾语，verb-object 我送她一束花 (送 –> 花)
间宾关系 IOB 间接宾语，indirect-object 我送她一束花 (送 –> 她)
前置宾语 FOB 前置宾语，fronting-object 他什么书都读 (书 <– 读)
兼语 DBL double 他请我吃饭 (请 –> 我)
定中关系 ATT attribute 红苹果 (红 <– 苹果)
状中结构 ADV adverbial 非常美丽 (非常 <– 美丽)
动补结构 CMP complement 做完了作业 (做 –> 完)
并列关系 COO coordinate 大山和大海 (大山 –> 大海)
介宾关系 POB preposition-object 在贸易区内 (在 –> 内)
左附加关系 LAD left adjunct 大山和大海 (和 <– 大海)
右附加关系 RAD right adjunct 孩子们 (孩子 –> 们)
独立结构 IS independent structure 两个单句在结构上彼此独立
核心关系 HED head 指整个句子的核心

2. 基本方法

  • 基于转移的方法

    基于转移的方法通过shift-reduce两个基本动作，将序列转为树结构。首先用一个 buffer 来存储所有未处理的输入句子，并用一个栈来存储当前的分析状态。动作可以分为：

    1. shift，即将 buffer 中的一个词移到栈中；
    2. l e f t _ a r c ( x ) left\_arc(x) left_arc(x)，即栈顶两个词 a,b 为 a<-b 的依赖关系，关系种类为 x；
    3. r i g h t _ a r c ( x ) right\_arc(x) right_arc(x)，即栈顶两个词 a,b 为 a->b 的依赖关系，关系种类为 x。后两种动作为 reduce 动作。

    目前，基于转移的方法最好模型是stack lstm。 通过三个 LSTM 来分别建模栈状态、待输入序列和动作序列。 其中因为栈需要入栈和出栈，因此作者提出了一个 Stack LSTM 来建模栈状态。

在这里插入图片描述

论文地址： https://arxiv.org/pdf/1505.08075.pdf

  • 基于图的方法

    目前的依存句法分析中，最流行的方法是基于图的方法经典的方法是 Biaffine 模型。直接用神经网络来预测每两个词之间存在依存关系的概率，这样我们就得到一个全连接图，图上每个边代表了节点 a 指向节点 b 的概率。然后使用MST等方法来来将图转换为一棵树。

    Biaffine 模型其实和我们目前全连接自注意力模型非常类似。Biaffine 模型十分简单，并且容易理解，并且在很多数据集上都取得了目前最好的结果。

在这里插入图片描述

论文地址：https://arxiv.org/pdf/1611.01734.pdf

  • 联合模型(深度学习)

    1. 词性标注&句法分析

      联合词性标注和句法分析的模型有很多，可以是基于转移的方法，也可以是基于图的方法，这里介绍一个简单思路。首先利用lstm来预测词性，然后联合词性信息和词信息一起用另外一个lstm来建模，并用Biaffine模型来做句法分析。

在这里插入图片描述

论文地址： https://arxiv.org/pdf/1807.03955.pdf

  1. 中文分词&句法分析

    中文的句法分析是基于词级别的，所以在句法分析之前，会做分词。为了避免流水线模式的错误积累，很容易想到的就是分词和词法分析联合建模。

    这里主要介绍一下邱希鹏教授实验室提出的模型：joint CWS。

在这里插入图片描述

其中两个关键点：

  • biaffine parsing
  • ‘app’ 作为特殊的依赖关系

其实方法很简单，只需要将词内部的字之间加上一个特殊的依赖关系“app”，然后将词级别的依存关系转换为字级别的依存关系。并且用 biaffine 模型来进行同时预测。

论文地址：https://arxiv.org/pdf/1904.04697.pdf

3. 常用工具

https://www.jianshu.com/p/867bd48cd9ad

3.1 LTP

  1. 安装

    pip install pyltp

  2. 下载数据包

    ltp_data_v3.4.0： 链接: https://pan.baidu.com/s/1aDrb95ylZHoTPKJY6K1Slw 密码: ehe2

  3. 测试代码

    from pyltp import Parser, Postagger, Segmentor

text = 'HanLP是一系列模型与算法组成的自然语言处理工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用。'

# 分词
segmentor = Segmentor()
segmentor.load("/home/sunshine/datasets/other/ltp_data_v3.4.0/cws.model")
tokens = segmentor.segment(text)

# 词性
postagger = Postagger()
postagger.load('/home/sunshine/datasets/other/ltp_data_v3.4.0/pos.model')
postags = postagger.postag(tokens)

