aitech-moj-2023/wyk/01_Jezyk.org

449 lines
11 KiB
Org Mode
Raw Normal View History

2022-02-12 15:54:02 +01:00
* Język — różne perspektywy
** Słowo wstępne
W matematyce istnieją dwa spojrzenia na rzeczywistość: ciągłe i dyskretne.
Otaczająca nas rzeczywistość fizyczna jest z natury ciągła
(przynajmniej jeśli nie operujemy w mikroskali), lecz język
jest dyskretnym wyłomem w ciągłej rzeczywistości.
** Lingwistyka matematyczna
Przypomnijmy sobie definicję języka przyjętą w lingwistyce
2022-02-16 20:07:58 +01:00
matematycznej, w kontekście na przykład teorii automatów.
2022-02-12 15:54:02 +01:00
**Alfabetem** nazywamy skończony zbiór symboli.
**Łańcuchem** nad alfabetem $\Sigma$ nazywamy dowolny, skończony,
2022-02-18 17:24:17 +01:00
ciąg złożony z symboli z $\Sigma$.
2022-02-12 15:54:02 +01:00
**Językiem** nazywamy dowolny, skończony bądź nieskończony, zbiór łańcuchów.
W tym formalnym ujęciu językami są na przykład następujące zbiory:
2022-02-16 20:07:58 +01:00
- $\{\mathit{poniedziałek},\mathit{wtorek},\mathit{środa},\mathit{czwartek},\mathit{piątek},\mathit{sobota},\mathit{niedziela}\}$
- $\{\mathit{ab},\mathit{abb},\mathit{abbb},\mathit{abbbb},\ldots\}$
2022-02-12 15:54:02 +01:00
2022-02-16 20:07:58 +01:00
To podejście, z jednej strony oczywiście nie do końca się pokrywa się z potocznym
2022-02-12 15:54:02 +01:00
rozumieniem słowa /język/, z drugiej kojarzy nam się z takimi
narzędziami informatyki jak wyrażenia regularne, automaty skończenie
stanowe czy gramatyki języków programowania.
#+BEGIN_SRC ipython :session mysession :exports both :results raw drawer
import regex as re
rx = re.compile(r'ab+')
rx.search('żabbba').group(0)
#+END_SRC
#+RESULTS:
:results:
abbb
:end:
#+BEGIN_SRC ipython :session mysession :exports both :results raw drawer
import rstr
rstr.xeger(r'ab+')
#+END_SRC
#+RESULTS:
:results:
abbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb
:end:
2022-02-16 18:26:16 +01:00
** Ujęcie probabilistyczne
Na tym wykładzie przyjmiemy inną perspektywą, częściowo ciągłą, opartą
na probabilistyce. Język będziemy definiować poprzez **rozkład
prawdopodobieństwa**: sensownym wypowiedziom czy tekstom będziemy
przypisywać stosunkowe wysokie prawdopodobieństwo, „ułomnym” tekstom — niższe (być może zerowe).
Na ogół nie mamy jednak do czynienia z językiem jako takim tylko z
jego przybliżeniami, **modelami** (model może być lepszy lub gorszy,
ale przynajmniej powinien być użyteczny…). Formalnie $M$ nazywamy
2022-02-18 17:24:17 +01:00
modelem języka (nad skończonym alfabetem $\Sigma$), jeśli określa dyskretny rozkład prawdopodobieństwa $P_M$:
2022-02-16 18:26:16 +01:00
$$P_M \colon \Sigma^{*} \rightarrow [0,1].$$
Rzecz jasna, skoro mamy do czynienia z rozkładem prawdopodobieństwa, to:
2022-02-18 17:24:17 +01:00
$$\sum_{\alpha \in \Sigma^{*}} P_M(\alpha) = 1.$$
2022-02-16 18:26:16 +01:00
Jeśli $M$ ma być modelem języka polskiego, oczekiwalibyśmy, że dla
napisów:
- $z_1$ — /W tym stanie rzeczy pan Ignacy coraz częściej myślał o Wokulskim./
- $z_2$ — /Po wypełniony zbiornik pełny i należne kwotę, usłyszała w attendant/
- $z_3$ — /xxxxyźźźźźit backspace hoooooooooop x y z/
zachodzić będzie:
\[ P_M(z_1) > P_M(z_2) > P_M(z_3). \]
2022-02-18 17:24:17 +01:00
**Pytanie** Jakiej konkretnie wartości prawdopodobieństwa
spodziewalibyśmy się dla zdania /Dzisiaj rano kupiłem w piekarni sześć
2022-02-16 20:07:58 +01:00
bułek/ dla sensownego modelu języka polskiego?
