Probabilistic Parsing Strategies

We present new results on the relation between purely symbolic context-free parsing strategies and their probabilistic counter-parts. Such parsing strategies are seen as constructions of push-down devices from grammars. We show that preservation of probability distribution is possible under two conditions, viz. the correct-prefix property and the property of strong predictiveness. These results generalize existing results in the literature that were obtained by considering parsing strategies in isolation. From our general results we also derive negative results on so-called generalized LR parsing.Comment: 36 pages, 1 figur

Tabular Parsing

This is a tutorial on tabular parsing, on the basis of tabulation of nondeterministic push-down automata. Discussed are Earley's algorithm, the Cocke-Kasami-Younger algorithm, tabular LR parsing, the construction of parse trees, and further issues.Comment: 21 pages, 14 figure

Robust input representations for low-resource information extraction

Recent advances in the field of natural language processing were achieved with deep learning models. This led to a wide range of new research questions concerning the stability of such large-scale systems and their applicability beyond well-studied tasks and datasets, such as information extraction in non-standard domains and languages, in particular, in low-resource environments. In this work, we address these challenges and make important contributions across fields such as representation learning and transfer learning by proposing novel model architectures and training strategies to overcome existing limitations, including a lack of training resources, domain mismatches and language barriers. In particular, we propose solutions to close the domain gap between representation models by, e.g., domain-adaptive pre-training or our novel meta-embedding architecture for creating a joint representations of multiple embedding methods. Our broad set of experiments demonstrates state-of-the-art performance of our methods for various sequence tagging and classification tasks and highlight their robustness in challenging low-resource settings across languages and domains.Die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Verarbeitung natürlicher Sprache wurden mit Deep-Learning-Modellen erzielt. Dies führte zu einer Vielzahl neuer Forschungsfragen bezüglich der Stabilität solcher großen Systeme und ihrer Anwendbarkeit über gut untersuchte Aufgaben und Datensätze hinaus, wie z. B. die Informationsextraktion für Nicht-Standardsprachen, aber auch Textdomänen und Aufgaben, für die selbst im Englischen nur wenige Trainingsdaten zur Verfügung stehen. In dieser Arbeit gehen wir auf diese Herausforderungen ein und leisten wichtige Beiträge in Bereichen wie Repräsentationslernen und Transferlernen, indem wir neuartige Modellarchitekturen und Trainingsstrategien vorschlagen, um bestehende Beschränkungen zu überwinden, darunter fehlende Trainingsressourcen, ungesehene Domänen und Sprachbarrieren. Insbesondere schlagen wir Lösungen vor, um die Domänenlücke zwischen Repräsentationsmodellen zu schließen, z.B. durch domänenadaptives Vortrainieren oder unsere neuartige Meta-Embedding-Architektur zur Erstellung einer gemeinsamen Repräsentation mehrerer Embeddingmethoden. Unsere umfassende Evaluierung demonstriert die Leistungsfähigkeit unserer Methoden für verschiedene Klassifizierungsaufgaben auf Word und Satzebene und unterstreicht ihre Robustheit in anspruchsvollen, ressourcenarmen Umgebungen in verschiedenen Sprachen und Domänen

Combining Representation Learning with Logic for Language Processing

The current state-of-the-art in many natural language processing and automated knowledge base completion tasks is held by representation learning methods which learn distributed vector representations of symbols via gradient-based optimization. They require little or no hand-crafted features, thus avoiding the need for most preprocessing steps and task-specific assumptions. However, in many cases representation learning requires a large amount of annotated training data to generalize well to unseen data. Such labeled training data is provided by human annotators who often use formal logic as the language for specifying annotations. This thesis investigates different combinations of representation learning methods with logic for reducing the need for annotated training data, and for improving generalization.Comment: PhD Thesis, University College London, Submitted and accepted in 201

