喬姆斯基層級與自然語言語法①——從短語結構語法到非轉換語法

滿海霞 梁雅夢

(北京科技大學 大學英語系，北京 100083)

1.前言

20世紀40年代末50年代初，美蘇局勢緊張，美國政府大量培養俄語人才，軍方斥巨資支持機器翻譯研究，期冀對所截獲的海量俄文情報實現機器輔助翻譯。據以色列邏輯學家、范疇語法的創始人之一巴-希勒爾(Bar-Hillel，1964:1 －16)回憶，他在50年代于美訪學，主要時間都在麻省理工電子實驗研究中心做有關機器翻譯的研究工作。喬姆斯基在《語言理論的邏輯結構》(1975:2－3)中隱晦提到，他1955年任教MIT時，獲得了在此實驗室做合作研究的機會，有幸做他一直想要做的那種交叉研究。我們可以推測那種交叉研究即為機器翻譯研究。因為在同時期出版的《句法結構》一書中，喬姆斯基提到并感謝了3位讀過該書手稿的學者，包括巴-希勒爾。可以想見，對于一位前來訪學的邏輯學家，若非研究興趣相同，又怎會請他來看自己的手稿且予以致謝呢。與其他單純關注機器翻譯的學者不同，喬姆斯基最感興趣的問題，始終是如何構造、刻畫自然語言的合適語法。這一思考之于機器翻譯，可以轉化為一個更基礎的問題:在機器能夠實現的語法中，哪種語法在生成力上恰好適合刻畫自然語言，既不過度生成、也不過低生成。喬姆斯基在此階段提出的語法的層級分類(后被命名為喬姆斯基層級)是對這個問題極好的探索和回答。

2.喬姆斯基層級與自然語言

喬姆斯基將語法按照生成能力分為四種類型:0－型語法、1－型語法、2－型語法和3－型語法，相鄰類型的語法之間具有包含關系，構成一個生成力逐漸減弱的層級結構，如表1所示。不過，要理解喬姆斯基層級所列的各類語法、語言及相應的改寫規則，首先需要明晰:(1)這里所討論的語言是什么語言?(2)語言和語法之間具有何種關系?

表1 喬姆斯基層級

2.1 語言與語法

“語言”通常在廣義和狹義兩種情況下被使用。狹義語言即自然語言，如漢語、英語等，哲學上稱之為日常語言，專指人類用來交流、接收和傳遞信息的表義符號串;廣義的語言概念既包括自然語言，也包括各種人工語言，如計算機科學使用的“編程語言”、邏輯學中的“一階語言”、“謂詞語言”等。喬姆斯基層級的獨到之處，在于它打破了自然語言與人工語言之間的界限，在廣義上將所有語言一致看成由許許多多符號序列組成的、有規律的大類。抽象來講，對于任意語言L，L都可以被看作一個由句子組成的集合。L中的字符串按照語法G排列組合生成L語句。語言L、語法G和L中的字符串集合(即詞庫，簡記為Lex)具有以下關系:

(1)L=G*Lex

在這里，G可以看作是以Lex為定義域、L為值域的函項。也就是說，L中的字符串按照語法G的規定排列，就能得到合G語法的L語句。如果Lex是漢語詞庫，G是漢語語法，那么生成的L就是合語法的漢語句子。因此，構造生成語言L的語法G，就是尋找能夠從L詞庫Lex生成L的函項G。反過來，G能否生成L，實際上說的就是G的生成力是否匹配那種語言的實際生成要求。生成力的強弱，與語法受到的限制條件有關。限制條件越多，語法的生成力越弱，反之，限制條件越少，生成力就越強。表1中每一欄中的改寫規則相當于對該型語法的限制條件，語法類型越高，限制條件越嚴格。0－型語法不要求參與運算的符號之間具有任何依存關系，對于任意字符串φi和φj，都可以進行從φi到φj的改寫。3－型語法最嚴格，要求字符串A在改寫后，終端字符串必須都在其左側(A→aB)或者都在其右側(A→Ba)。Kimball在《語法的形式理論》(1973:26)一書中指出，喬姆斯基層級所展示的語言分類說明:3－型語言最簡單，或者說復雜度最低，2－型上下文無關的語言次之，1－型上下文有關的語言最復雜。構建一個普遍語法理論所面臨的問題，是確定到底自然語言有多“復雜”。

