自然语言和计算机编程语言的比较

自然语言和计算机编程语言的比较

周锡令

2000年3月23日

摘要：

计算机在处理编程语言方面的巨大成功和在自然语言处理方面的举步维艰形成了巨大的反差。“比较”是观察和分析事物的有效方法，把自然语言和人工设计的语言进行一番比较也许能给我们一些工作上的启示。

作为信息传递的媒介，目前的计算机语言和自然语言虽然在外表上有很大差异，但是在实质上的确有不少相通或者互相对应的地方。从最初的比较简单的计算机语言（例如初期的Basic）到后来越来越复杂的Fortran, C, C++，我们可以看到把自然语言中的一些机制逐步添加到计算给语言中的迹象。

计算机处理自然语言遇到重大困难，而人却能应付如裕，是因为人拥有知识（包括社会生活常识以及各种专业知识），并且具有应用这些知识来“解读”语句的能力。

自然语言是千百年以来为人际交流的目的而发展起来的。现在，人们越来越多地“上网”，计算机越来越成为这个语言社会中的一个重要的参与者。人们就会自觉、不自觉地根据计算机的“能力”去总结汉语的规律，反过来影响，甚至改造人们的语言习惯。

一方面，技术向自然语言的深层冲击，另一方面，自然语言向现代技术靠拢，这两方面的发展趋势会和起来，将会是解决“基于语义，基于理解的自然语言处理”这一战略任务的过程中的一个重要特征。

自然语言与编程语言之间的相似点

序言

经过几十年的全球性的努力，以机器翻译为代表的计算机自然语言处理工作始终没有达到人们预想的境界。于是我们竟不住要问：为什么电脑处理起“编程语言”来那样轻松自如，可以作好多非常复杂的事情；而在一句普通的自然语言面前却显得像一个大笨蛋呢？自然语言和编程语言的本质区别到底在哪里？

自然语言和编程语言显然有很多地方不同。但是作为“语言”，两者都面临语言使用这所需要的一些要求：

（1）有强大的表达能力（能够把事情说清楚）

（2）结构化。人的短时记忆容量不多，信息如果不分层次，无论听说还是阅读

都会造成困难。

（3）具有简洁、浓缩表达的机制（使听说双方都不觉得罗嗦）。

在这两种要求的驱动下，两种语言都会发展出一些机制，这些机制在两种语言中的表现可能大不相同，但是会存在某种对应关系。

在文科领域有所谓“比较文学”的行当。考虑到不同民族，不同文化发源地发展出来的文学作品既有各自的特色，又有互通的共性，可以对它们的异同加以比较。事实证明，从这种比较中，可以得到许多有益的启示。“比较”既然是观察和分析事物的有效方法，把自然形成的语言和人工设计的语言（计算机编程语言就是应用最为广泛的一种人工语言）进行一番比较也许能给我们一些工作上的启示。

语言的设计者

自然语言是在无数多人群之间的碰撞和交流之间产生、发展、筛选、淘汰之后形成的，好比是“市场经济”的产物。

计算机编程语言（以下简称“编程语言”）则是“计划经济”的产物。它所使用的词汇、规则都是事先由一位“上帝”（语言的设计者）策划好的。

词汇及其分类

“词”是自然语言中的基石，它们是具有语义的最小独立单位。

在编程语言中对应的东西就是token。Token是编译程序中的术语，它包括外形像英语单词的Word，以及“=, +, -, *, /, ==,>, <, (, ), ……”之类的符号。

从信息处理的角度来看，“词”和token都是“符号（Symbol）”,它们可以被我们“用来”映射到各种实体或者概念上去。根据一个符号所映射到各种实体或者概念的性质来把它们进行分类。

语言学家把自然语言中的词划分为许多类：名词、动词、形容词、副词、数词、连接词、感叹词、………。我们应该注意到，它们不是在同一级别上的。

名词和动词：是最重要的。它们直接反映了我们对世界上形形色色的事物以及这些事物之间的相互作用。

形容词、副词、数词、则是第二级的。它们只对事物以及这些事物之间的相互作用起修饰作用。

剩下来的连接词、感叹词、………则是第三级的。它们主要起语法的作用。（用来提示语句内部的结构性信息，起连接作用、用来表述“词”与“词”之间的关系）

与之对应，在编程语言中，可以把token划分为：

命令：运算符、子程序名。它们对应于自然语言中的动词。动词的“价”则

相当于编程语言中的命令、运算符、子程序所需要的“变元（arguments）”

的个数。在编程语言中，有时某些“变元”可以省略不写，而用预先规定的“缺省值”代替。在自然语言中，也有类似的情况，但是缺省的东西要根据上下文来补充。

自然语言中存在一些“泛义动词”，例如汉语中的“打”，“搞”，“干”……，英语中的“get”，“take”等。它们的进一步的具体含义要由这些动词所涉及的对象来确定。例如：“打毛衣”中的“打”应理解为“编织”，“打篮球”

中的“打”应理解为“玩”，“打开水”中的“打”应理解为“取得”，等等。

●在面向对象的编程语言中，也有类似的“动态绑定（Dynamic Binding）”机

制：一个函数名或者子程序名字的具体含义要在“运行时”依据所涉及对象在当时的指的类型来决定。

●数据：常数、变量名。它们对应于自然语言中的名词。

●其他：起连接作用、用来表述token 之间的关系的符号，例如if, then等等。

它们对应于自然语言中的连接词、感叹词等等。

动词和名词之间的互换性

在自然语言中，有一个引人瞩目的现象，那就是“名词和动词之间的呼唤性”。这是因为，“词”或者token是用来表达“概念”的，而一个概念往往有多种侧面。所以自然语言中常常出现用同一个“符号”来表达不同的侧面的现象。举例来说：

“钉”本来是名词，但是可以转化，作为动词来使用：我把画钉在墙上。

“锁”本来是名词，但是可以转化，作为动词来使用：我用锁把门锁上。

古汉语中这样的例子更多。“叔”可以转化为“认……为叔叔”，“尘”可以当作“弄脏”，“污染”的意义来使用。

反过来，动词也往往可以转化为名词使用。比如，“偷”是动词。但是在“偷是不对的。”这句话中的“偷”却是一个名词，因为这句话也可以说成：“偷这种行为是不对的”

在计算机编程语言中，也有类似情况。在declaration（声明）中，函数、子程序名表现为“名词”，但是在执行语句中，他们就成了动词。例如在C语言中：double x,y;

double sqrt(double); /* sqrt 在这里以名词的面貌出现*/

…………….

x = sqrt(y); /* sqrt 在这里以动词的面貌出现*/

词类的判断

从语法分析的角度看，对词或token 进行分类的依据是它的语法功能。从语言使用者的角度看，则是他们的使用方式。因此如何对词或token所属类别进行判断乃是一件至关重要的事情。