Extensible Languages for Flexible and Principled Domain Abstraction

Die meisten Programmiersprachen werden als Universalsprachen entworfen. Unabhängig von der zu entwickelnden Anwendung, stellen sie die gleichen Sprachfeatures und Sprachkonstrukte zur Verfügung. Solch universelle Sprachfeatures ignorieren jedoch die spezifischen Anforderungen, die viele Softwareprojekte mit sich bringen. Als Gegenkraft zu Universalsprachen fördern domänenspezifische Programmiersprachen, modellgetriebene Softwareentwicklung und sprachorientierte Programmierung die Verwendung von Domänenabstraktion, welche den Einsatz von domänenspezifischen Sprachfeatures und Sprachkonstrukten ermöglicht. Insbesondere erlaubt Domänenabstraktion Programmieren auf dem selben Abstraktionsniveau zu programmieren wie zu denken und vermeidet dadurch die Notwendigkeit Domänenkonzepte mit universalsprachlichen Features zu kodieren. Leider ermöglichen aktuelle Ansätze zur Domänenabstraktion nicht die Entfaltung ihres ganzen Potentials. Einerseits mangelt es den Ansätzen für interne domänenspezifische Sprachen an Flexibilität bezüglich der Syntax, statischer Analysen, und Werkzeugunterstützung, was das tatsächlich erreichte Abstraktionsniveau beschränkt. Andererseits mangelt es den Ansätzen für externe domänenspezifische Sprachen an wichtigen Prinzipien, wie beispielsweise modularem Schließen oder Komposition von Domänenabstraktionen, was die Anwendbarkeit dieser Ansätze in der Entwicklung größerer Softwaresysteme einschränkt. Wir verfolgen in der vorliegenden Doktorarbeit einen neuartigen Ansatz, welcher die Vorteile von internen und externen domänenspezifischen Sprachen vereint um flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion zu unterstützen. Wir schlagen bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprachen als Grundlage für Domänenabstraktion vor. In einer erweiterbaren Sprache kann Domänenabstraktion durch die Erweiterung der Sprache mit domänenspezifischer Syntax, statischer Analyse, und Werkzeugunterstützung erreicht werden . Dies ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Flexibilität wie externe domänenspezifische Sprachen. Um die Einhaltung üblicher Prinzipien zu gewährleisten, organisieren wir Spracherweiterungen als Bibliotheken und verwenden einfache Import-Anweisungen zur Aktivierung von Erweiterungen. Dies erlaubt modulares Schließen (durch die Inspektion der Import-Anweisungen), unterstützt die Komposition von Domänenabstraktionen (durch das Importieren mehrerer Erweiterungen), und ermöglicht die uniforme Selbstanwendbarkeit von Spracherweiterungen in der Entwicklung zukünftiger Erweiterungen (durch das Importieren von Erweiterungen in einer Erweiterungsdefinition). Die Organisation von Erweiterungen in Form von Bibliotheken ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Prinzipientreue wie interne domänenspezifische Sprachen. Wir haben die bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprache SugarJ entworfen und implementiert. SugarJ Bibliotheken können Erweiterungen der Syntax, der statischen Analyse, und der Werkzeugunterstützung von SugarJ deklarieren. Eine syntaktische Erweiterung besteht dabei aus einer erweiterten Syntax und einer Transformation der erweiterten Syntax in die Basissyntax von SugarJ. Eine Erweiterung der Analyse testet Teile des abstrakten Syntaxbaums der aktuellen Datei und produziert eine Liste von Fehlern. Eine Erweiterung der Werkzeugunterstützung deklariert Dienste wie Syntaxfärbung oder Codevervollständigung für bestimmte Sprachkonstrukte. SugarJ Erweiterungen sind vollkommen selbstanwendbar: Eine erweiterte Syntax kann in eine Erweiterungsdefinition transformiert werden, eine erweiterte Analyse kann Erweiterungsdefinitionen testen, und eine erweiterte Werkzeugunterstützung kann Entwicklern beim Definieren von Erweiterungen assistieren. Um eine Quelldatei mit Erweiterungen zu verarbeiten, inspizieren der SugarJ Compiler und die SugarJ IDE die importierten Bibliotheken um die aktiven Erweiterungen zu bestimmen. Der Compiler und die IDE adaptieren den Parser, den Codegenerator, die Analyseroutine und die Werkzeugunterstützung der Quelldatei entsprechend der aktiven Erweiterungen. Wir beschreiben in der vorliegenden Doktorarbeit nicht nur das Design und die Implementierung von SugarJ, sondern berichten darüber hinaus über Erweiterungen unseres ursprünglich Designs. Insbesondere haben wir eine Generalisierung des SugarJ Compilers entworfen und implementiert, die neben Java alternative Basissprachen unterstützt. Wir haben diese Generalisierung verwendet um die bibliotheksbasierten erweiterbaren Programmiersprachen SugarHaskell, SugarProlog, und SugarFomega zu entwickeln. Weiterhin haben wir SugarJ ergänzt um polymorphe Domänenabstraktion und Kommunikationsintegrität zu unterstützen. Polymorphe Domänenabstraktion ermöglicht Programmierern mehrere Transformationen für die selbe domänenspezifische Syntax bereitzustellen. Dies erhöht die Flexibilität von SugarJ und unterstützt bekannte Szenarien aus der modellgetriebenen Entwicklung. Kommunikationsintegrität spezifiziert, dass die Komponenten eines Softwaresystems nur über explizite Kanäle kommunizieren dürfen. Im Kontext von Codegenerierung stellt dies eine interessante Eigenschaft dar, welche die Generierung von impliziten Modulabhängigkeiten untersagt. Wir haben Kommunikationsintegrität als weiteres Prinzip zu SugarJ hinzugefügt. Basierend auf SugarJ und zahlreicher Fallstudien argumentieren wir, dass flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion ein skalierbares Programmiermodell für die Entwicklung komplexer Softwaresysteme darstellt

