Fabio Massimo Zanzotto (slides di Andrea Turbati con aggiunte)

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1 Fabio Massimo Zanzotto (slides di Andrea Turbati con aggiunte)
Grammatiche in Prolog Fabio Massimo Zanzotto (slides di Andrea Turbati con aggiunte)

2 Grammatica Prolog è in grado di interpretare direttamente una grammatica scritta in DCG (definite cluase grammar) La traduzione da una grammatica scritta in BNF (Backus-Naur Form) in DCG è praticamente immediata (è un semplice esercizio di riscrittura)

3 Esempio BNF -> DCG BNF: <s> ::= a b
<s> ::= a <s> b DCG s --> [a], [b] . s --> [a], s, [b] .

4 Come Prolog interpreta la grammatica
Prolog converte internamente una grammatica scritta in DCG in regole prolog Esempio: move --> step. move --> step, move. step --> [up] . step --> [down] .

5 Come Prolog interpreta la grammatica
move(List, Rest) :- step(List, Rest). move(List1, Rest), step(List1, List2), move(List2, Rest). step([up|Rest], Rest). step([down|Rest], Rest).

6 esempio ?- s([a,a,b,b], []). ?-s([a,a,b],[]). ?-move([up,up,down],[]).
true ?-s([a,a,b],[]). no ?-move([up,up,down],[]). yes ?-move([up,X,down],[]). X=up; X=down; ?- s([a,a,b,b,c,d,e], [c,d,e]).

7 Grammar for Natural Language 1
sentence --> noun_phrase, verb_phrase. verb_phrase --> verb, noun_phrase. noun_phrase --> determiner, noun. determiner --> [a]. determiner --> [the]. noun --> [cat]. noun --> [mouse]. verb --> [scares]. verb --> [hates].

8 Grammar for Natural Language 1
Questa grammatica riconosce le frasi: [the, cat, scares, the, mouse]. [the, mouse, hates, a, cat] Inoltre è in grado di generare le frasi o parti di esse: ?-sentence([the, cat, X, the, mouse],[]). X = scares; X = hates; false

9 Grammar for Natural Language 2
Aggiungiamo i plurali alla nostra grammatica noun --> [cats]. noun --> [mice]. verb --> [scare]. verb --> [hate].

10 Grammar for Natural Language 2
Ora possiamo riconoscere anche: [the, mice, hate, the, cat]. Ma purtroppo anche la seguente frase viene accettata: [the, mice, hates, the, cat]. Non abbiamo inserito in alcun modo l’informazione del fatto che se il soggetto è singolare anche il verbo lo deve essere

11 Singolare/plurale Si potrebbe rimediare dividendo le regole in singolari e plurali, ma questo produrrebbe troppe regole (almeno il doppio) La soluzione migliore è quella di inserire un parametro aggiuntivo nelle regole che indica il numero (singolare o plurale) per avere la dipendenza dal contesto

12 Grammar for Natural Language 3
sentence(Number) --> noun_phrase(Number), verb_phrase(Number). verb_phrase(Number) --> verb(Number), noun_phrase(_). noun_phrase(Number) --> determiner(Number), noun(Number). determiner(singular) --> [a]. determiner(_) --> [the]. noun(singular) --> [cat]. noun(singular) --> [mouse]. noun(plural) --> [cats]. noun(plural) --> [mice]. verb(singular) --> [scares]. verb(singular) --> [hates]. verb(plural) --> [scare]. verb(plural) --> [hate].

13 Come Prolog interpreta la grammatica
sentence(Number) --> noun_phrase(Number), verb_phrase(Number). Diventa sentence(Number, List1, Rest):- noun_phrase(Number, List1, List2), verb_phare(Number, List2, Rest).

14 Grammar for Natural Language 3
?- sentence(plural, [the, mice, hate, the, cat],[]). true sentence(plular, [the, mice, hates, the, cat],[]). false sentence(X, [the, mouse, hates, the, cat],[]). X = singular sentence(singular, [the, What, hates, the, cat],[]). What = cat; What = mouse;

15 Esercizi Scrivere un programma che, sfruttando la grammatica 3, prende in ingresso una frase (NON una lista) e restiuisca true o false se tale frase rispetta la grammatica o meno Il programma appena realizzato deve funzionare anche se nella frase ci sono variabili Prolog ( parole che hanno l’iniziale maiuscola ). In questo caso deve restituire il valore che tali variabili assumono affinché la grammatica sia rispettata, se possibile

16 Semantica/Significato

17 Grammatica Nella lezione scorsa abbiamo visto come usare le DCG (definite clause grammar) in Prolog Abbiamo anche aggiunto un parametro alle regole della grammatica per avere l’agreement singolare/plurale Ora vedremo come generare gli alberi sintattici e come associare il significato a ciò che analizziamo

18 Come rappresentare un albero
noun_phrase determiner noun the cat noun_phrase(determiner(the), noun(cat)) root(figli_separati_da_virgola)

19 Grammatica con alberi sintattici
Dobbiamo modificare la grammatica per poter avere gli alberi sintattici o parse tree Es: sentence(Number) --> noun_phrase(Number), verb_phrase(Number). diventa sentence(Number, sentence(NP, VP)) --> noun_phrase(Number, NP), verb_phrase(Number, VP).