2.2 自然語言在喬姆斯基層級上

我們首先可排除3-型語言和0-型語言，因為3-型正則語法對于自然語言來說生成力嚴重不足。因為幾乎在所有自然語言中，信念動詞都允許嵌套使用，如例(2)中所示，但這種嵌套結構所對應的語言anbn卻不能用3－型正則語法來生成。這是計算理論研究最基本的可證事實之一。(Martin，2011)

(2)媽媽相信妹妹知道我以為……小貓把魚叼走了。

0－型不受限語法只是一個單純的描寫性的枚舉機制，它對語句生成沒有任何限制，所以利用此機制生成的不過是類似字典的語句列表，既有所有合語法的自然語言語句，也可能有不合法的語句，生成力過強。那么，自然語言應該在0和3之間的哪個位置?喬姆斯基(1956)在提出語法層級構想的同時，也拋出了這樣一個問題:如果把自然語言完全看成詞串的集合，它們是否始終落在“上下文無關語法”的范疇下?

此后，一大批語言學家在自然語言中積極尋找上下文無關語法不能生成的語言現象，如荷蘭語和瑞士德語中的交叉依存現象①在荷蘭語中，涉及多個動詞短語的結構經常會呈現交叉依存的現象，比如“我看見西西莉亞喂犀牛”在荷蘭語中的語序是“我－西西莉亞1－犀牛2－看見1－喂2”，兩個動賓短語“看見西西莉亞”和“喂犀牛”中的動詞和賓語呈交叉狀，故稱為交叉依存。瑞士－德語指在瑞士和北意大利部分地區使用的阿爾曼方言，這種語言也允許從句中進行這種交叉的依存嵌套。(Shierber，1985;Steedman，1996)。這些現象的存在說明自然語言有時候會超出上下文無關語法的生成能力，至于超出多少，Joshi(1985)以樹嫁接語法為例回答了這個問題。Joshi指出，交叉依存等典型的非上下文無關現象不能通過上下文無關的改寫規則得到，而是某種遞歸機制和轄域依存的直接結果，他將此類恰好描述自然語言的語法統稱為柔和的上下文有關語法(Mildly Context－ Sensitive Grammars，簡稱 MCSG)，由柔和的上下文有關語法生成的語言為柔和的上下文有關語言，如自然語言。柔和的上下文有關語法在喬姆斯基層級上的位置如圖2所示，它包含上下文無關語法同時包含于上下文有關語法。圖1還標示了本文將集中討論的幾種常見語法在喬姆斯基層級上的位置。以下部分我們將從短語結構語法出發，探討轉換生成語法和非轉換語法如何分別從不同維度，突破短語結構語法的上下文無關特征，實現期冀的上下文有關性。

圖1 幾種常見的自然語言語法在喬姆斯基層級上的位置② CCG為組合范疇語法，全稱為Combinatory Categorial Grammar，詳見 3.3 節。

3. 短語結構語法及其二維延伸

3.1 短語結構語法

短語結構語法是最早被用于生成自然語言語句的形式語法，它由一系列形式為X→Y(讀作:X改寫為Y)的改寫規則組成，可以生成許多自然語言語句。比如，利用例(3)所給出的語法片段，我們可以反復改寫，例如(4)所示，生成簡單句(5)。

(3)(i)S→NP VP;(ii)NP→DN;(iii)VP→V NP;(iv)D→the;(v)N→man，ball等;(vi)V→hit，played，等。

(4)→S→NP+VP(i)

→D+N+VP(ii)

→D+N+V+NP (iii)

→The+N+V+NP(iv)

→The+man+V+NP (v)

→The+man+hit+NP (vi)

→The+man+hit+the+ball (ii，iv，v)

(5)The man hit the ball.