PSLR(1): Pseudo-Scannerless Minimal LR(1) for the Deterministic Parsing of Composite Languages

Composite languages are composed of multiple sub-languages. Examples include the parser specification languages read by parser generators like Yacc, modern extensible languages with complex layers of domain-specific sub-languages, and even traditional programming languages like C and C++. In this dissertation, we describe PSLR(1), a new scanner-based LR(1) parser generation system that automatically eliminates scanner conflicts typically caused by language composition. The fundamental premise of PSLR(1) is the pseudo-scanner, a scanner that only recognizes tokens accepted by the current parser state. However, use of the pseudo-scanner raises several unique challenges, for which we describe a novel set of solutions. One major challenge is that practical LR(1) parser table generation algorithms merge parser states, sometimes inducing incorrect pseudo-scanner behavior including new conflicts. Our solution is a new extension of IELR(1), an algorithm we have previously described for generating minimal LR(1) parser tables. Other contributions of our work include a robust system for handling the remaining scanner conflicts, a correction for syntax error handling mechanisms that are also corrupted by parser state merging, and a mechanism to enable scoping of syntactic declarations in order to further improve the modularity of sub-language specifications. While the premise of the pseudo-scanner has been described by other researchers independently, we expect our improvements to distinguish PSLR(1) as a significantly more robust scanner-based parser generation system for traditional and modern composite languages

Statistical parsing of noun phrase structure

Noun phrases (NPs) are a crucial part of natural language, exhibiting in many cases an extremely complex structure. However, NP structure is largely ignored by the statistical parsing field, as the most widely-used corpus is not annotated with it. This lack of gold-standard data has restricted all previous efforts to parse NPs, making it impossible to perform the supervised experiments that have achieved high performance in so many Natural Language Processing (NLP) tasks. We comprehensively solve this problem by manually annotating NP structure for the entire Wall Street Journal section of the Penn Treebank. The inter-annotator agreement scores that we attain refute the belief that the task is too difficult, and demonstrate that consistent NP annotation is possible. Our gold-standard NP data is now available and will be useful for all parsers. We present three statistical methods for parsing NP structure. Firstly, we apply the Collins (2003) model, and find that its recovery of NP structure is significantly worse than its overall performance. Through much experimentation, we determine that this is not a result of the special base-NP model used by the parser, but primarily caused by a lack of lexical information. Secondly, we construct a wide-coverage, large-scale NP Bracketing system, applying a supervised model to achieve excellent results. Our Penn Treebank data set, which is orders of magnitude larger than those used previously, makes this possible for the first time. We then implement and experiment with a wide variety of features in order to determine an optimal model. Having achieved this, we use the NP Bracketing system to reanalyse NPs outputted by the Collins (2003) parser. Our post-processor outperforms this state-of-the-art parser. For our third model, we convert the NP data to CCGbank (Hockenmaier and Steedman, 2007), a corpus that uses the Combinatory Categorial Grammar (CCG) formalism. We experiment with a CCG parser and again, implement features that improve performance. We also evaluate the CCG parser against the Briscoe and Carroll (2006) reannotation of DepBank (King et al., 2003), another corpus that annotates NP structure. This supplies further evidence that parser performance is increased by improving the representation of NP structure. Finally, the error analysis we carry out on the CCG data shows that again, a lack of lexicalisation causes difficulties for the parser. We find that NPs are particularly reliant on this lexical information, due to their exceptional productivity and the reduced explicitness present in modifier sequences. Our results show that NP parsing is a significantly harder task than parsing in general. This thesis comprehensively analyses the NP parsing task. Our contributions allow wide-coverage, large-scale NP parsers to be constructed for the first time, and motivate further NP parsing research for the future. The results of our work can provide significant benefits for many NLP tasks, as the crucial information contained in NP structure is now available for all downstream systems

