Head-driven Phrase Structure Grammar

Grundidee und zentrale Prinzipien

Die Head-driven Phrase Structure Grammar (HPSG) ist eine generative Grammatiktheorie aus der Familie der Unifikationsgrammatiken. Sie entstand in den 1980er Jahren auf Grundlage der wiederbelebten kontextfreien Phrasenstrukturgrammatiken. HPSG beschreibt grammatische Regeln als Beschränkungen: Ein Satz oder Satzglied ist korrekt, wenn seine Merkmalsbeschreibung alle geltenden Beschränkungen erfüllt. Transformations- oder Bewegungsregeln werden daher nicht verwendet.

Alle Wörter und Phrasen gelten als Zeichen, also als Form-Bedeutungs-Paare. Ihre Lautstruktur, syntaktischen Eigenschaften und Bedeutung werden in einer einzigen Beschreibung zusammengefasst. Deshalb ist HPSG monostratal, also nicht in mehrere Ableitungsstufen gegliedert. Als Phrasenstrukturgrammatik ist sie eine Konstituentengrammatik: Sie untersucht, aus welchen Konstituenten, also zusammengehörigen Satzteilen, größere Einheiten aufgebaut sind.

HPSG ist deklarativ. Die Grammatik beschreibt, welche Zeichen wohlgeformt sind, statt schrittweise Veränderungen an ihnen vorzunehmen. Auch die Kongruenz von Verb und Subjekt wird als gemeinsame Merkmalsanforderung formuliert: Die entsprechenden Merkmale in Verb und Subjekt müssen nach bestimmten Beschränkungen gleich sein.

Die Theorie ist stark lexikalisiert. Wortspezifische Informationen stehen weitgehend im Lexikon, sodass die allgemeine Grammatik nur wenige Beschränkungen benötigt. Dazu gehören etwa die Argumente eines Verbs, die in Listen innerhalb seiner Merkmalsbeschreibung festgelegt werden. Die Grammatik beschreibt anschließend, wie diese Argumente realisiert werden.

Formale Darstellung durch Merkmalsmatrizen

Die vollständige Information über ein Zeichen wird in einer hierarchisch aufgebauten Attribut-Wert-Matrix (attribute-value matrix, AVM) dargestellt. Jede Zeile ordnet einem Attribut einen Wert zu. Jeder Wert besitzt einen Typ; dieser Typ legt fest, welche Merkmale das betreffende Objekt hat und welche Typen deren Werte besitzen. Die Typen bilden eine Hierarchie, in der Subtypen die Merkmale ihrer Obertypen erben.

Ein Objekt vom Typ index kann beispielsweise die Merkmale PERSON, NUMBER und GENDER mit den Werten 2, sg und fem besitzen. Ein Objekt vom Typ synsem enthält im Formalismus von Pollard und Sag 1994 unter anderem das Merkmal LOCAL mit einem Objekt vom Typ local als Wert und NONLOC mit einem Objekt vom Typ nonloc als Wert. Auch Listen und Mengen können Werte von Merkmalen sein. Das Merkmal SUBCAT verlangt beispielsweise eine Liste von Objekten des Typs synsem.

In Darstellungen werden oft nur die für eine Fragestellung benötigten Merkmale angegeben. Längere Merkmalswege können mit „|“ abgekürzt werden; beispielsweise sind SYNSEM|LOC|CAT|HEAD|MOD und eine entsprechend verschachtelte Matrix gleichbedeutend. Gleiche Werte werden durch Strukturteilung identifiziert, häufig mit Tags wie [1] oder [2].

Eine HPSG-Beschreibung umfasst mindestens:

• eine Signatur mit den vorhandenen Typen, ihren Merkmalen und den Typen ihrer Werte;
• Prinzipien, die Beschränkungen für alle wohlgeformten Zeichen formulieren;
• Funktionen und Relationen, etwa zur Berechnung morphologischer Formen und zum Zusammenfügen von Listen.

Beschränkungen werden mit unterspezifizierten Merkmalsbeschreibungen formuliert. Eine Beschreibung muss mit der betreffenden Merkmalsstruktur unifizierbar sein, damit die Beschränkung erfüllt ist. Das Kopfmerkmalsprinzip besagt zum Beispiel, dass der HEAD-Wert einer Phrase mit Kopf mit dem HEAD-Wert ihrer Kopftochter identisch sein muss. Das Lexikon kann als Beschränkung auf den Typ word oder mit eigenem Status außerhalb der Beschränkungen dargestellt werden.

Lexikon, Wortklassen und Valenz

Das Lexikon besteht aus Lexikoneinträgen, also Merkmalsbeschreibungen für die Wörter einer Sprache. Formal kann dies durch eine Disjunktion ausgedrückt werden: word → (Mensch) ∨ (Haus) ∨ … . Jedes Objekt vom Typ word erfüllt demnach eine der angegebenen Merkmalsbeschreibungen.

