A robust self-learning method for fully unsupervised cross-lingual mappings of word embeddings

Recent work has managed to learn cross-lingual word embeddings without parallel data by mapping monolingual embeddings to a shared space through adversarial training. However, their evaluation has focused on favorable conditions, using comparable corpora or closely-related languages, and we show that they often fail in more realistic scenarios. This work proposes an alternative approach based on a fully unsupervised initialization that explicitly exploits the structural similarity of the embeddings, and a robust self-learning algorithm that iteratively improves this solution. Our method succeeds in all tested scenarios and obtains the best published results in standard datasets, even surpassing previous supervised systems. Our implementation is released as an open source project at https://github.com/artetxem/vecmapComment: ACL 201

Robust Unsupervised Cross-Lingual Word Embedding using Domain Flow Interpolation

This paper investigates an unsupervised approach towards deriving a universal, cross-lingual word embedding space, where words with similar semantics from different languages are close to one another. Previous adversarial approaches have shown promising results in inducing cross-lingual word embedding without parallel data. However, the training stage shows instability for distant language pairs. Instead of mapping the source language space directly to the target language space, we propose to make use of a sequence of intermediate spaces for smooth bridging. Each intermediate space may be conceived as a pseudo-language space and is introduced via simple linear interpolation. This approach is modeled after domain flow in computer vision, but with a modified objective function. Experiments on intrinsic Bilingual Dictionary Induction tasks show that the proposed approach can improve the robustness of adversarial models with comparable and even better precision. Further experiments on the downstream task of Cross-Lingual Natural Language Inference show that the proposed model achieves significant performance improvement for distant language pairs in downstream tasks compared to state-of-the-art adversarial and non-adversarial models

Limitations and challenges of unsupervised cross-lingual pre-training

[ES] Los métodos de alineamiento croslingüe para representaciones monolingües del lenguaje han sido objeto de un interés notable en el campo de procesamiento del lenguaje natural durante los últimos años, en gran medida debido a la capacidad que estos tienen para general alineamientos entre lenguas utilizando poca o nula información paralela. Sin embargo, su uso en técnicas de preentrenamiento de modelos de traducción automática, un papel en el que los modelos monolingües son particularmente exitosos, y que debería beneficiarse de la información croslingüe obtenida, sigue siendo limitado. Esta propuesta intenta aportar algo de luz sobre los efectos de algunos de los factores que afectan a las representaciones croslingües y las estrategias de preentrenamiento, con la esperanza de que pueda ayudar a futuras investigaciones en este campo. Para ello, este trabajo estudia los dos componentes principales que constituyen el preentrenamiento croslingüe: los alineamientos croslingües y la integración de los mismos como modelos de preentrenamiento. Los primeros son explorados a través de varios métodos croslingües no supervisados ampliamente conocidos, que emplean principalmente similaridades distribucionales para encontrar un alineamiento satisfactorio entre lenguajes. Debido a esto, resultan un interesante terreno de pruebas en el que analizar los efectos de la similaridad entre lenguajes sobre tanto las técnicas de alineamiento croslingüe como los espacios de representación sobre los que operan. En en apartado de integración en preentrenamiento, los espacios de representación croslingües son utilizados para preentrenar modelos de traducción automática, los cuales son comparados contra esquemas que emplean espacios de representación independientes. Los resultados muestran que los métodos croslingües con supervisión débil son remarcablemente efectivos a la hora de generar alineamientos incluso para parejas de lenguajes muy diferentes, y se benefician notablemente de la información a nivel de subpalabra. Sin embargo, el efecto del alineamiento croslingüe en el preentrenamiento es reducido debido a las dificultad de mantener la estructura de la proyección durante el entrenamiento, así como por la limitada influencia que el propio preentrenamiento tiene sobre el modelo supervisado.[EN] Cross-lingual alignment methods for monolingual language representations have received notable research attention in the past few years due to their capacity to induce bilingual alignments with little or no supervision signals. However, their use in machine translation pre-training, a function that monolingual models excel at, and which should benefit from cross-lingual information, remains limited. This work tries to shed light on the effects of some of the factors that play a role in cross-lingual representations and pre-training strategies, with the hope that it can help guide future endeavors in the field. To this end, the survey studies the two main components that constitute cross-lingual pre-training: cross-lingual mappings and their pre-training integration. The former are explored through some widely known fully unsupervised cross-lingual methods, which rely on distributional similarities between languages. Consequently, they are a great basis upon which to consider the effects of language similarity on both cross-mapping techniques and the representation spaces over which they operate. In pre-training integration, cross-lingual representation spaces are used to pre-train a neural machine translation models, which are compared against techniques that employ independent monolingual spaces. The results show that weakly-supervised cross-lingual methods are remarkably effective at inducing alignment even for distant languages and they benefit noticeably from subword information. However, the effect of cross-linguality in pre-training is diminished due to difficulties in maintaining the structure of the projection during training, and the limited influence that pre-training itself has in the supervised model.Quesada Zaragoza, M. (2021). Limitations and challenges of unsupervised cross-lingual pre-training. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/174111TFG