# 依存句法分析
parser = Parser()
parser.load('/home/sunshine/datasets/other/ltp_data_v3.4.0/parser.model')
arcs = parser.parse(tokens, postags)

i = 1
result = zip(tokens, postags, arcs)
for item in result:
    print(i, item[0], item[1], item[2].head, item[2].relation)
    i += 1

    1 HanLP ws 2 SBV
2 是 v 0 HED
3 一 m 4 ATT
4 系列 q 5 ATT
5 模型 n 8 SBV
6 与 c 7 LAD
7 算法 n 5 COO
8 组成 v 12 ATT
9 的 u 8 RAD
10 自然 n 11 ATT
11 语言 n 12 SBV
12 处理 v 2 VOB
13 工具包 n 12 VOB
14 ， wp 2 WP
15 目标 n 16 SBV
16 是 v 2 COO
17 普及 v 16 VOB
18 自然 n 19 ATT
19 语言 n 20 ATT
20 处理 v 17 VOB
21 在 p 26 ATT
22 生产 v 23 ATT
23 环境 n 24 ATT
24 中 nd 21 POB
25 的 u 21 RAD
26 应用 v 20 VOB
27 。 wp 2 WP
3.2 stanfordNLP
3.2.1 StanordCoreNLP

Github地址：https://github.com/Lynten/stanford-corenlp

官网：https://stanfordnlp.github.io/CoreNLP/

  1. 安装

    pip install stanfordcorenlp

  2. 安装java环境（略）

  3. 下载数据包

    链接: https://pan.baidu.com/s/1kD3gaxVwvxZGaEN3EDedvA 提取码: m72n

    数据包下载之后，解压stanford-corenlp-full-2018-02-27.zip，将stanford-chinese-corenlp-2018-02-27-models.jar拷贝至stanford-corenlp-full-2018-02-27.zip解压目录。

  4. 测试代码

    from stanfordcorenlp import StanfordCoreNLP
text = 'HanLP是一系列模型与算法组成的自然语言处理工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用。'
nlp = StanfordCoreNLP("/home/sunshine/datasets/other/standfordCoreNLP/stanford-corenlp-full-2018-02-27", lang='zh')
tokens = nlp.word_tokenize(text)
postags = nlp.pos_tag(text)
result = nlp.dependency_parse(text)
i = 1
for item in zip(tokens, postags, result):
    print(i, item[0], item[1][1], item[2][1], item[2][2])
    i += 1

    1 HanLP NR 0 12
2 是 VC 12 1
3 一 CD 12 2
4 系列 M 11 3
5 模型 NN 3 4
6 与 CC 7 5
7 算法 NN 7 6
8 组成 VV 8 7
9 的 DEC 11 8
10 自然 NN 8 9
11 语言 NN 11 10
12 处理 VV 12 11
13 工具包 NN 12 13
14 ， PU 12 14
15 目标 NN 17 15
16 是 VC 17 16
17 普及 VV 12 17
18 自然 NN 19 18
19 语言 NN 17 19
20 处理 VV 17 20
21 在 P 23 21
22 生产 NN 23 22
23 环境 NN 26 23
24 中 LC 23 24
25 的 DEG 23 25
26 应用 NN 20 26
27 。 PU 12 27

