ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

КОГНИТИВНЫЕ И

СОЦИОГУМАНИТАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 81.33

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ СЕМАНТИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА ТЕКСТА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия

^*E-mail: Kotov_AA@nrcki.ru

Интеллектуальные роботы способны автоматически планировать стратегии достижения поставленной цели,

поэтому для управления ими человеку достаточно ставить задачи, подсказывать приоритет целей, выбор стра-

тегии из нескольких альтернатив, при необходимости - корректировать деятельность робота. В отличие от

предыдущего поколения интерфейсов такое управление может выполняться командами на естественном язы-

ке. В данной работе описывается лингвистический модуль системы, необходимый для интерпретации команд

пользователя и передачи их на систему управления роботом. Мы показываем, как объекты в окружении робота

выглядят в пространстве лингвистических признаков, и как робот пользуется этими признаками для выбора

нужного объекта. Также мы описываем, как с помощью признаков обеспечивается обработка вежливости или

категоричности высказывания.

ВВЕДЕНИЕ

если бы просил о помощи своего ассистента-че-

По мере роста интеллектуального потенциала

ловека. Лингвистический компонент системы от-

роботов с человека снимается задача низкоуров-

вечает за то, чтобы в результате анализа выска-

невого управления каждым их движением с по-

зывание было преобразовано в семантическое

мощью контроллеров: кнопок, джойстиков и др.

представление, которое может сообщать робо-

Человеку достаточно координировать стратегии

ту новые знания об окружающем мире, ставить

деятельности робота, ставить цели и подсказывать

цель или описывать требуемое действие. Такая

выбор стратегии решения. Команды на естествен-

репрезентация команды пользователя должна

ном языке хорошо подходят для такого взаимодей-

быть доступна для исполнения системой управ-

ствия. Для анализа команды на естественном языке

ления робота.

роботу требуется выполнить автоматический ана-

В речи человек может упоминать объекты,

лиз команды, построить её смысл - семантическое

которые находятся в окружении робота, или во-

представление, - и найти поблизости упомянутые

ображаемые объекты (например, объекты, кото-

в команде объекты.

рые требуется построить). В этом случае част-

Разработка средств семантического анали-

ная задача компонента семантического анализа

за необходима в составе компонента речевого

состоит в том, чтобы отождествить объект, ре-

управления для роботов, перемещающихся по

гистрируемый сенсорами робота, с референтом,

местности или выполняющих различные опера-

обозначаемым человеком во входящем высказы-

ции, например, обрабатывающих детали, соби-

вании. Объекты, обозначаемые в речи, могут со-

рающих конструкции и т.д. Система анализа го-

провождаться ключевыми признаками: подойди к

лосовых команд позволяет человеку свободного

красному дому, подъедь к дому около леса. При

формулировать команду на естественном языке,

обработке таких высказываний система управле-

не заучивая команды из закрытого списка. Вме-

ния должна получить возможность найти в сво-

сто этого человек может описать роботу, куда

ём окружении объекты, которые соответствуют

нужно проехать, как расположить объекты, как

речевому обозначению, например, такой объ-

собрать конструкцию и т.д. Давая команды, чело-

ект должен соответствовать классу ‘дом’, быть

век может использовать естественный язык, как

‘красным’ или ‘находиться около леса’.

115

116

А.А. КОТОВ и др.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

падеж, подлежащее, дочь - винительный падеж,

ЛИНГВИСТИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА

прямое дополнение, либо (б) мать - винительный

Общая схема работы лингвистического компо-

падеж, прямое дополнение, дочь - именительный

нента представлена на рис. 1. Компонент речевого

падеж, подлежащие. Синтаксические деревья, ко-

управления роботом (далее - парсер) получает тек-

торые строит для входящих высказываний син-

стовые сообщения от пользователя, которые под-

таксический компонент системы, соответствуют

вергаются поэтапному лингвистическому анализу.

по своей структуре системе синтаксических групп

Рассмотрим эти этапы подробнее.

Гладкого [2], сочетая в себе и принципы деревьев

В морфологическом компоненте парсер опре-

зависимостей [3], и принципы структур непосред-

деляет часть речи и грамматические признаки

ственно-составляющих [4]. Пример синтаксиче-

(граммемы) каждого слова. В синтаксическом

ского дерева для предложения Переместись от

компоненте парсер устанавливает синтаксиче-

леса к оврагу приведён на рис. 2.

