句法分析通过后并不等于已经理解了所分析的句子，至少还需要进行语义分析，把分析得到的句法成分与应用领域中的目标表示相关联，才能产生唯一正确的理解。简单的做法就是依次使用独立的句法分析程序和语义解释程序。这样做的问题是，在很多情况下句法分析和语义分析相分离，常常无法决定句子的结构。ATN允许把语义信息加进句法分析，并充分支持语义解释。为有效地实现语义分析，并能与句法分析紧密结合，学者们给出了多种进行语义分析的方法，这里主要介绍语义文法和格文法。
（一）语义文法
语义文法是将文法知识和语义知识组合起来，以统一的方式定义为文法规则集。[4]语义文法是上下文无关的，形态上与面向自然语言的常见文法相同，只是不采用NP、VP及PP等表示句法成分的非终止符，而是使用能表示语义类型的符号，从而可以定义包含语义信息的文法规则。
下面给出一个关于舰船信息的例子，可以看出语义文法在语义分析中的作用。
（二）格文法(www.xing528.com)
格文法主要是为了找出动词和跟它处在结构关系中的名词的语义关系，同时也涉及动词或动词短语与其他的各种名词短语之间的关系。格文法的特点是允许以动词为中心构造分析结果，尽管文法规则只描述句法，但分析结果产生的结构却对应于语义关系，而非严格的句法关系。
在格表示中，一个语句包含的名词词组和介词词组均以它们与句子中动词的关系来表示，称为格。在格文法中，格表示的语义方面的关系，反映的是句子中包含的思想、观念等，称为深层格。和短语结构文法相比，格文法对于句子的深层语义有着更好的描述。无论句子的表层形式如何变化，如主动语态变为被动语态，陈述句变为疑问句，肯定句变为否定句等，其底层的语义关系，各名词成分所代表的格关系不会发生相应的变化。
规则化的知识库则为机器提供了推理能力。当超级计算机沃森在《危险边缘》中面对这样一个问题：“When 60 Minutes premiered，this man was U.S.President.（当《60分钟》初次上演时，这个人是当时的美国总统）”时，Waston需要使用句法分析之类的技术对句子进行句法分解，然后确定“permiered”的语义后面关联的是一个日期；同时要对“60分钟”进行语义消歧，确定它指代的是某个电视节目而非具体的时间。在进行句法分析后，沃森需要最后根据确定的日期，推断当时在位的美国总统。
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