20 Grammatica con alberi sintattici
determiner(singular, determiner(a)) --> [a]. determiner(_,determiner(the)) --> [the]. noun(singular, noun(cat)) --> [cat]. noun(singular, noun(mouse)) --> [mouse]. noun(plural, noun(cats)) --> [cats]. noun(plural, noun(mice)) --> [mice]. verb(singular, verb(scares)) --> [scares]. verb(singular, verb(hates)) --> [hates]. verb(plural, verb(scare)) --> [scare]. verb(plural, verb(hate)) --> [hate]. sentence(Number, sentence(NP, VP)) --> noun_phrase(Number, NP), verb_phrase(Number, VP). verb_phrase(Number, verb_phrase(Verb, NP)) --> verb(Number, Verb), noun_phrase(_, NP). noun_phrase(Number, noun_phrase(Det, Noun)) --> determiner(Number, Det), noun(Number, Noun).

21 Grammatica con alberi sintattici
?- sentence(singular, Tree, [a, cat, scares, the, mice ], []). Tree = sentence(noun_phrase(determiner(a), noun(cat)), verb_phrase(verb(scares), noun_phrase(determiner(the), noun(mice)))) ?- sentence(singular, Tree, [a, X, scares, the, mice ], []). X=cat

22 Grammatica con alberi sintattici
?- sentence(Number, sentence(noun_phrase(determiner(a), noun(cat)), verb_phrase(verb(scares), noun_phrase(determiner(the), noun(mice)))), X, []). Number = singular, X = [a, cat, scares, the, mice]

23 Significato Per avere il significato di una frase o lista di comandi esistono due metodi: Ottenere l’albero sintattico o parse tree della frase e poi parsare tale albero per ottenere il significato Parsare direttamente la frase di partenza per avere il significato, senza passare per l’albero sintattico o parse tree

24 Usando il parse tree move(move(Step)) --> step(Step). move(move(Step, Move)) --> step(Step), move(Move). step(step(up)) --> [up]. step(step(down)) --> [down]. meaning(move(Step, Move), Dist):- meaning(Step, D1), meaning(Move, D2), Dist is D1 + D2. meaning(step(Step), Dist):- meaning(Step, Dist). meaning(step(up), 1). meaning(step(down), -1).

25 Usando il parse tree ?- move(Tree, [up,up,down, up, up], []), meaning(Tree, Dist). Tree = move(step(up), move(step(up), move(step(down), move(step(up), move(step(up)))))), Dist = 3 ?- move(Tree, [up,up,down, up, X], []), meaning(Tree, 1). Tree = move(step(up), move(step(up), move(step(down), move(step(up), move(step(down)))))), X = down

26 Usando il parse tree ?- move(Tree, [up, up, X, Y, up], []), meaning(Tree, 3). Tree = move(step(up), move(step(up), move(step(up), move(step(down), move(step(up)))))), X = up, Y = down Tree = move(step(up), move(step(up), move(step(down), move(step(up), move(step(up)))))), X = down, Y = up

27 Non usando il parse tree
move2(D) --> step2(D). move2(D) --> step2(D1), move2(D2), {D is D1 + D2}. step2(1) --> [up]. step2(-1) --> [down].

28 Non usando il parse tree
move2(Dist, [up, up,down, up, up],[]). Dist = 3 move2(3, [up, up,X, Y, up],[]). X = up, Y = down; X = down, Y = up;

29 Significato del linguaggio naturale
Data una frase cosa si intende con il suo “significato”? Una volta estratto tale significato, cosa possiamo farci? Come possiamo rappresentarlo?