  5. 依存句法解释

    > > ROOT：要处理文本的语句
> > IP：简单从句
> > NP：名词短语
> > VP：动词短语
> > PU：断句符，通常是句号、问号、感叹号等标点符号
> > LCP：方位词短语
> > PP：介词短语
> > CP：由‘的’构成的表示修饰性关系的短语
> > DNP：由‘的’构成的表示所属关系的短语
> > ADVP：副词短语
> > ADJP：形容词短语
> > DP：限定词短语
> > QP：量词短语
> > NN：常用名词
> > NR：固有名词
> > NT：时间名词
> > PN：代词
> > VV：动词
> > VC：是
> > CC：表示连词
> > VE：有
> > VA：表语形容词
> > AS：内容标记（如：了）
> > VRD：动补复合词
> > CD: 表示基数词
> > DT: determiner 表示限定词
> > EX: existential there 存在句
> > FW: foreign word 外来词
> > IN: preposition or conjunction, subordinating 介词或从属连词
> > JJ: adjective or numeral, ordinal 形容词或序数词
> > JJR: adjective, comparative 形容词比较级
> > JJS: adjective, superlative 形容词最高级
> > LS: list item marker 列表标识
> > MD: modal auxiliary 情态助动词
> > PDT: pre-determiner 前位限定词
> > POS: genitive marker 所有格标记
> > PRP: pronoun, personal 人称代词
> > RB: adverb 副词
> > RBR: adverb, comparative 副词比较级
> > RBS: adverb, superlative 副词最高级
> > RP: particle 小品词
> > SYM: symbol 符号
> > TO:”to” as preposition or infinitive marker 作为介词或不定式标记
> > WDT: WH-determiner WH限定词
> > WP: WH-pronoun WH代词
> > WP$: WH-pronoun, possessive WH所有格代词
> > WRB:Wh-adverb WH副词
> > 
> > 关系表示
> > abbrev: abbreviation modifier，缩写
> > acomp: adjectival complement，形容词的补充；
> > advcl : adverbial clause modifier，状语从句修饰词
> > advmod: adverbial modifier状语
> > agent: agent，代理，一般有by的时候会出现这个
> > amod: adjectival modifier形容词
> > appos: appositional modifier,同位词
> > attr: attributive，属性
> > aux: auxiliary，非主要动词和助词，如BE,HAVE SHOULD/COULD等到
> > auxpass: passive auxiliary 被动词
> > cc: coordination，并列关系，一般取第一个词
> > ccomp: clausal complement从句补充
> > complm: complementizer，引导从句的词好重聚中的主要动词
> > conj : conjunct，连接两个并列的词。
> > cop: copula。系动词（如be,seem,appear等），（命题主词与谓词间的）连系
> > csubj : clausal subject，从主关系
> > csubjpass: clausal passive subject 主从被动关系
> > dep: dependent依赖关系
> > det: determiner决定词，如冠词等
> > dobj : direct object直接宾语
> > expl: expletive，主要是抓取there
> > infmod: infinitival modifier，动词不定式
> > iobj : indirect object，非直接宾语，也就是所以的间接宾语；
> > mark: marker，主要出现在有“that” or “whether”“because”, “when”,
> > mwe: multi-word expression，多个词的表示
> > neg: negation modifier否定词
> > nn: noun compound modifier名词组合形式
> > npadvmod: noun phrase as adverbial modifier名词作状语
> > nsubj : nominal subject，名词主语
> > nsubjpass: passive nominal subject，被动的名词主语
> > num: numeric modifier，数值修饰
> > number: element of compound number，组合数字
> > parataxis: parataxis: parataxis，并列关系
> > partmod: participial modifier动词形式的修饰
> > pcomp: prepositional complement，介词补充
> > pobj : object of a preposition，介词的宾语
> > poss: possession modifier，所有形式，所有格，所属
> > possessive: possessive modifier，这个表示所有者和那个’S的关系
> > preconj : preconjunct，常常是出现在 “either”, “both”, “neither”的情况下
> > predet: predeterminer，前缀决定，常常是表示所有
> > prep: prepositional modifier
> > prepc: prepositional clausal modifier
> > prt: phrasal verb particle，动词短语
> > punct: punctuation，这个很少见，但是保留下来了，结果当中不会出现这个
> > purpcl : purpose clause modifier，目的从句
> > quantmod: quantifier phrase modifier，数量短语
> > rcmod: relative clause modifier相关关系
> > ref : referent，指示物，指代
> > rel : relative
> > root: root，最重要的词，从它开始，根节点
> > tmod: temporal modifier
> > xcomp: open clausal complement
> > xsubj : controlling subject 掌控者
> > 中心语为谓词
> > subj — 主语
> > nsubj — 名词性主语（nominal subject） （同步，建设）
> > top — 主题（topic） （是，建筑）
> > npsubj — 被动型主语（nominal passive subject），专指由“被”引导的被动句中的主语，一般是谓词语义上的受事 （称作，镍）
> > csubj — 从句主语（clausal subject），中文不存在
> > xsubj — x主语，一般是一个主语下面含多个从句 （完善，有些）
> > 中心语为谓词或介词
> > obj — 宾语
> > dobj — 直接宾语 （颁布，文件）
> > iobj — 间接宾语（indirect object），基本不存在
> > range — 间接宾语为数量词，又称为与格 （成交，元）
> > pobj — 介词宾语 （根据，要求）
> > lobj — 时间介词 （来，近年）
> > 中心语为谓词
> > comp — 补语
> > ccomp — 从句补语，一般由两个动词构成，中心语引导后一个动词所在的从句(IP) （出现，纳入）
> > xcomp — x从句补语（xclausal complement），不存在
> > acomp — 形容词补语（adjectival complement）
> > tcomp — 时间补语（temporal complement） （遇到，以前）
> > lccomp — 位置补语（localizer complement） （占，以上）
> > — 结果补语（resultative complement）
> > 中心语为名词
> > mod — 修饰语（modifier）
> > pass — 被动修饰（passive）
> > tmod — 时间修饰（temporal modifier）
> > rcmod — 关系从句修饰（relative clause modifier） （问题，遇到）
> > numod — 数量修饰（numeric modifier） （规定，若干）
> > ornmod — 序数修饰（numeric modifier）
> > clf — 类别修饰（classifier modifier） （文件，件）
> > nmod — 复合名词修饰（noun compound modifier） （浦东，上海）
> > amod — 形容词修饰（adjetive modifier） （情况，新）
> > advmod — 副词修饰（adverbial modifier） （做到，基本）
> > vmod — 动词修饰（verb modifier，participle modifier）
> > prnmod — 插入词修饰（parenthetical modifier）
> > neg — 不定修饰（negative modifier） (遇到，不)
> > det — 限定词修饰（determiner modifier） （活动，这些）
> > possm — 所属标记（possessive marker），NP
> > poss — 所属修饰（possessive modifier），NP
> > dvpm — DVP标记（dvp marker），DVP （简单，的）
> > dvpmod — DVP修饰（dvp modifier），DVP （采取，简单）
> > assm — 关联标记（associative marker），DNP （开发，的）
> > assmod — 关联修饰（associative modifier），NP|QP （教训，特区）
> > prep — 介词修饰（prepositional modifier） NP|VP|IP（采取，对）
> > clmod — 从句修饰（clause modifier） （因为，开始）
> > plmod — 介词性地点修饰（prepositional localizer modifier） （在，上）
> > asp — 时态标词（aspect marker） （做到，了）
> > partmod– 分词修饰（participial modifier） 不存在
> > etc — 等关系（etc） （办法，等）
> > 中心语为实词
> > conj — 联合(conjunct)
> > cop — 系动(copula) 双指助动词？？？？
> > cc — 连接(coordination)，指中心词与连词 （开发，与）
> > 其它
> > attr — 属性关系 （是，工程）
> > cordmod– 并列联合动词（coordinated verb compound） （颁布，实行）
> > mmod — 情态动词（modal verb） （得到，能）
> > ba — 把字关系
> > tclaus — 时间从句 （以后，积累）
> > — semantic dependent
> > cpm — 补语化成分（complementizer），一般指“的”引导的CP （振兴，的）
> > ```
> ```
3.2.2 stanza