Machine learning for managing structured and semi-structured data

As the digitalization of private, commercial, and public sectors advances rapidly, an increasing amount of data is becoming available. In order to gain insights or knowledge from these enormous amounts of raw data, a deep analysis is essential. The immense volume requires highly automated processes with minimal manual interaction. In recent years, machine learning methods have taken on a central role in this task. In addition to the individual data points, their interrelationships often play a decisive role, e.g. whether two patients are related to each other or whether they are treated by the same physician. Hence, relational learning is an important branch of research, which studies how to harness this explicitly available structural information between different data points. Recently, graph neural networks have gained importance. These can be considered an extension of convolutional neural networks from regular grids to general (irregular) graphs. Knowledge graphs play an essential role in representing facts about entities in a machine-readable way. While great efforts are made to store as many facts as possible in these graphs, they often remain incomplete, i.e., true facts are missing. Manual verification and expansion of the graphs is becoming increasingly difficult due to the large volume of data and must therefore be assisted or substituted by automated procedures which predict missing facts. The field of knowledge graph completion can be roughly divided into two categories: Link Prediction and Entity Alignment. In Link Prediction, machine learning models are trained to predict unknown facts between entities based on the known facts. Entity Alignment aims at identifying shared entities between graphs in order to link several such knowledge graphs based on some provided seed alignment pairs. In this thesis, we present important advances in the field of knowledge graph completion. For Entity Alignment, we show how to reduce the number of required seed alignments while maintaining performance by novel active learning techniques. We also discuss the power of textual features and show that graph-neural-network-based methods have difficulties with noisy alignment data. For Link Prediction, we demonstrate how to improve the prediction for unknown entities at training time by exploiting additional metadata on individual statements, often available in modern graphs. Supported with results from a large-scale experimental study, we present an analysis of the effect of individual components of machine learning models, e.g., the interaction function or loss criterion, on the task of link prediction. We also introduce a software library that simplifies the implementation and study of such components and makes them accessible to a wide research community, ranging from relational learning researchers to applied fields, such as life sciences. Finally, we propose a novel metric for evaluating ranking results, as used for both completion tasks. It allows for easier interpretation and comparison, especially in cases with different numbers of ranking candidates, as encountered in the de-facto standard evaluation protocols for both tasks.Mit der rasant fortschreitenden Digitalisierung des privaten, kommerziellen und öffentlichen Sektors werden immer größere Datenmengen verfügbar. Um aus diesen enormen Mengen an Rohdaten Erkenntnisse oder Wissen zu gewinnen, ist eine tiefgehende Analyse unerlässlich. Das immense Volumen erfordert hochautomatisierte Prozesse mit minimaler manueller Interaktion. In den letzten Jahren haben Methoden des maschinellen Lernens eine zentrale Rolle bei dieser Aufgabe eingenommen. Neben den einzelnen Datenpunkten spielen oft auch deren Zusammenhänge eine entscheidende Rolle, z.B. ob zwei Patienten miteinander verwandt sind oder ob sie vom selben Arzt behandelt werden. Daher ist das relationale Lernen ein wichtiger Forschungszweig, der untersucht, wie diese explizit verfügbaren strukturellen Informationen zwischen verschiedenen Datenpunkten nutzbar gemacht werden können. In letzter Zeit haben Graph Neural Networks an Bedeutung gewonnen. Diese können als eine Erweiterung von CNNs von regelmäßigen Gittern auf allgemeine (unregelmäßige) Graphen betrachtet werden. Wissensgraphen spielen eine wesentliche Rolle bei der Darstellung von Fakten über Entitäten in maschinenlesbaren Form. Obwohl große Anstrengungen unternommen werden, so viele Fakten wie möglich in diesen Graphen zu speichern, bleiben sie oft unvollständig, d. h. es fehlen Fakten. Die manuelle Überprüfung und Erweiterung der Graphen wird aufgrund der großen Datenmengen immer schwieriger und muss daher durch automatisierte Verfahren unterstützt oder ersetzt werden, die fehlende Fakten vorhersagen. Das Gebiet der Wissensgraphenvervollständigung lässt sich grob in zwei Kategorien einteilen: Link Prediction und Entity Alignment. Bei der Link Prediction werden maschinelle Lernmodelle trainiert, um unbekannte Fakten zwischen Entitäten auf der Grundlage der bekannten Fakten vorherzusagen. Entity Alignment zielt darauf ab, gemeinsame Entitäten zwischen Graphen zu identifizieren, um mehrere solcher Wissensgraphen auf der Grundlage einiger vorgegebener Paare zu verknüpfen. In dieser Arbeit stellen wir wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Vervollständigung von Wissensgraphen vor. Für das Entity Alignment zeigen wir, wie die Anzahl der benötigten Paare reduziert werden kann, während die Leistung durch neuartige aktive Lerntechniken erhalten bleibt. Wir erörtern auch die Leistungsfähigkeit von Textmerkmalen und zeigen, dass auf Graph-Neural-Networks basierende Methoden Schwierigkeiten mit verrauschten Paar-Daten haben. Für die Link Prediction demonstrieren wir, wie die Vorhersage für unbekannte Entitäten zur Trainingszeit verbessert werden kann, indem zusätzliche Metadaten zu einzelnen Aussagen genutzt werden, die oft in modernen Graphen verfügbar sind. Gestützt auf Ergebnisse einer groß angelegten experimentellen Studie präsentieren wir eine Analyse der Auswirkungen einzelner Komponenten von Modellen des maschinellen Lernens, z. B. der Interaktionsfunktion oder des Verlustkriteriums, auf die Aufgabe der Link Prediction. Außerdem stellen wir eine Softwarebibliothek vor, die die Implementierung und Untersuchung solcher Komponenten vereinfacht und sie einer breiten Forschungsgemeinschaft zugänglich macht, die von Forschern im Bereich des relationalen Lernens bis hin zu angewandten Bereichen wie den Biowissenschaften reicht. Schließlich schlagen wir eine neuartige Metrik für die Bewertung von Ranking-Ergebnissen vor, wie sie für beide Aufgaben verwendet wird. Sie ermöglicht eine einfachere Interpretation und einen leichteren Vergleich, insbesondere in Fällen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Kandidaten, wie sie in den de-facto Standardbewertungsprotokollen für beide Aufgaben vorkommen