Zur Darstellung von Verallgemeinerungen werden Wörter in Wortklassen eingeteilt. Substantive wie Frau, Sonne und Katze können etwa ein gemeinsames Schema für feminine Substantive im Singular erfüllen. In der Analyse von Müller 1999 besitzen sie unter anderem Kopfmerkmale vom Typ noun, verlangen einen Artikel als Komplement und haben gemeinsame Werte für Person, Numerus und Genus.

Lexikonregeln verbinden Lexikoneinträge miteinander und erfassen syntaktische oder besonders morphologische Vorgänge. In einer vereinfachten Analyse kann beispielsweise aus jedem transitiven Verb eine passive Verbform lizenziert werden. Dabei wird das Subjekt der passiven Form mit dem Objekt des transitiven Verbs gleichgesetzt. Der Operator „↦“ verbindet die Beschreibung des Ausgangsworts mit der Beschreibung des lizenzierten Worts.

Komplemente sind von ihrem Kopf lexikalisch im Rahmen der Valenz festgelegt. Valenz bezeichnet hier die vom Zeichen erwarteten Argumente. Diese werden unter SYNSEM|LOC in einer oder mehreren Listen gespeichert, etwa in SUBCAT oder in getrennten Listen für Subjekte und Komplemente. Für sehen können die beiden Nominalphrasen beispielsweise über die Indizes [1] und [2] repräsentiert werden; dieselben Indizes erscheinen in der semantischen Relation als Agens beziehungsweise Patiens.

Für eine Kopf-Komplement-Phrase gilt: Der SUBCAT-Wert der Kopftochter ist die Verknüpfung der SUBCAT-Liste der Phrase mit der Liste der SYNSEM-Werte der Komplementtöchter. Dadurch werden die noch offenen Argumente schrittweise abgebunden.

Semantik und Strukturen mit Köpfen

Die Bedeutung eines Zeichens steht in einem synsem-Objekt meist unter CONTENT. Je nach HPSG-Ansatz werden dafür unterschiedliche Typen verwendet. Pollard und Sag 1994 unterscheiden unter anderem psoa, nom-obj und quant; Bender, Sag und Wasow 2003 schlagen eine einheitliche Merkmalsgeometrie für alle CONTENT- beziehungsweise SEM-Werte vor.

Viele HPSG-Theorien verwenden parametrisierte Sachverhalte (parametrized state of affairs, psoa). Ein psoa besteht aus einer Relation und Parametern, die semantische Rollen dieser Relation angeben. In „Der Mann sieht den Hund“ hat die Relation sehen die Rollen Agens und Patiens. Der Index des Mannes wird durch Strukturteilung mit dem Agens identifiziert, der Index des Hundes mit dem Patiens. Restriktionen legen zusätzlich fest, dass der erste Index ein Mann und der zweite ein Hund ist. So werden syntaktische Argumente mit semantischen Rollen verbunden.

Kontextinformationen stehen unter SYNSEM|LOC|CONTEXT. Das Merkmal BACKGROUND enthält eine Menge von psoa-Objekten mit Hintergrundinformationen über das Aussprechen des Satzes. C-INDICES liefern unter anderem Informationen über Sprecher, Angesprochenen und Ort. In jüngeren HPSG-Arbeiten werden außerdem Minimal Recursion Semantics (MRS) und Lexical Resource Semantics (LRS) verwendet.

Phasale Zeichen bestehen meist aus einer Kopftochter und einer oder mehreren Nichtkopftöchtern. Das HEAD-Merkmal enthält Informationen, die der Kopf und seine Projektionen gemeinsam haben, etwa Kasus, Numerus und Genus bei Nominalphrasen. Nach Pollard und Sag 1994 ist die Semantik einer Phrase meist mit der Semantik der Kopftochter identisch. Bei einer Kopf-Adjunkt-Struktur wird sie dagegen von der Adjunkttochter bestimmt.

Das Beispiel „rotes Buch“ zeigt dies: „Buch“ liefert eine Relation book, während „rotes“ zusätzlich die Relation red für denselben Index hinzufügt. Die Semantik der gesamten Phrase enthält daher beide Relationen. In frühen HPSG-Ansätzen wurden möglichst wenige allgemeine ID-Schemata (Immediate-Dominance-Schemata) verwendet. Pollard und Sag 1994 nehmen sechs ID-Schemata an, darunter eines für Kopf-Komplement- und eines für Kopf-Adjunkt-Strukturen. Ginzburg und Sag 2000 arbeiten dagegen mit 23 ID-Schemata; die Anzahl und Art der Konstruktionen ist in der Forschung umstritten.