github: https://github.com/stanfordnlp/stanza

stanza同样是stanford发布的版本。

  1. 安装

    pip install stanza

  2. 下载模型

    import stanza
stanza.download('zh')

    我这里提供一份中文的模型包供大家下载。

    链接: https://pan.baidu.com/s/1hb9ATqpOGC9sHBHZ2hNdeg 提取码: fqdm

  3. 测试代码

    import stanza
nlp = stanza.Pipeline('zh') # This sets up a default neural pipeline in English
doc = nlp("HanLP是一系列模型与算法组成的自然语言处理工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用。")
doc.sentences[0].print_dependencies()

    ('HanLP', '14', 'nsubj')
('是', '14', 'cop')
('一', '4', 'nummod')
('系列', '5', 'clf')
('模型', '8', 'nsubj')
('与', '7', 'cc')
('算法', '5', 'conj')
('组成', '14', 'acl:relcl')
('的', '8', 'mark:relcl')
('自然', '12', 'nmod')
('语言', '12', 'compound')
('处', '13', 'nmod')
('理工', '14', 'nsubj')
('具包', '0', 'root')
('，', '14', 'punct')
('目标', '17', 'nsubj')
('是', '14', 'parataxis')
('普及', '17', 'xcomp')
('自然', '20', 'nmod')
('语言', '21', 'nsubj')
('处理', '18', 'ccomp')
('在', '27', 'det')
('生产', '24', 'nmod')
('环境', '22', 'nmod')
('中', '24', 'acl')
('的', '22', 'case:dec')
('应用', '18', 'obj')
('。', '14', 'punct')
3.3 HaNLP

官网：http://hanlp.linrunsoft.com/

在线演示：http://hanlp.com/

3.3.1 pyhanlp(hanlp1.x)

Github地址：https://github.com/hankcs/pyhanlp

  1. 安装

    pip install pyhanlp

  2. 下载数据包

    data：链接: https://pan.baidu.com/s/169Fgb6vhfsx10O2xEomY1Q 提取码: r4zv

    将下载的数据包解压至%python_lib%/site-packages/pyhanlp/static文件夹。我这里提供的是1.7.5版本，同样支持1.7.7版本的pyhanlp。

    默认会自动下载相关的jar包。

  3. 测试代码

    from pyhanlp import HanLP
    print(HanLP.parseDependency("HanLP是一系列模型与算法组成的自然语言处理工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用"))