還可以向例(3)添加一系列規則來充實它所表達的語法，如不及物動詞短語的轉換規則(VP→V)、雙賓語動詞短語的轉換規則(VP→V+NP+NP或VP→V+NP+PP)等等。但是，一旦嘗試構造更精細的規則，短語結構語法就會暴露出一系列問題:其一，短語結構規則一旦對某部分語句改寫完畢，便無法回溯其生成歷史，故難以刻畫人稱一致、時態一致等一致性關系;其二，改寫規則的使用順序需予以規定，否則會生成不合法的語句，比如被動句中主賓語調換規則要用在動詞時體一致規則之前，否則就會造成被動句中“施事”選擇不當;其三，并非所有的短語結構規則都具有相同地位，有些是強制性的，生成語句時必須使用，有些則是選擇性的，要在其他規則使用完畢之后才能使用，甚至不必使用。如果兩類規則等同視之，會生成大量錯誤結構，等等。(Chomsky，1956，1957，1963)喬姆斯基認為，這幾點問題歸納起來，均由于短語結構語法的所有規則處于同一平面，導致既難以區分規則的使用順序，也不能回溯生成歷史。有如在平面幾何中意欲用兩條直線表達一個三維空間，無論如何擺排，都很難呈現空間的全貌，甚至可能丟失很多特征。倘若增加維度將平面圖變為立體圖，問題迎刃而解。轉換生成語法③Transformational－Generative Grammar，文獻中亦簡稱為轉換語法(Transformational Grammar)。的思想大致如此。

3.2 轉換生成語法與非轉換語法

給定一個句子，轉換生成語法區分了“生成”和“轉換”兩個層面，首先由短語結構語法“生成”它的基礎形式，然后對初始形式做一系列合語法的轉換。有的轉換是強制的，有的是可選擇的，前者作用在基礎形式上，是生成合語法語句必須做的一次或多次轉換，如主謂一致、時態變化等。經過這類轉換得到的句子已經合語法，組成該自然語言的中心部分，生成可以到此而止。如果對中心部分的句子繼續使用選擇型的轉換規則，便生成一些帶有衍生身份的句子，體現生成形式之間的衍生關聯，比如主被動、疑問句、陳述句形式等等。(Chomsky，1956，1957)由此，轉換生成語法解決了短語結構語法存在的幾大問題。

轉換生成語法經過不斷修訂、更新，采用移位、合并、特征核查等手段，對自然語言的生成精度越來越高，尤其對自然語言中紛繁復雜的依存關系、不連續現象，轉換的方法行之有效(Carnie，2013)。但是，轉換語法雖然非常成功，計算語言學家更加關心的是:有沒有語法能夠達到同樣的生成效果，但形式上更簡潔、更符合人們的直觀感受呢?回答這個問題之前，我們不妨重新看一看語言、語法和詞庫的關系等式(1)L=G*Lex。先令語法G不變，根據常識，詞庫Lex越大，生成的L語句越多，由此可知“*”單調向上。為了生成某特定的自然語言L，令L不變，已知*單調向上，語法G與詞庫Lex因此呈反比關系:詞庫承載的信息越少，語法就愈加復雜，反之，詞庫承擔內容多一些，語法便可以相應簡便，即所謂的“大句法，小詞庫”和“小句法，大詞庫”。對于轉換生成語法來說，由于詞庫中的語詞只承載詞類等簡單信息，概括語言規律、解釋和生成不規則現象等任務都落在語法G的身上，所以句法相對復雜。既然計算語言學家們希望生成自然語言的語法是更簡單的、不使用轉換手段的語法，最直接的解決方案就是以更豐富的詞庫換取更簡潔的句法。因此，20世紀70年代末80年代初，出現了一系列適于生成自然語言的單層詞匯主義語法，對于超出上下文無關語法生成范圍的語言現象，它們的生成力與轉換生成語法相等，但是部分甚至完全不使用轉換手段，被統稱為非轉換語法，包括組合范疇語法 CCG(Ade＆Steedman，1982;Steedman，1996，2000，2012)、線性索引語法LIG(Gazdar，1988)、詞匯功能語法 LFG(Kaplan ＆Bresnan，1982)、中心語語法 HG(Pollard，1984)，以及在HG基礎上發展出來的中心語驅動短語結構語法 HPSG(Pollard，1994;方立、吳平，2003)等，共同構成了現代句法理論的非轉換部分。更重要的是，Joshi、Vijay－Shanker＆ Weir(1991)證明，這些非轉換語法弱等價于樹嫁接語法，都屬于柔和的上下文有關語法。