Adjunkte, weitere Töchter und Fernbeziehungen

Adjunkte werden nach Pollard und Sag 1994 nicht vom Kopf ausgewählt, sondern selektieren selbst ihren Kopf. Sie besitzen dazu das Kopfmerkmal MOD, das durch Strukturteilung mit dem SYNSEM-Wert des modifizierten Kopfes identifiziert wird. Bei Verwendung der Situationssemantik wird außerdem angenommen, dass die Semantik der Adjunkttochter mit der Semantik der Mutter identisch ist. Neuere Arbeiten behandeln Adjunkte dagegen wie Komplemente und nehmen eine eigene Valenzliste des Kopfes an; dieser Ansatz heißt Adjunct-as-Complement Approach.

Weitere Nichtkopftöchter wurden zur Analyse verschiedener Phänomene vorgeschlagen. Markierer, etwa die englische Konjunktion that, selektieren nach dem Kopf-Markierer-Schema den SYNSEM-Wert des Kopfes über das Merkmal SPEC. Der Markierer und seine Mutter haben dabei den Wert marked für MARKING. Quantifikatoren können mit einem Cooper-Store analysiert werden. Dieser enthält ihre Semantik und wird so lange nach oben weitergereicht, bis eine Beschränkung ihn abbindet.

Nichtlokale Merkmale speichern Informationen für Fernverbindungen (unbounded dependencies). Sie werden von Knoten zu Knoten weitergegeben, bis ein grammatischer Grund zum Abbinden vorliegt. So kann die Extraktion einer Nominalphrase beschrieben werden. In „John₁, Mary loves __₁“ steht John an der hervorgehobenen Stelle, während an der ursprünglichen Objektposition eine koindizierte Spur steht. Ohne Extraktion lautet der Satz „Mary loves John“. Ein weiteres Beispiel ist „I wonder who₁ Sandy loves __₁“; ohne Extraktion lautet der entsprechende Teilsatz „Sandy loves …“.

In der Analyse von Pollard und Sag 1994 ist der LOCAL-Wert der Spur mit einem Element der nichtlokalen SLASH-Liste identifiziert. Die Information wird weitergereicht, bis sie wieder abgebunden wird. Andere Analysen führen nichtlokale Information durch Phrasen mit nur einer Tochter oder durch Lexikonregeln ein und benötigen dafür kein leeres Zeichen.

Bindung, Wortstellung und Computerlinguistik

Die Bindungstheorie beschreibt, ob Nominalphrasen als Reflexivpronomina, Personalpronomina oder Nichtpronomina erscheinen können. Damit eine Nominalphrase anaphorisch, also als Reflexivum, verwendet werden kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: Sie muss in einer bestimmten Beziehung zu einer anderen Nominalphrase stehen, und beide müssen denselben INDEX-Wert besitzen. Die genaue Definition dieser Beziehung unterscheidet sich je nach Ansatz. In HPSG ist jedoch maßgeblich, dass die anaphorische Nominalphrase, ihre Mutter oder deren Projektion obliquer ist als die andere, mit ihr koindizierte Nominalphrase.

Die Konstituentenstellung wird durch Linear-Precedence-Regeln (LP-Regeln) beschrieben. Sie haben die Form X<Y oder Y>X. X<Y bedeutet, dass X vor Y steht; X>Y bezeichnet die umgekehrte Reihenfolge. Bei kopffinalen Phrasen gilt beispielsweise: Kopftochter < Nichtkopftochter. Für Sprachen mit komplexerer oder freierer Wortstellung, etwa das Deutsche, sind kompliziertere oder disjunktive Regeln nötig.

Für freie Komplementstellung wurden verschiedene Vorschläge gemacht: Lexikonregeln können Valenzlisten umordnen, statt Listen können ungeordnete Valenzmengen angenommen werden, oder es können flache Strukturbäume verwendet werden. Ein anderer Ansatz reicht bereits abgebundene Elemente weiter nach oben. Außerdem kann Wortstellung von der syntaktischen Struktur getrennt werden. Die Töchter werden dann in einer Linearisierungsdomäne unter dem Merkmal DOM gesammelt. Mit der Shuffle-Operation werden Domänen vereinigt, wobei die relative Reihenfolge innerhalb einer Domäne erhalten bleibt; kompakte Domänen lassen keine fremden Zeichen zwischen ihren Elementen zu.

Seit Beginn der 1990er Jahre wurden verschiedene computerlinguistische HPSG-Systeme entwickelt. Manche wenden die theoretischen Beschränkungen direkt auf linguistische Objekte an, andere kodieren einen Teil davon als Relationen. Dabei werden auch Phrasenstrukturregeln eingesetzt, obwohl sie im HPSG-Formalismus nicht selbst vorhanden sind, weil sie effizientes Parsen erleichtern. Einige Systeme unterstützen diskontinuierliche Konstituenten. HPSG-basierte Systeme werden insbesondere im Deep Processing eingesetzt und können mit Methoden des Shallow Processing kombiniert werden.