2022-02-16 18:26:16 +01:00
Moglibyśmy sprowadzić tę definicję języka do tej „dyskretnej”, tzn.
moglibyśmy przyjąć, że łańcuch $\alpha$ należy do języka wyznaczonego
przez model $M$, jeśli $P_M(\alpha) > 0$.
2022-02-18 17:24:17 +01:00
**Pytanie** Czy moglibyśmy w ten sposób opisać język nieskończony? Czy może istnieć
2022-02-16 18:26:16 +01:00
dyskretny rozkład prawdopodobieństwa dla nieskończonego zbioru?
** Co jest symbolem?
Model języka daje rozkład prawdopodobieństwa nad zbiorem łańcuchów
opartym na skończonym alfabecie, tj. zbiorze symboli. W praktyce
alfabet nie musi być zgodny z potocznym czy językoznawczym rozumieniem
tego słowa. To znaczy alfabet może być zbiorem znaków (liter), ale
modelować język możemy też przyjmując inny typ symboli: sylaby,
morfemy (cząstki wyrazów) czy po prostu całe wyrazy.
Powinniśmy przy tym pamiętać, że, koniec końców, w pamięci komputera
wszelkiego rodzaju łańcuchy są zapisywane jako ciągi zer i jedynek — bitów.
Omówmy pokrótce techniczną stronę modelowania języka.
* Kodowanie znaków
** Cóż może być prostszego od pliku tekstowego?
#+BEGIN_EXAMPLE
Ala ma kota.
#+END_EXAMPLE
Komputer nic nie wie o literach.
… w rzeczywistości operuje tylko na liczbach …
… czy raczej na zerach i jedynkach …
… a tak naprawdę na ciągłym sygnale elektrycznym …
2022-02-16 20:07:58 +01:00
[[./01_Jezyk/digitalsignal.jpg]]
2022-02-16 18:26:16 +01:00
… zera i jedynki są w naszej głowie …
… co jest dziwne, /naprawdę/ dziwne …
… ale nikt normalny się tym nie przejmuje.
** Jak zakodować literę?
Zakodowanie pikseli składających się na kształtu (**glyfu**) litery A
/oczywiście/ nie jest dobrym pomysłem.
2022-02-16 20:07:58 +01:00
[[./01_Jezyk/raster.png]]
2022-02-16 18:26:16 +01:00
Nie, potrzebujemy /arbitralnego/ kodowania dla wszystkich możliwych
kształtów litery A (/w naszych głowach/): A, $\mathcal{A}$,
$\mathbb{A}$, $\mathfrak{A}$ powinny otrzymać ten sam kod, powiedzmy 65
(binarnie: 1000001).
** ASCII
ASCII to 7-bitowy (**nie** 8-bitowy!) system kodowania znaków.
#+BEGIN_SRC ipython :session mysession :exports both :results output drawer
for code in range(0, 128):
print(f'{code}: {chr(code)}')
#+END_SRC
#+RESULTS:
:results:
0:
1: 
2: 
3: 
4: 
5: 
6: 
7: 
8: 
9:
10:
11:
12:
13:
14: 
15: 
16: 
17: 
18: 
19: 
20: 
21: 
22: 
23: 
24: 
25: 
26: 
27: 
28: 
29: 
30: 
31: 
32:
33: !
34: "
35: #
36: $
37: %
38: &
39: '
40: (
41: )
42: *
43: +
44: ,
45: -
46: .