非轉換語法把自然語言更近似地看作另一種計算機語言、一種編碼系統，它們與轉換語法不同，所加工的對象不是組成語句的語詞，而是語詞背后被編碼的句法信息和句法特征。因此，每個語詞都有一張屬于自己的名片，名片上不但有對該語詞的句法行為的描述，還可能包括一致、人稱、格、時態、語義角色等特征。總之，名片上的信息越詳盡，留給語法的壓力就越小。雖然各語法的具體操作有所不同，但總體來講，主要原則都是將句法上的多維度需求盡可能體現在詞條上。本文將以信息處理性能相對較好，但在國內知名度稍輕的組合范疇語法CCG為例，具體說明它如何構建、規定其詞庫和句法規則，實現詞庫與句法規則之間的平衡。

3.3 CCG的詞匯特征與非轉換手段

Ades和Steedman(1982)指出，轉換生成語法先建立表層結構，再通過轉換進入深層結構等設想不能使其成為令人滿意的分析器，去機器生成或者分析合語法語句。他們認為，自然語言語法可能更簡單，僅通過向上下文無關的語法添加一些更強的語法規則即可得到。他們提出了單層的組合范疇語法CCG。CCG是對與短語結構語法弱等價的范疇語法的擴張，它在避免語法分層的同時保證了與轉換生成語法相同的生成能力，因其能夠“從左至右”處理文本，同步構建字符串的語義解釋，更加具有信息處理上的優勢。

CCG包括一個范疇詞庫和若干條范疇運算規則。在CCG詞庫中，每個詞條A被賦予一個句法范疇X，X相當于對A的句法行為的編碼。例如，(6)a中hit的句法范疇(SNP)/NP說明hit要先后分別向右和向左結合一個名詞短語做其賓語和主語，最后生成一個語句，效果上等同于短語結構語法從初始字符串S和NP到終端字符串A的一系列改寫規則。這樣，CCG將轉換生成語法的基本形式編碼在語詞的句法范疇之中。范疇之間最基本的運算規則只有兩條，分別是向前和向后的函項應用規則，如(6)b－c，類似乘法中的分母消去，其中X、Y代表句法范疇。