Multilingual word embeddings and their utility in cross-lingual learning

Word embeddings - dense vector representations of a word’s distributional semantics - are an indespensable component of contemporary natural language processing (NLP). Bilingual embeddings, in particular, have attracted much attention in recent years, given their inherent applicability to cross-lingual NLP tasks, such as Part-of-speech tagging and dependency parsing. However, despite recent advancements in bilingual embedding mapping, very little research has been dedicated to aligning embeddings multilingually, where word embeddings for a variable amount of languages are oriented to a single vector space. Given a proper alignment, one potential use case for multilingual embeddings is cross-lingual transfer learning, where a machine learning model trained on resource-rich languages (e.g. Finnish and Estonian) can “transfer” its salient features to a related language for which annotated resources are scarce (e.g. North Sami). The effect of the quality of this alignment on downstream cross-lingual NLP tasks has also been left largely unexplored, however. With this in mind, our work is motivated by two goals. First, we aim to leverage existing supervised and unsupervised methods in bilingual embedding mapping towards inducing high quality multilingual embeddings. To this end, we propose three algorithms (one supervised, two unsupervised) and evaluate them against a completely supervised bilingual system and a commonly employed baseline approach. Second, we investigate the utility of multilingual embeddings in two common cross-lingual transfer learning scenarios: POS-tagging and dependency parsing. To do so, we train a joint POS-tagger/dependency parser on Universal Dependencies treebanks for a variety of Indo-European languages and evaluate it on other, closely related languages. Although we ultimately observe that, in most settings, multilingual word embeddings themselves do not induce a cross-lingual signal, our experimental framework and results offer many insights for future cross-lingual learning experiments

Character-level and syntax-level models for low-resource and multilingual natural language processing

There are more than 7000 languages in the world, but only a small portion of them benefit from Natural Language Processing resources and models. Although languages generally present different characteristics, “cross-lingual bridges” can be exploited, such as transliteration signals and word alignment links. Such information, together with the availability of multiparallel corpora and the urge to overcome language barriers, motivates us to build models that represent more of the world’s languages. This thesis investigates cross-lingual links for improving the processing of low-resource languages with language-agnostic models at the character and syntax level. Specifically, we propose to (i) use orthographic similarities and transliteration between Named Entities and rare words in different languages to improve the construction of Bilingual Word Embeddings (BWEs) and named entity resources, and (ii) exploit multiparallel corpora for projecting labels from high- to low-resource languages, thereby gaining access to weakly supervised processing methods for the latter. In the first publication, we describe our approach for improving the translation of rare words and named entities for the Bilingual Dictionary Induction (BDI) task, using orthography and transliteration information. In our second work, we tackle BDI by enriching BWEs with orthography embeddings and a number of other features, using our classification-based system to overcome script differences among languages. The third publication describes cheap cross-lingual signals that should be considered when building mapping approaches for BWEs since they are simple to extract, effective for bootstrapping the mapping of BWEs, and overcome the failure of unsupervised methods. The fourth paper shows our approach for extracting a named entity resource for 1340 languages, including very low-resource languages from all major areas of linguistic diversity. We exploit parallel corpus statistics and transliteration models and obtain improved performance over prior work. Lastly, the fifth work models annotation projection as a graph-based label propagation problem for the part of speech tagging task. Part of speech models trained on our labeled sets outperform prior work for low-resource languages like Bambara (an African language spoken in Mali), Erzya (a Uralic language spoken in Russia’s Republic of Mordovia), Manx (the Celtic language of the Isle of Man), and Yoruba (a Niger-Congo language spoken in Nigeria and surrounding countries)

Unsupervised neural machine translation between the Portuguese language and the Chinese and Korean languages