30 Significato del linguaggio naturale
In Prolog il significato possiamo esprimerlo con i termini. paints(john). Può voler dire che John dipinge likes(john, mary). Può voler indicare che a John piace Mary

31 Significato del linguaggio naturale
Adottiamo lo stesso approccio del non usare il parse tree (che in questo caso sarebbe l’albero sintattico) Quindi associamo il significato direttamente nella grammatica

32 Significato del linguaggio naturale
sentence2(VP) --> noun_phrase2(Actor), verb_phrase2(Actor, VP). noun_phrase2(Name) --> properName(Name). verb_phrase2(Actor, VP) --> intrans_verb(Actor, VP). verb_phrase2(Somebody, VP) --> trans_verb(Somebody, Something, VP), noun_phrase2(Something).

33 properName(john) --> [john]. properName(mary) --> [mary]
properName(john) --> [john]. properName(mary) --> [mary]. intrans_verb(Actor, paints(Actor)) --> [paints]. trans_verb(Somebody, Something, likes(Somebody, Something)) --> [likes].

34 Significato del linguaggio naturale
?- sentence2(Meaning, [john, paints], []). Meaning = paints(john) ?- sentence2(Meaning, [john, likes, mary], []). Meaning = likes(john, mary) sentence2(paints(john), [Who, paints], []). Who = john sentence2(likes(mary, john), [X, likes, Y], []). X = mary, Y = john.

35 Esercizio Modificare la grammatica precedente per avere il significato a partire dall’albero sintattico della frase. Quindi una query dovrà restituire oltre al significato anche l’albero sintattico

36 Significato di “a” “a man paints” significa “esiste almeno un uomo che dipinge” a ha il significato di esiste in First Order Logic There exists an X such that X is a man and X paints exists( X, man(X) and paints(X))

37 Significato di “a” exists(X, Property and Assertion)
determiner(X, Prop, Assn, exists(X, Prop and Assn)) --> [a].

38 Significato di “every”
“every woman dances” significa che tutte le donne danzano Every ha il significato di per ogni in First Order Logic For all X if X is a woman then X dances all(X, woman(X) => dances(X) )

39 Significato di “every”
all(X, Property => Assertion) determiner(X, Prop, Assn, all(X, Prop=>Assn)) --> [every].

40 Esempio di “a” e “every”
:- op( 100, xfy, and). :- op( 150, xfy, =>). sentence( S)  noun_phrase( X, Assn, S), verb_phrase( X, Assn). noun_phrase( X, Assn, S) --> determiner( X, Prop, Assn, S), noun( X, Prop). verb_phrase( X, Assn) --> intrans_verb( X, Assn). determiner( X, Prop, Assn, all( X, Prop => Assn)) --> [every]. determiner( X, Prop, Assn, exists( X, Prop and Assn)) --> [a]. noun( X, man(X)) --> [man]. noun( X, woman(X)) --> [woman]. intrans_verb( X, paints(X)) --> [paints].

41 Esempio di “a” e “every”
?- sentence(S, [a, man, paints], []). S = exists(_G530, man(_G530)and paints(_G530)) ?- sentence(S, [every, woman, paints], []). S = all(_G1188, woman(_G1188)=>paints(_G1188)

42 Relative clauses “Every man that paints admires Monet” significa che tutti gli uomini che dipingono ammirano Monet, cioè che se uno è un uomo e dipinge allora ammira Monet For all X, if X is a man and paints then X admires Monet

43 Relative clauses all(X, man(X) and paints(X) =>
admires(X, Monet) ). all(X, Prop1 and Prop2 => Assn). rel_clause( X, Prop1, Prop1 and Prop2) --> [that], verb_phrase( X, Prop2). noun_phrase( X, Assn, S) --> determiner( X, Prop12, Assn, S), noun( X, Prop1), rel_clause( X, Prop1, Prop12).

44 Esempi conclusivi ?- sentence( M, [john,paints],[]).
M = paints(john) ?- sentence( M, [a, man, paints], []). M = exists(_G526, man(_G526)and paints(_G526)) ?- sentence( M, [every,man,that,paints,admires,monet],[]). M = all(_G895, man(_G895)and paints(_G895)=>admires(_G895, monet)) ?- sentence( M, [annie,admires,every,man,that,paints],[]). M = all(_G306, man(_G306)and paints(_G306)=>admires(annie, _G306)) ?- sentence( M, [every,woman,that,admires,a,man,that,paints,likes,monet],[]). all(_G1215, woman(_G1215)and exists(_G1227, (man(_G1227)and paints(_G1227))and admires(_G1215, _G1227))=>likes(_G1215, monet))

45 Esercizio Modificare la grammatica precedente affinchè venga memorizzato in prolog il significato della frase appena parsata in modo che sia possibile poi effettuare delle query fruttando la conoscenza appena aggiunta. Eventualmente gestire l’input non tramite liste, ma tramite frasi (non [a, man, paints], ma “a man paints”)