The Design & Implementation of an Abstract Semantic Graph for Statement-Level Dynamic Analysis of C++ Applications

In this thesis, we describe our system, Hylian, for statement-level analysis, both static and dynamic, of a C++ application. We begin by extending the GNU gcc parser to generate parse trees in XML format for each of the compilation units in a C++ application. We then provide verification that the generated parse trees are structurally equivalent to the code in the original C++ application. We use the generated parse trees, together with an augmented version of the gcc test suite, to recover a grammar for the C++ dialect that we parse. We use the recovered grammar to generate a schema for further verification of the parse trees and evaluate the coverage provided by our C++ test suite. We then extend the parse tree, for each compilation unit, with semantic information to form an abstract semantic graph, ASG, and then link the ASGs for all of the compilation units into a unified ASG for the entire application under study. In addition, to relieve the cognitive burden of information that may inundate a developer, we describe our development of extensions to Hylian to build abbreviated abstract semantic graphs, which incorporate information about user code, but not about compiler provided library code. Finally, we describe the various approaches that we adopted to provide assurance for the developer that the ASGs that Hylian builds, correctly represent the program under study

Syntaxe computationnelle du hongrois : de l'analyse en chunks à la sous-catégorisation verbale

We present the creation of two resources for Hungarian NLP applications: a rule-based shallow parser and a database of verbal subcategorization frames. Hungarian, as a non-configurational language with a rich morphology, presents specific challenges for NLP at the level of morphological and syntactic processing. While efficient and precise morphological analyzers are already available, Hungarian is under-resourced with respect to syntactic analysis. Our work aimed at overcoming this problem by providing resources for syntactic processing. Hungarian language is characterized by a rich morphology and a non-configurational encoding of grammatical functions. These features imply that the syntactic processing of Hungarian has to rely on morphological features rather than on constituent order. The broader interest of our undertaking is to propose representations and methods that are adapted to these specific characteristics, and at the same time are in line with state of the art research methodologies. More concretely, we attempt to adapt current results in argument realization and lexical semantics to the task of labeling sentence constituents according to their syntactic function and semantic role in Hungarian. Syntax and semantics are not completely independent modules in linguistic analysis and language processing: it has been known for decades that semantic properties of words affect their syntactic distribution. Within the syntax-semantics interface, the field of argument realization deals with the (partial or complete) prediction of verbal subcategorization from semantic properties. Research on verbal lexical semantics and semantically motivated mapping has been concentrating on predicting the syntactic realization of arguments, taking for granted (either explicitly or implicitly) that the distinction between arguments and adjuncts is known, and that adjuncts' syntactic realization is governed by productive syntactic rules, not lexical properties. However, besides the correlation between verbal aspect or actionsart and time adverbs (e.g. Vendler, 1967 or Kiefer, 1992 for Hungarian), the distribution of adjuncts among verbs or verb classes did not receive significant attention, especially within the lexical semantics framework. We claim that contrary to the widely shared presumption, adjuncts are often not fully productive. We therefore propose a gradual notion of productivity, defined in relation to Levin-type lexical semantic verb classes (Levin, 1993; Levin and Rappaport-Hovav, 2005). The definition we propose for the argument-adjunct dichotomy is based on evidence from Hungarian and exploits the idea that lexical semantics not only influences complement structure but is the key to the argument-adjunct distinction and the realization of adjunctsLa linguistique informatique est un domaine de recherche qui se concentre sur les méthodes et les perspectives de la modélisation formelle (statistique ou symbolique) de la langue naturelle. La linguistique informatique, tout comme la linguistique théorique, est une discipline fortement modulaire : les niveaux d'analyse linguistique comprennent la segmentation, l'analyse morphologique, la désambiguïsation, l'analyse syntaxique et sémantique. Tandis qu'un nombre d'outils existent déjà pour les traitements de bas niveau (analyse morphologique, étiquetage grammatical), le hongrois peut être considéré comme une langue peu doté pour l'analyse syntaxique et sémantique. Le travail décrit dans la présente thèse vise à combler ce manque en créant des ressources pour le traitement syntaxique du hongrois : notamment, un analyseur en chunks et une base de données lexicale de schémas de sous-catégorisation verbale. La première partie de la recherche présentée ici se concentre sur la création d'un analyseur syntaxique de surface (ou analyseur en chunks) pour le hongrois. La sortie de l'analyseur de surface est conçue pour servir d'entrée pour un traitement ultérieur visant à annoter les relations de dépendance entre le prédicat et ses compléments essentiels et circonstanciels. L'analyseur profond est mis en œuvre dans NooJ (Silberztein, 2004) en tant qu'une cascade de grammaires. Le deuxième objectif de recherche était de proposer une représentation lexicale pour la structure argumentale en hongrois. Cette représentation doit pouvoir gérer la vaste gamme de phénomènes qui échappent à la dichotomie traditionnelle entre un complément essentiel et un circonstanciel (p. ex. des structures partiellement productives, des écarts entre la prédictibilité syntaxique et sémantique). Nous avons eu recours à des résultats de la recherche récente sur la réalisation d'arguments et choisi un cadre qui répond à nos critères et qui est adaptable à une langue non-configurationnelle. Nous avons utilisé la classification sémantique de Levin (1993) comme modèle. Nous avons adapté les notions relatives à cette classification, à savoir celle de la composante sémantique et celle de l'alternance syntaxique, ainsi que la méthodologie d'explorer et de décrire le comportement des prédicats à l'aide de cette représentation, à la tâche de construire une représentation lexicale des verbes dans une langue non-configurationnelle. La première étape consistait à définir les règles de codage et de construire un vaste base de données lexicale pour les verbes et leurs compléments. Par la suite, nous avons entrepris deux expériences pour l'enrichissement de ce lexique avec des informations sémantiques lexicales afin de formaliser des généralisations syntaxiques et sémantiques pertinentes sur les classes de prédicats sous-jacentes. La première approche que nous avons testée consistait en une élaboration manuelle de classification de verbes en fonction de leur structure de compléments et de l'attribution de rôles sémantiques à ces compléments. Nous avons cherché la réponse aux questions suivantes: quelles sont les composants sémantiques pertinents pour définir une classification sémantique des prédicats hongrois? Quelles sont les implications syntaxiques spécifiques à ces classes? Et, plus généralement, quelle est la nature des alternances spécifiques aux classes verbales en hongrois ? Dans la phase finale de la recherche, nous avons étudié le potentiel de l'acquisition automatique pour extraire des classes de verbes à partir de corpus. Nous avons effectué une classification non supervisée, basée sur des données distributionnelles, pour obtenir une classification sémantique pertinente des verbes hongrois. Nous avons également testé la méthode de classification non supervisée sur des données françaises