47: /
48: 0
49: 1
50: 2
51: 3
52: 4
53: 5
54: 6
55: 7
56: 8
57: 9
58: :
59: ;
60: <
61: =
62: >
63: ?
64: @
65: A
66: B
67: C
68: D
69: E
70: F
71: G
72: H
73: I
74: J
75: K
76: L
77: M
78: N
79: O
80: P
81: Q
82: R
83: S
84: T
85: U
86: V
87: W
88: X
89: Y
90: Z
91: [
92: \
93: ]
94: ^
95: _
96: `
97: a
98: b
99: c
100: d
101: e
102: f
103: g
104: h
105: i
106: j
107: k
108: l
109: m
110: n
111: o
112: p
113: q
114: r
115: s
116: t
117: u
118: v
119: w
120: x
121: y
122: z
123: {
124: |
125: }
126: ~
127: 
:end:
** Jak zejść na poziom bitów?
*** Linux — wiersz poleceń
Linux command line:
#+BEGIN_EXAMPLE
$ echo 'Ala ma kota' > file.txt
$ hexdump -C file.txt
00000000 41 6c 61 20 6d 61 20 6b 6f 74 61 0a |Ala ma kota.|
0000000c
#+END_EXAMPLE
*** Edytor tekstu (Emacs)
2022-02-16 20:07:58 +01:00
[[./01_Jezyk/hexl-mode.png]]
2022-02-16 18:26:16 +01:00
*** Uwaga!
2022-02-18 17:24:17 +01:00
- kiedy dzieje się coś dziwnego, sprawdź, co tak /naprawdę/ jest w pliku
2022-02-16 18:26:16 +01:00
- ASCII jest 7-bitowym kodowaniem (128 znaków)
- choć zazwyczaj uzupełnionym (ang. /padded/) do 8 bitów
- nie mów plik /plik ASCII/, kiedy masz na myśli /prosty/czysty plik tekstowy/ (ang. /plain text file/)
** Higiena plików tekstowych
*** Piekło końca wiersza
2022-02-16 20:07:58 +01:00
[[./01_Jezyk/dante.jpg]]
2022-02-16 18:26:16 +01:00
Więcej na <https://re-research.pl/pl/post/2017-01-28-00042-anatomia-pliku-tekstowego-2.html>
*** Dobre rady
- żadnych niepotrzebnych spacji na końcu wiersza
- żadnych niepotrzebnych pustych wierszy na końcu pliku
- … ale ostatni wiersz powinien zakończyć się znakiem końca wiersza
- nie używać znaków tabulacji (zamiast tego 4 spacje)
- wyjątek: pliki TSV
- wyjątek: pliki Makefile
- uwaga na niestandardowe spacje i dziwne znaki o zerowej długości
** Unikod
ASCII obejmuje 128 znaków: litery alfabetu łacińskiego (właściwie angielskiego),
cyfry, znaki interpunkcyjne, znaki specjalne itd.
Co z pozostałymi znakami? Polskimi ogonkami, czeskimi haczykami,
francuskimi akcentami, cyrylicą, koreańskim alfabetem, chińskimi
znakami, rongorongo?
워싱턴, 부산, 삼성
Rozwiązaniem jest Unikod (ang. /Unicode/) system, który przypisuje
znakom używanym przez ludzkość liczby (kody, ang. /code points/).
| Znak | Kod ASCII | Kod Unikodowy |
|--------+-----------+---------------|
| 9 | 57 | 57 |
| a | 97 | 97 |
| ą | - | 261 |
| ł | - | 322 |
|$\aleph$| - | 1488 |
|ặ | - | 7861 |
|☣ | - | 9763 |
|😇 | - | 128519 |
** UTF-8
Kody znaków są pojęciem abstrakcyjnym. Potrzebujemy konkretnego **kodowania**
by zamienić kody w sekwencję bajtów. Najpopularniejszym kodowaniem jest UTF-8.