ские связи между словами текста. При этом ис-

При семантической обработке для каждого

пользуется описание грамматики русского языка

синтаксического дерева строится семантическое

на языке syntXML [1]. Итоговая задача этого ком-

представление: после разрешения омонимии одно

понента в том, чтобы построить синтаксическое

из семантических представлений будет использо-

дерево, то есть объединить синтаксическими свя-

вано для выбора коммуникативной реакции в ком-

зями все слова предложения в древесный граф.

поненте сценариев.

Глагол, как правило, является синтаксической вер-

Семантическое представление - это множество

шиной предложения и с помощью валентностей

признаков, распределённых по семантическим ва-

(подробнее про валентности - в описании семан-

лентностям. Используется инвентарь из 4835 при-

тического компонента парсера) присоединяет дру-

знаков на основе набора базовых понятий [5] и

гие слова предложения. Как правило, результатом

семантического словаря [6]. В данном инвентаре

работы синтаксического компонента является не

учитываются семантические признаки объектов и

одно синтаксическое дерево, а множество деревь-

процессов, существенных для ориентации робота

ев. Это связано с возникновением омонимии. Так,

в окружающем пространстве. Семантические при-

одному слову может соответствовать несколько

знаки в исходном словаре приписываются каждо-

множеств граммем - возникает морфологическая

му слову; сейчас с помощью признаков размечена

омонимия, например словоформа дома может быть

семантика 37 тысяч слов. Слово может обладать

формой множественного числа именительного

омонимией, в этом случае признаки в его значе-

падежа - виднеются красные дома, или формой

нии разделены на группы. В используемом словаре

единственного числа родительного падежа - не

каждому значению слова может быть приписано

видно красного дома. Также высказыванию может

несколько признаков: некоторые из них отражают

соответствовать сразу множество синтаксических

семантический класс слова, а другие могут быть

структур - возникает синтаксическая омонимия,

важны для обработки команд, эмоций и намерений

например, высказывание мать любит дочь может

пользователя. При конструировании семантическо-

иметь две структуры (а) мать - именительный

го представления признаки слова копируются в ту

Рис. 1. Общая схема работы лингвистического компонента

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ СЕМАНТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТЕКСТА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

117

Рис. 3. Семантическое представление для предложения Пере-

местись от леса к оврагу. Сегменты предложения распреде-

лились по валентностям p (предикат), src (исходная точка) и

targ (конечная точка)

Рис. 4. RDF-представление для предложения Переместись от

дерева к оврагу

процедуры типа если-то [8] и служат моделью для

Рис. 2. Синтаксическое дерево для предложения Переместись

элементов управляющих команд. В работе парсера

от дерева к оврагу

сценарии распознают смыслы, соответствующие

командам или описаниям окружающей ситуации:

валентность, которую слово заняло в синтаксиче-

сценарий активизируется, если смысл входящего

ской структуре. Используется инвентарь из 23 ва-

текста близок к посылке (условию «если») данного

лентностей на основе [7]: глагол занимает валент-

сценария. Сценарии также используются при раз-

ность предикат (p), подлежащее - валентность

решении омонимии: если при анализе предложе-

агенс (ag), дополнение - валентность пациенс (pat)

ния построено несколько синтаксических деревь-

и т.д. Семантическую структуру простого предло-

ев, то выбирается такое дерево, семантика которого

жения можно представить как двухуровневое дере-

наиболее близка к существующим сценариям. Это

во, где валентность предикат находится в вершине

означает, что для анализируемых команд выбирает-

и подчиняет другие валентности, но для компакт-

ся то понимание, которое более регулярно и соот-

ности эту структуру также можно записать в виде

ветствует известным ситуациям или стандартной

таблицы. Семантическое представление высказы-

команде.

вания Переместись от леса к оврагу приведено на

Финальной стадией анализа поступающих от

рис. 3.

пользователя команд является преобразование вы-

Синтаксическое дерево с построенным для него

бранного семантического представления (рис. 3),

семантическим представлением поступает в ком-

в формализованную команду в формате RDF¹, до-

понент сценариев, где разрешается омонимия всех

ступную для анализа большинством средств управ-

предшествующих уровней, а также выбираются

ления робототехническими комплексами. На рис. 4

варианты реакций робота на входящее представ-

показано представление высказывания Переме-

ление. Компонент сценариев описывает возмож-

стись от леса к оврагу в формате RDF. Именно в

ные реакции робота на входящий смысл. Единицы

этом виде команда будет передана системе управ-

этого компонента - сценарии - определяются как

ления роботом.