    1	HanLP	HanLP	ws	nx	_	2	主谓关系	_	_
2	是	是	v	v	_	0	核心关系	_	_
3	一系列	一系列	n	n	_	4	定中关系	_	_
4	模型	模型	n	n	_	7	主谓关系	_	_
5	与	与	p	p	_	7	状中结构	_	_
6	算法	算法	n	n	_	5	介宾关系	_	_
7	组成	组成	v	v	_	10	定中关系	_	_
8	的	的	u	u	_	7	右附加关系	_	_
9	自然语言处理	自然语言处理	nz	nz	_	10	定中关系	_	_
10	工具包	工具包	n	n	_	2	动宾关系	_	_
11	，	，	wp	w	_	2	标点符号	_	_
12	目标	目标	n	n	_	13	主谓关系	_	_
13	是	是	v	v	_	2	并列关系	_	_
14	普及	普及	v	v	_	13	动宾关系	_	_
15	自然语言处理	自然语言处理	nz	nz	_	19	主谓关系	_	_
16	在	在	p	p	_	19	状中结构	_	_
17	生产环境	生产环境	n	n	_	16	介宾关系	_	_
18	中的	中的	v	v	_	19	状中结构	_	_
19	应用	应用	v	vn	_	14	动宾关系	_	_
3.3.2 hanlp2.0

  1. 安装

    pip install hanlp

    hanlp2.0是基于tensorflow2.1训练的网络模型，线上提供了很多训练好的预训练模型，问题在于基本上不可能自动下载成功，需要手动下载模型并存放到相应的位置。

  2. 查看已经提供的模型

    import hanlp
for k,v in hanlp.pretrained.ALL.items():
    print(k, v)

  3. 测试代码

    tokenizer = hanlp.load('CTB6_CONVSEG')
tagger = hanlp.load('CTB5_POS_RNN')
syntactic_parser = hanlp.load('CTB7_BIAFFINE_DEP_ZH')

pipeline = hanlp.pipeline() \
.append(hanlp.utils.rules.split_sentence, output_key='sentences') \
.append(tokenizer, output_key='tokens') \
.append(tagger, output_key='part_of_speech_tags') \
.append(syntactic_parser, input_key=('tokens', 'part_of_speech_tags'), output_key='syntactic_dependencies',
        conll=False)

text = 'HanLP是一系列模型与算法组成的自然语言处理工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用'

doc = pipeline(text)
tokens = doc.tokens[0]
pos = doc.part_of_speech_tags[0]
dependencies = doc.syntactic_dependencies[0]

for i in range(len(tokens)):
    print(i, tokens[i], pos[i], dependencies[i][0], dependencies[i][1])

    0 HanLP NN 2 top
1 是 VC 0 root
2 一系列 NN 6 nn
3 模型 NN 6 conj
4 与 CC 6 cc
5 算法 NN 7 nsubj
6 组成 VV 10 rcmod
7 的 DEC 7 cpm
8 自然 NN 10 nn
9 语言 NN 11 nsubj
10 处理 VV 2 ccomp
11 工具包 PU 11 punct
12 ， PU 2 punct
13 目标 NN 15 top
14 是 VC 2 conj
15 普及 VV 15 ccomp
16 自然 NN 18 nn
17 语言 NN 16 dobj
18 处理 VV 16 conj
19 在 P 25 assmod
20 生产 NN 22 nn
21 环境 NN 23 lobj
22 中 LC 20 plmod
23 的 DEG 20 assm
24 应用 NN 19 dobj

4. 数据集

  • Penn Treebank

    Penn Treebank是一个项目的名称，项目目的是对语料进行标注，标注内容包括词性标注以及句法分析。

  • SemEval-2016 Task 9

    中文语义依存图数据：http://ir.hit.edu.cn/2461.html

    下载地址：https://github.com/HIT-SCIR/SemEval-2016

  • evsam05

    链接: https://pan.baidu.com/s/1cFQBNcd-HnuTPUlGT7h9wg 提取码: tjdx

  • CoNLL任务

    • http://universaldependencies.org/conll18/
    • http://ufal.mff.cuni.cz/conll2009-st/
    • https://www.clips.uantwerpen.be/conll2008/
    • https://www.clips.uantwerpen.be/conll2007/

5. 可视化工具

  1. conllu.js

    https://github.com/spyysalo/conllu.js

  2. DependencyViewer.exe

    http://nlp.nju.edu.cn/tanggc/tools/DependencyViewer.html

参考：

https://mp.weixin.qq.com/s/AP4TCnRfIccqAxDu4FlBew

标签
github
HanLP
CoreNLP
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