Tese de Mestrado, Informática, 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasO propósito desta dissertação é apresentar um estudo comparativo e de reprodução sobre técnicas de Tradução Automática Neuronal Não-Supervisionada (Unsupervised Neural Machine Translation) para o par de línguas Português (PT) →Chinês (ZH) e Português (PT) → Coreano (KR) tirando partido de ferramentas e recursos online. A escolha destes pares de línguas prende-se com duas grandes razões. A primeira refere-se à importância no panorama global das línguas asiáticas, nomeadamente do chinês, e também pela infuência que a língua portuguesa desempenha no mundo especialmente no hemisfério sul. A segunda razão é puramente académica. Como há escassez de estudos na área de Processamento Natural de Linguagem (NLP) com línguas não-germânicas (devido à hegemonia da língua inglesa), procurou-se desenvolver um trabalho que estude a infuência das técnicas de tradução não supervisionada em par de línguas poucos estudadas, a fm de testar a sua robustez. Falada por um quarto da população mundial, a língua chinesa é o“Ás”no baralho de cartas da China. De acordo com o International Chinese Language Education Week, em 2020 estimava-se que 200 milhões pessoas não-nativas já tinham aprendido chinês e que no ano corrente se encontravam mais de 25 milhões a estudá-la. Com a infuência que a língua chinesa desempenha, torna-se imperativo desenvolver ferramentas que preencham as falhas de comunicação. Assim, nesta conjuntura global surge a tradução automática como ponte de comunicação entre várias culturas e a China. A Coreia do Sul, também conhecida como um dos quatro tigres asiáticos, concretizou um feito extraordinário ao levantar-se da pobreza extrema para ser um dos países mais desenvolvidos do mundo em duas gerações. Apesar de não possuir a hegemonia económica da China, a Coreia do Sul exerce bastante infuência devido ao seu soft power na área de entretenimento, designado por hallyu. Esta“onda”de cultura pop coreana atraí multidões para a aprendizagem da cultura. De forma a desvanecer a barreira comunicativa entre os amantes da cultura coreana e os nativos, a tradução automática é um forte aliado porque permite a interação entre pessoas instantaneamente sem a necessidade de aprender uma língua nova. Apesar de Portugal não ter ligações culturais com a Coreia, há uma forte ligação com a região administrativa especial de Macau (RAEM) onde o português é uma das línguas ofciais, sendo que a Tradução Automática entre ambas as línguas ofciais é uma das áreas estratégicas do governo local tendo sido estabelecido um laboratório de Tradução Automática no Instituto Politécnico de Macau que visa construir um sistema que possa ser usado na função pública de auxílio aos tradutores. Neste trabalho foram realizadas duas abordagens: (i) Tradução Automática Neuronal Não Supervisionada (Unsupervised Neural Machine Translation) e; (ii) abordagem pivô (pivot approach). Como o foco da dissertação é em técnicas nãosupervisionadas, nenhuma das arquiteturas fez uso de dados paralelos entre os pares de línguas em questão. Nomeadamente, na primeira abordagem usou-se dados monolingues. Na segunda introduziu-se uma terceira língua pivô que é utilizada para estabelecer a ponte entre a língua de partida e a de chegada. Esta abordagem à tradução automática surgiu com a necessidade de criar sistemas de tradução para pares de línguas onde existem poucos ou nenhuns dados paralelos. Como demonstrado por Koehn and Knowles [2017a], a tradução automática neuronal precisa de grandes quantidades de dados a fm de ter um desempenho melhor que a Tradução Automática Estatística (SMT). No entanto, em pares de línguas com poucos recursos linguísticos isso não é exequível. Para tal, a arquitetura de tradução automática não supervisionada somente requer dados monolingues. A implementação escolhida foi a de Artetxe et al. [2018d] que é constituída por uma arquitetura encoder-decoder. Como contém um double-encoder, para esta abordagem foram consideradas ambas direções: Português ↔ Chinês e Português ↔ Coreano. Para além da reprodução para línguas dissimilares com poucos recursos, também foi elaborado um estudo de replicação do artigo original usando os dados de um dos pares de línguas estudados pelos autores: Inglês ↔ Francês. Outra alternativa para a falta de corpora paralelos é a abordagem pivô. Nesta abordagem, o sistema faz uso de uma terceira língua, designada por pivô, que liga a língua de partida à de chegada. Esta opção é tida em conta quando há existência de dados paralelos em abundância entre as duas línguas. A motivação deste método é fazer jus ao desempenho que as redes neuronais têm quando são alimentadas com grandes volumes de dados. Com a existência de grandes quantidades de corpora paralelos entre