¹ См. подробнее: https://www.w3.org/RDF/

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

118

А.А. КОТОВ и др.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРИЗНАКОВ

ИМЕННОЙ ГРУППЫ

В естественной речи человек может называть

объект местоимением, существительным или рас-

ширенной именной группой, включающей части-

цы, прилагательные, причастия и имя существи-

тельное. Имя существительное может подчинять

другие именные группы - несогласованные опре-

деления, стоящие в родительном падеже (дом

местных жителей) или с предлогом (помещение

для хранения). Кроме того, в составе именной груп-

пы могут использоваться однородные группы, со-

стоящие из существительных, прилагательных,

причастий, и даже из комбинаций прилагательных

и причастий (острые колющие предметы).

В полном предложении глагол приписывает ка-

ждой именной группе соответствующую валент-

ность (агенс, пациенс и т.д.). Если же существи-

тельное используется в высказывании без глаголов

(в составе так называемого назывного предложе-

ния), то для именной группы создаётся условная

валентность «0», в которую помещаются семан-

тические признаки существительного. Признаки

прилагательных также помещаются в валентность,

которую заняло существительное. На рис. 5 приво-

Рис. 5. Синтаксическое (слева) и семантическое (справа) пред-

дятся синтаксическое и семантическое представле-

ставления именной группы Зелёная сосна

ния именной группы Зелёная сосна.

Как видно на рисунке, прилагательное зелёный

В синтаксическом представлении именной

в синтаксическом представлении подчиняется су-

группы груз аккумуляторов слово аккумулятор

ществительному сосна. При этом в семантическом

занимает подчинённое положение. В семантиче-

представлении создаётся валентность «0», которая

ском представлении слову груз приписывается

получает как признаки существительного (о-де-

признак attr 8013, обозначающий дополнительный

рево², @сосна_NOUN), так и признаки прилага-

семантический атрибут референта, выраженный в

тельного (оа-цветной³, оа-зеленый). В ходе ана-

зависимой предикации 8013. В этой предикации

лиза создаётся один узел (референт): робот имеет

находится один референт, построенный для слова

возможность найти в окружении такой объект, ко-

аккумуляторов. Таким образом, референты двух

торый соответствует большинству из указанных в

существительных последовательно разделяются

семантике признаков или наиболее существенным

(не происходит «склейки» референтов), при этом

признакам. Если данная именная группа употре-

у первого слова появляется атрибут, указывающий,

бляется в предложении с глаголом, то она займет

что оно охарактеризовано другим словом, нахо-

валентность, заданную моделью управления глаго-

дящимся в зависимости. Такое же представление

ла, например: зеленая сосна стоит на поляне (ва-

используется для других типов несогласованных

лентность агенс - ag), езжай к зелёной сосне (ва-

определений: для предложных групп (ящик с ак-

лентность конечной точки - targ) и т. д.

кумуляторами) и зависимых клауз (аккумуляторы,

Для описания семантики несогласованных

которые лежат в ящике).

определений, в частности существительных в ро-

дительном падеже (груз аккумуляторов), исполь-

ВЫРАЗИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

зуется следующий подход. Вершинному суще-

Как уже говорилось ранее, для управления ро-

ствительному приписывается служебный признак,

ботом пользователю не требуются заучивать специ-

который ссылается на референт, обозначенный за-

альные команды, а можно использовать естествен-

висимым словом - пример приведён на рис. 6.

ный язык и давать команды в свободной форме.

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ СЕМАНТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТЕКСТА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

119

манд в корпусе встречаются, например, такие: дви-

гайся вправо, если есть возможность; попробуй

повернуть налево; если получится, сделай круг во-

круг дома. Подчеркнутые слова и выражения - это,

так называемые, хеджи (ограничители). Хеджиро-

вание используется в речи для выражения неопре-

деленности и неуверенности, для преуменьшения

резкой критики. Согласно теории вежливости [9],

хеджи являются также инструментом для выраже-

ния вежливой просьбы, что и проявляется в приме-

рах команд из корпуса.

В качестве маркера - показателя вежливости в

базу данных был добавлен семантический признак

_пожалуйста_PRCL, получивший свое название

по наиболее частотному и простому способу выра-

зить вежливость в команде.

Противоположной характеристикой вежливости

мы считаем категоричность. Она проявляется в ко-

мандах, как правило, с помощью наречий скорости

со значением ‘быстро’ или со значением ‘сейчас’:

быстрей иди к дереву; немедленно остановись, а

Рис. 6. Синтаксическое (слева) и семантическое (справа) пред-

также с помощью глаголов, в семантику которых

ставления именной группы Груз аккумуляторов.

входит компонент ‘быстро’: гони к пруду; беги к

тому мужчине. В качестве маркера категорично-

Для того, чтобы реализовать понимание команд на

сти в базу семантических признаков был добавлен

естественном языке, с помощью краудфаиндинго-

признак па-быстро, он был присвоен 89 лексемам.