Development of linguistic linked open data resources for collaborative data-intensive research in the language sciences

Making diverse data in linguistics and the language sciences open, distributed, and accessible: perspectives from language/language acquistiion researchers and technical LOD (linked open data) researchers. This volume examines the challenges inherent in making diverse data in linguistics and the language sciences open, distributed, integrated, and accessible, thus fostering wide data sharing and collaboration. It is unique in integrating the perspectives of language researchers and technical LOD (linked open data) researchers. Reporting on both active research needs in the field of language acquisition and technical advances in the development of data interoperability, the book demonstrates the advantages of an international infrastructure for scholarship in the field of language sciences. With contributions by researchers who produce complex data content and scholars involved in both the technology and the conceptual foundations of LLOD (linguistics linked open data), the book focuses on the area of language acquisition because it involves complex and diverse data sets, cross-linguistic analyses, and urgent collaborative research. The contributors discuss a variety of research methods, resources, and infrastructures. Contributors Isabelle Barrière, Nan Bernstein Ratner, Steven Bird, Maria Blume, Ted Caldwell, Christian Chiarcos, Cristina Dye, Suzanne Flynn, Claire Foley, Nancy Ide, Carissa Kang, D. Terence Langendoen, Barbara Lust, Brian MacWhinney, Jonathan Masci, Steven Moran, Antonio Pareja-Lora, Jim Reidy, Oya Y. Rieger, Gary F. Simons, Thorsten Trippel, Kara Warburton, Sue Ellen Wright, Claus Zin

Development of Linguistic Linked Open Data Resources for Collaborative Data-Intensive Research in the Language Sciences

This book is the product of an international workshop dedicated to addressing data accessibility in the linguistics field. It is therefore vital to the book’s mission that its content be open access. Linguistics as a field remains behind many others as far as data management and accessibility strategies. The problem is particularly acute in the subfield of language acquisition, where international linguistic sound files are needed for reference. Linguists' concerns are very much tied to amount of information accumulated by individual researchers over the years that remains fragmented and inaccessible to the larger community. These concerns are shared by other fields, but linguistics to date has seen few efforts at addressing them. This collection, undertaken by a range of leading experts in the field, represents a big step forward. Its international scope and interdisciplinary combination of scholars/librarians/data consultants will provide an important contribution to the field

Formal Linguistic Models and Knowledge Processing. A Structuralist Approach to Rule-Based Ontology Learning and Population

2013 - 2014The main aim of this research is to propose a structuralist approach for knowledge processing by means of ontology learning and population, achieved starting from unstructured and structured texts. The method suggested includes distributional semantic approaches and NL formalization theories, in order to develop a framework, which relies upon deep linguistic analysis... [edited by author]XIII n.s