todas as línguas em questão e a pivô, o desempenho das redes compensa a propagação de erro introduzida pela língua intermediária. No nosso caso, a língua pivô escolhida foi o inglês pela forte presença de dados paralelos entre o pivô e as restantes três línguas. O sistema começa por traduzir de português para inglês e depois traduz a pivô para coreano ou chinês. Ao contrário da primeira abordagem, só foi considerada uma direção de Português → Chinês e Português → Coreano. Para implementar esta abordagem foi considerada a framework OpenNMT desenvolvida por [Klein et al., 2017]. Os resultados foram avaliados usando a métrica BLEU [Papineni et al., 2002b]. Com esta métrica foi possível comparar o desempenho entre as duas arquiteturas e aferir qual é o método mais efcaz para pares de línguas dissimilares com poucos recursos. Na direção Português → Chinês e Português → Coreano a abordagem pivô foi superior tendo obtido um BLEU de 13,37 pontos para a direção Português → Chinês e um BLEU de 17,28 pontos na direção Português → Coreano. Já com a abordagem de tradução automática neural não supervisionada o valor mais alto obtido na direção Português → Coreano foi de um BLEU de 0,69, enquanto na direção de Português → Chinês foi de 0,32 BLEU (num total de 100). Os valores da tradução não supervisionada vão estão alinhados com os obtidos por [Guzmán et al., 2019], [Kim et al., 2020]. A explicação dada para estes valores baixos prende-se com a qualidade dos cross-lingual embeddings. O desempenho dos cross-lingual embeddings tende a degradar-se quando mapeia pares de línguas distantes e, sendo que modelo de tradução automática não supervisionado é inicializado com os cross-lingual embeddings, caso estes sejam de baixa qualidade, o modelo não converge para um ótimo local, resultando nos valores obtidos na dissertação. Dos dois métodos testados, verifica-se que a abordagem pivô é a que tem melhor performance. Tal como foi possível averiguar pela literatura corrente e também pelos resultados obtidos nesta dissertação, o método neuronal não-supervisionado proposto por Artetxe et al. [2018d] não é sufcientemente robusto para inicializar um sistema de tradução suportado por textos monolingues em línguas distantes. Porém é uma abordagem promissora porque permitiria colmatar uma das grandes lacunas na área de Tradução Automática que se cinge à falta de dados paralelos de boa qualidade. No entanto seria necessário dar mais atenção ao problema dos cross-lingual embeddings em mapear línguas distantes. Este trabalho fornece uma visão sobre o estudo de técnicas não supervisionadas para pares de línguas distantes e providencia uma solução para a construção de sistemas de tradução automática para os pares de língua português-chinês e português-coreano usando dados monolingues.This dissertation presents a comparative and reproduction study on Unsupervised Neural Machine Translation techniques in the pair of languages Portuguese (PT) → Chinese (ZH) and Portuguese (PT) → Korean(KR). We chose these language-pairs for two main reasons. The frst one refers to the importance that Asian languages play in the global panorama and the infuence that Portuguese has in the southern hemisphere. The second reason is purely academic. Since there is a lack of studies in the area of Natural Language Processing (NLP) regarding non-Germanic languages, we focused on studying the infuence of nonsupervised techniques in under-studied languages. In this dissertation, we worked on two approaches: (i) Unsupervised Neural Machine Translation; (ii) the Pivot approach. The frst approach uses only monolingual corpora. As for the second, it uses parallel corpora between the pivot and the non-pivot languages. The unsupervised approach was devised to mitigate the problem of low-resource languages where training traditional Neural Machine Translations was unfeasible due to requiring large amounts of data to achieve promising results. As such, the unsupervised machine translation only requires monolingual corpora. In this dissertation we chose the mplementation of Artetxe et al. [2018d] to develop our work. Another alternative to the lack of parallel corpora is the pivot approach. In this approach, the system uses a third language (called pivot) that connects the source language to the target language. The reasoning behind this is to take advantage of the performance of the neural networks when being fed with large amounts of data, making it enough to counterbalance the error propagation which is introduced when adding a third language. The results were evaluated using the BLEU metric and showed that for both language pairs Portuguese → Chinese and Portuguese → Korean, the pivot approach had a better performance making it a more suitable choice for these dissimilar low resource language pairs