Modeling the Multi-mode Distribution in Self-Supervised Language Models

Self-supervised large language models (LMs) have become a highly-influential and foundational tool for many NLP models. For this reason, their expressivity is an important topic of study. In near-universal practice, given the language context, the model predicts a word from the vocabulary using a single embedded vector representation of both context and dictionary entries. Note that the context sometimes implies that the distribution over predicted words should be multi-modal in embedded space. However, the context’s single-vector representation provably fails to capture such a distribution. To address this limitation, we propose to represent context with multiple vector embeddings, which we term facets. This is distinct from previous work on multi-sense vocabulary embeddings, which employs multiple vectors for the dictionary entries, not the context. In this dissertation, we first present the theoretical limitations of the single context embedding in LMs and how the theoretical analyses suggest new alternative softmax layers that encode a context as multiple embeddings. The proposed alternatives achieve better perplexity than the mixture of softmax (MoS), especially given an ambiguous context, without adding significant computational cost to LMs. Our approaches also let GPT-2 learn to properly copy the entities from the context, which increases the coherence of the generated text without requiring any labels. In addition to predicting the next word, we also use multiple CLS embeddings to improve state-of-the-art pretraining methods for BERT on natural language understanding (NLU) benchmarks without introducing significant extra parameters or computations, especially when the training datasets are small. Furthermore, we show that our multi-facet embeddings improve the sequential recommendation, scientific paper embeddings, measurement of sentence similarity, distantly supervised relation extraction, unsupervised text pattern entailment detection, and cold-start citation recommendation. Finally, we use the multiple vector embeddings to predict the future topics of a context, and build on the basis, we propose a novel interactive language generation framework

Named Entity Recognition and Linking in Greek Legislation

Δείχνουμε πώς η αναγνώριση οντοτήτων σε κείμενα Ελληνικής νομοθεσίας μπορεί να επιτευχθεί με την χρήση ενός αναγνωριστή ονομασμένων οντοτήτων (named entity rec- ognizer, NER). Η δουλειά μας είναι η πρώτη του είδους της που ασχολείται με την ελλη- νική γλώσσα σε τόσο βάθος και μία από ελάχιστες που μελετούν νομικό κείμενο. Εφαρ- μόζουμε αναζήτηση δικτύου (grid search) σε πολλαπλές αρχιτεκτονικές νευρωνικών δι- κτύων και συνδυασμούς υπερ-παραμέτρων (hyper-parameters) για να μεγιστοποιήσουμε την αποτε- λεσματικότητα της προσέγγισής μας. Δείχνουμε ότι, χρησιμοποιώντας ένα με- γάλο νομικό λεξικό χτίσαμε ενσωματωμένες/συμβολικές λέξεις (word/token-shaped em- beddings) χρη- σιμοποιώντας το Word2Vec και τελικά πετυχαίνουμε κατά μέσο όρο 86% ακρίβεια σε ανα- γνώριση οργανισμών, νομικών αναφορών, γεωγραφικών τοποθεσιών, ανθρώπων, γεω-πολιτικών οντοτήτων (GPEs) και δημοσίων εγγράφων. Η αξιολόγηση της μεθοδολογίας μας βασίζεται στις μετρικές της ακριβείας (precision), της ανάκλησης (recall) και της f 1 μετρικής (f1-score) ανά τύπο οντότητας για κάθε νευρωνικό δίκτυο. Τέ- λος, μετράμε την αναλογία των σωστά προβλεπόμενων συνδέσμων για την διασύνδεση RDF συνόλων δεδομένων (datasets) που παράγονται από την προσέγγισή μας με άλλα γνωστά σύνολα δεδομένων που έχουν εκδοθεί δημόσια και πώς μπορούμε να εξάγουμε νέα γνώση έμμεσα με την προσέγγισή μας από την DBpedia, το ELI (Europeal Legislation Identifier) και το GAG (Greek administrative geography, Ελληνική διοικητική γεωγραφία) του Καλλικράτη.We show how entity recognition in Greek legislation texts can be achieved by utilizing a named entity recognizer (NER). Our work is the first of its kind for the Greek language in such an extended form and one of the few that examines legal text. We apply grid search on multiple neural network architectures and combination of hyper-parameters to maxi- mize the efficiency of our approach. We show that, utilizing a big legal corpus we built word/token-shape embeddings using Word2Vec, and finally achieve 86% accuracy on av- erage in recognition of organizations, legal references, geographical landmarks, persons, geo-political entities (GPEs) and public documents. The evaluation of our methodology is based on the metrics of precision, recall, f 1 -score per entity type for each neural network. Finally, we measure the ratio of correctly guessed links for the interlinking of RDF datasets produced by our approach with well-known public datasets and how new knowledge can be inferred indirectly by our approach from DBpedia, ELI (Europeal Legislation Identifier) and GAG (Greek administrative geography) of Kallikratis