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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。
 
 
图 1-1    自然语言处理与计算机科学、人工智能以及语言学的关系
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
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：
 
这句汉语转换为单词序列后，应该是 “苹果 的 创始人 是 乔布斯，它 的 logo 是 苹果”；    # 中文分词
第一个 “苹果” 指的是苹果公司，而第二个 “苹果” 指的是带缺口的苹果 logo；   # 命名实体识别
“乔布斯” 是一个人名；    # 命名实体识别
“它” 指代的是苹果公司；    # 指代消解
苹果公司与乔布斯之间的关系是 “的创始人是”，与带缺口的苹果 logo 之间的关系为 “的 logo 是”。    # 关系抽取
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
 
图 1-2    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）”）。
 
 
图 1-3    句法分析结果
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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