W kodowaniu UTF-8 znaki zapisywane za pomocą 1, 2, 3 lub 4 bajtów.
2022-02-16 20:07:58 +01:00
| Znak | Kod Unikodowy | Szesnastkowo | UTF-8 (binarnie) |
2022-02-16 18:26:16 +01:00
|--------+---------------+--------------+--------------------------------------|
| 9 | 57 | U+0049 | 01001001 |
| a | 97 | U+0061 | 01100001 |
| ą | 261 | U+0105 | 11000100:10000101 |
| ł | 322 | U+0142 | 11000101:10000010 |
|$\aleph$| 1488 | U+05D0 | 11010111:10010000 |
|ặ | 7861 | U+1EB7 | 11100001:10111010:10110111 |
|☣ | 9763 | U+2623 | 11100010:10011000:10100011 |
|😇 | 128519 | U+1f607 | 11110000:10011111:10011000:10000111 |
2022-02-16 20:07:58 +01:00
** /Źdźbło/ to ile bajtów w UTF-8?
2022-02-18 17:24:17 +01:00
Jeśli wczytać jako wiersz w języku C, 11 bajtów!
2022-02-16 20:07:58 +01:00
2022-02-18 17:24:17 +01:00
[[./01_Jezyk/zdzblo.png]]
2022-02-16 20:07:58 +01:00
** Dlaczego UTF-8 jest doskonałym systemem kodowania?
- wstecznie kompatybilny z ASCII
- plik ASCII jest poprawnym plikiem UTF-8
- nie zajmuje dużo miejsca
2022-02-18 17:24:17 +01:00
- chyba że w tekście jest dużo „dziwnych” znaków
2022-02-16 20:07:58 +01:00
- proste grepowanie działa
- ~grep UAM text-in-utf8.txt~ zadziała
- ale nawet nie próbuj: ~grep SRPOL text-in-utf16.txt~
** Porady
- zawsze używaj UTF-8
- bądź asertywny! jeśli w pracy każą używać czegoś innego — rezygnuj z pracy
- *NIE* używaj innych unikodowych kodowań: UTF-16, UTF-32, UCS-2
- *NIE* używaj nieunikodowych systemów kodowania
- ISO-8859-2, Windows-1250, Mazovia, IEA Świerk, …
- uwaga na pułapki UTF-8
- ustalenie długości napisu w znakach wymaga przejścia znak po znaku
- jeśli napis w kodowaniu UTF-8 zajmuje 9 bajtów, ile to znaków?
3, 4, 5, 6, 7, 8 lub 9!
** *NIE* używaj sekwencji BOM
[[./01_Jezyk/evil-bom.png]]
2022-02-18 17:24:17 +01:00
** Unikod/UTF-8 a języki programowania
Pamiętaj, żeby być konsekwentnym!
- kodowanie kodu źródłowego (literały!)
- czasami podawane na początku pliku
- … albo brane z ustawień /locale/
- … albo — domyślnie — UTF-8 (w nowszych językach programowania)
- kodowanie standardowego wejścia/wyjścia i plików
- jak sekwencje bajtów są interpretowane w czasie działania programu?how the sequence of bytes is \alert{interpreted} during run-time?
- /Źdźbło/ jest łańcuchem złożonym z 6 czy 9 elementów??
- 9 bajtów
- 6 kodów
- ~"Źdźbło"[1]~
- ~d~
- … albo śmieci
*** Python 2
#+BEGIN_SRC ipython
#!/usr/bin/python2
# -*- coding: utf-8 -*-
import sys
for line in sys.stdin:
line = line.decode('utf-8').rstrip()
if "źdźbło".decode('utf-8') in line:
print len(line), ' ', line
#+END_SRC
*** Python3
#+BEGIN_SRC ipython
#!/usr/bin/python3
import sys
for line in sys.stdin:
line = line.strip()
if "źdźbło" in line:
print(len(line), ' ', line)
#+END_SRC
Uwaga: zakładając, że zmienna środowiskowa ~LANG~ jest ustawiona na UTF-8.