вой платформы было собрано множество (корпус)

С введением маркеров вежливости и катего-

таких команд. После чего высказывания в корпусе

ричности мы улучшили работу модуля сценариев,

были дополнены высказываниями с той же синтак-

находящего среди семантических представлений

сической структурой, но другими лексемами. Объ-

наиболее подходящее для данной ситуации. Эти

ем корпуса после этого составил 10.5 тысяч выра-

маркеры позволили добавить командам пользова-

жений. Для структурного описания семантических

теля показатели приоритета: команды, содержащие

шаблонов, присутствующих в текстах команд, был

в себе маркер категоричности, считаются более

сформирован список 24 команд-паттернов (сцена-

важными и имеют повышенный приоритет, коман-

риев). Кроме того, с помощью собранного корпуса

ды же с показателем вежливости, напротив, имеют

мы смогли расширить перечень обнаруживаемых

пониженный приоритет, поскольку, как было пока-

речевых средств, выражающих стратегии вежливо-

зано раньше, в вежливых командах часто использу-

сти или степень категоричности команды. Как по-

ется хеджирование, сигнализирующее о неуверен-

казал корпус, многие респонденты использовали в

ности пользователя в необходимости немедленного

своих командах к роботу показатели вежливости и

выполнения данной команды.

показатели категоричности. Это, с одной стороны,

подтверждает правильность подхода - разрешить

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

пользователю отдавать команды на естественном

В данной работе описан принцип работы линг-

языке. С другой стороны, это подтолкнуло нас к

вистического модуля системы управления роботом.

разработке новых инструментов - маркеров вежли-

Этот модуль - часть большого проекта по созда-

вости и категоричности.

нию роботизированной многофункциональной

Наиболее частотным способом выражения веж-

системы взаимодействия с внешним миром. Опи-

ливости в собранном корпусе оказалось исполь-

санные лингвистические разработки позволяют

зование частицы пожалуйста (подъедь, пожалуй-

свести предварительную подготовку пользователя

ста, к дереву), однако это не единственный способ

к управлению роботом к минимуму. Система управ-

смягчить категоричность команды. Так, среди ко-

ления не требует навыков работы со специальным

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

120

А.А. КОТОВ и др.

интерфейсом, а допускает использование есте-

3. Мельчук И.А. Опыт теории лингвистических моде-

ственного языка для любых задач управления. Для

лей «СМЫСЛ <=> ТЕКСТ». М.: Школа «Языки русской

культуры», 1999.

реализации такого управления был сформирован

объемный корпус, содержащий различные коман-

4. Chomsky N. Syntactic Structures (The Hague: Mouton,

ды от реальных людей. В результате анализа кор-

1957) //Review of Verbal Behavior by BF Skinner, Language.

1957, v. 35, p. 26-58.

пуса был пополнен перечень сценариев (компонент

сценариев лингвистического модуля) и разработан

5. Вежбицкая А. Семантика междометий //Семантиче-

механизм приоритезации команд пользователя.

ские универсалии и описание языков. М.: А. Вежбицкая,

1999. С. 611.

В ближайшей перспективе предполагается раз-

вить связь лингвистического модуля с модулями

6. Шведова Н.Ю. и др. Русский семантический словарь //

технического зрения, отслеживающими направле-

Толковый словарь, систематизированный по классам

слов и значений. М.: Азбуковник, 1998.

ние взгляда и указательные жесты пользователя.

Такая связь необходима, поскольку команды поль-

7. Fillmore C.J. The Case for Case // Universals in linguistic

theory / под ред. E. Bach, R.T. Harms. New York: Holt,

зователя могут состоять не только из вербальных,

Rinehart & Winston, 1968. P. 1-68.

но также из жестовых и мимических компонентов.

8. Schank R.C., Abelson R.P. Scripts, plans, goals,

and understanding : an inquiry into human knowledge

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

structures. Hillsdale, N.J., New York: L. Erlbaum Associates,

1. Kotov A., Zinina A., Filatov A. Semantic Parser for

1977. P. 248.

Sentiment Analysis and the Emotional Computer Agents //

Proceedings of the AINL-ISMW FRUCT

2015,

2015.

9. Brown P., Levinson S. C. Politeness: Some universals in

P. 167-170.

language usage. - Cambridge university press, 1987. - V. 4.

2. Гладкий А.В. Синтаксические структуры естествен-

ного языка в автоматизированных системах общения.

М.: Наука, 1985.

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021