(6)a.hit|－ (SNP)/NP;b.John，Mary|－ NP

b.X/Y Y→X

c.Y XY→X

在此基礎上，CCG利用非轉換手段獲得類似轉換效果的方法大致有三。其一，精細化范疇所帶信息。比如為動詞的主語論元增加下標值agr，代表其一致性特征，那么，hit的范疇為(7)a，hits的范疇為(7)b。NP3S的下標表示這個論元為第三人稱單數，如果hits碰到范疇為NP3S的John，則可生成合語法的句子，如果碰見范疇為NPPL的復數名詞“the men”，生成過程停止。這里最重要的一種操作是合一操作，兩個范疇如果一個帶有具體特征(如3S)，一個帶有一般特征(如agr)，那么它們合一后得到更一般的那個特征，從而實現性、數、格等方面的一致。其二，為詞條配備語義信息。CCG對語義的看法與轉換生成語法不同，在CCG看來，句法非但不是自治的，還與語義之間具有一個透明的接口，二者一一對應。語義作用很重要，如，能夠體現句法上看似復雜的約束關系。根據約束原則，像句子“Kimi likes himself”中照應詞“himself”要在局部小句內受到“Kimi”的約束。在CCG中，主賓語間的這種約束關系可以直接體現在“hit”的語義中。(7)c為“hit”帶照應詞為賓語的詞條(ANA表示照應詞)。值得關注的是，其語義解釋中，“hit”的賓語論元“anay”清楚體現了它與主語論元y之間的照應關系。對于在轉換生成語法中要借助照應、空代詞等假設處理的控制動詞、tough移位等現象，CCG只需修訂詞條的語義解釋即可實現。其三，適當添加句法規則。例(8)是CCG向經典范疇語法添加的函項的組合規則，可以直接對兩個函項范疇進行貼合運算。一般認為，并列成分必須為相同類型，那么對于(9)中“might hit”與“likes”的非成分并列，僅用6(b－c)無法得到相同范疇，利用(8)，“might”(句法范疇為(SNP)/(SNP))和“hit”在句法上先運算得到(SNP)/NP范疇的“might hit”，繼而能夠與“likes”并列。CCG比范疇語法增加了三條核心的函項運算規則，使得CCG不必借助拷貝、刪除等手段，也能夠有效地計算非成分并列等無界依存現象(Ades＆Steedman，1982)。

(7)a.hit|－ (SNP+agr)/NP

b.hits|－ (SNP3S)/NP

c.hit| － (SNP+agr)/NP+ANA，+agr:λg.λy.g(hit((ana(y)(y))

(8)X/YY/Z(X/Z

(9)Kimi likes and might hit John.

4.結語

本文從喬姆斯基的語法層級觀入手，討論了語言與語法的關系，解答了自然語言語法應該在層級上哪個位置的問題，并由此展開，說明形式句法學的轉換語法和一系列非轉換語法如何實現弱等價的生成力。喬姆斯基的語法層級觀蘊含著一種潛在的邏輯，一種語言和生成它的語法不一定是一一對應的，一種語言可能由多套語法生成，一套語法也可能適合生成多種語言。這樣去看待當代形式句法探索自然語言語法的過程，我們得到了一幅前所未有的、更加客觀的全景圖像，它始于短語結構語法，為喬姆斯基的“轉換語法”所逐漸取代，又因信息處理的需求而獲得了一系列非轉換的單層詞匯主義語法。衡量這些語法合適與否的一個重要平臺，就是喬姆斯基早年提出的語法層級。

為了尋找適合生成自然語言的語法，喬姆斯基揭掉了“生成自然語言的語法”(如短語結構語法)、“生成機器語言的語法”(如上下文無關語法)或者“生成含量詞的語言的語法”(如謂詞邏輯)的標簽，把所有語法宏觀地統一視之，發現了語法生成力的等級。遺憾的是，喬氏層級止步于此，沒能深入下去進一步利用人工語言服務于自然語言的形式化研究。這條思路直到蒙太格語法產生之后才有所發展。此外，喬姆斯基層級被提出之后，并沒有在語言學界產生應有的影響，就連喬姆斯基本人也鮮再提起，倒是成了計算機信息科學的一個重要概念。筆者認為，喬姆斯基層級因其高度概括的計算性特征，對于語法研究具有很好的指導意義:第一，在喬姆斯基層級上，一套關于語言的合適語法能體現出它所在層級上那一批理論的特點，因此，一旦有了一套比較成熟的語法，我們就可以根據實際需求，構造與它同層級、但在其他特定方面更加優異的語法理論。這也是非轉換語法在轉換生成語法之后相繼產生的內在依據。第二，層級上每一種語法均有其計算特性，計算語言學對某些計算特性的偏好可以引導語言學家對語法理論的構造。由于喬姆斯基層級的計算特征牽涉到計算原理，由從事語言學研究的學者獨自攻堅可謂難上加難，這就需要不斷創造條件，讓語言學家和計算科學家加強溝通與合作，才能取得令人滿意的成果。這一點，正是我國語言學研究所急需的。

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