95 research outputs found

    Context Aware Textual Entailment

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    In conversations, stories, news reporting, and other forms of natural language, understanding requires participants to make assumptions (hypothesis) based on background knowledge, a process called entailment. These assumptions may then be supported, contradicted, or refined as a conversation or story progresses and additional facts become known and context changes. It is often the case that we do not know an aspect of the story with certainty but rather believe it to be the case; i.e., what we know is associated with uncertainty or ambiguity. In this research a method has been developed to identify different contexts of the input raw text along with specific features of the contexts such as time, location, and objects. The method includes a two-phase SVM classifier along with a voting mechanism in the second phase to identify the contexts. Rule-based algorithms were utilized to extract the context elements. This research also develops a new contextË—aware text representation. This representation maintains semantic aspects of sentences, as well as textual contexts and context elements. The method can offer both graph representation and First-Order-Logic representation of the text. This research also extracts a First-Order Logic (FOL) and XML representation of a text or series of texts. The method includes entailment using background knowledge from sources (VerbOcean and WordNet), with resolution of conflicts between extracted clauses, and handling the role of context in resolving uncertain truth

    Large Language Models are Visual Reasoning Coordinators

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    Visual reasoning requires multimodal perception and commonsense cognition of the world. Recently, multiple vision-language models (VLMs) have been proposed with excellent commonsense reasoning ability in various domains. However, how to harness the collective power of these complementary VLMs is rarely explored. Existing methods like ensemble still struggle to aggregate these models with the desired higher-order communications. In this work, we propose Cola, a novel paradigm that coordinates multiple VLMs for visual reasoning. Our key insight is that a large language model (LLM) can efficiently coordinate multiple VLMs by facilitating natural language communication that leverages their distinct and complementary capabilities. Extensive experiments demonstrate that our instruction tuning variant, Cola-FT, achieves state-of-the-art performance on visual question answering (VQA), outside knowledge VQA, visual entailment, and visual spatial reasoning tasks. Moreover, we show that our in-context learning variant, Cola-Zero, exhibits competitive performance in zero and few-shot settings, without finetuning. Through systematic ablation studies and visualizations, we validate that a coordinator LLM indeed comprehends the instruction prompts as well as the separate functionalities of VLMs; it then coordinates them to enable impressive visual reasoning capabilities.Comment: Accepted at NeurIPS 202

    Sentence encoders for semantic textual similarity: A survey

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    The last decade has witnessed many accomplishments in the field of Natural Language Processing, especially in understanding the language semantics. Well-established machine learning models for generating word representation are available and has been proven useful. However, the existing techniques proposed for learning sentence level representations do not adequately capture the complexity of compositional semantics. Finding semantic similarity between sentences is a fundamental language understanding problem. In this project, we compare various machine learning models on their ability to capture the semantics of a sentence using Semantic Textual Similarity (STS) Task. We focus on models that exhibit state-of-the-art performance in Sem-Eval(2017) STS shared task. Also, we analyse the impact of models’ internal architectures on STS task performance. Out of all the models the we compared, Bi-LSTM RNN with max-pooling layer achieves the best performance in extracting a generic semantic representation and aids in better transfer learning when compared to hierarchical CNN.Natural Language Processinglanguage semanticsSemantic Textual Similarity (STS) TaskSem-Eval(2017) STSBi-LSTM RNNhierarchical CN

    Deep neural networks for identification of sentential relations

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    Natural language processing (NLP) is one of the most important technologies in the information age. Understanding complex language utterances is also a crucial part of artificial intelligence. Applications of NLP are everywhere because people communicate mostly in language: web search, advertisement, emails, customer service, language translation, etc. There are a large variety of underlying tasks and machine learning models powering NLP applications. Recently, deep learning approaches have obtained exciting performance across a broad array of NLP tasks. These models can often be trained in an end-to-end paradigm without traditional, task-specific feature engineering. This dissertation focuses on a specific NLP task --- sentential relation identification. Successfully identifying the relations of two sentences can contribute greatly to some downstream NLP problems. For example, in open-domain question answering, if the system can recognize that a new question is a paraphrase of a previously observed question, the known answers can be returned directly, avoiding redundant reasoning. For another, it is also helpful to discover some latent knowledge, such as inferring ``the weather is good today'' from another description ``it is sunny today''. This dissertation presents some deep neural networks (DNNs) which are developed to handle this sentential relation identification problem. More specifically, this problem is addressed by this dissertation in the following three aspects. (i) Sentential relation representation is built on the matching between phrases of arbitrary lengths. Stacked Convolutional Neural Networks (CNNs) are employed to model the sentences, so that each filter can cover a local phrase, and filters in lower level span shorter phrases and filters in higher level span longer phrases. CNNs in stack enable to model sentence phrases in different granularity and different abstraction. (ii) Phrase matches contribute differently to the tasks. This motivates us to propose an attention mechanism in CNNs for these tasks, differing from the popular research of attention mechanisms in Recurrent Neural Networks (RNNs). Attention mechanisms are implemented in both convolution layer as well as pooling layer in deep CNNs, in order to figure out automatically which phrase of one sentence matches a specific phrase of the other sentence. These matches are supposed to be indicative to the final decision. Another contribution in terms of attention mechanism is inspired by the observation that some sentential relation identification task, like answer selection for multi-choice question answering, is mainly determined by phrase alignments of stronger degree; in contrast, some tasks such as textual entailment benefit more from the phrase alignments of weaker degree. This motivates us to propose a dynamic ``attentive pooling'' to select phrase alignments of different intensities for different task categories. (iii) In certain scenarios, sentential relation can only be successfully identified within specific background knowledge, such as the multi-choice question answering based on passage comprehension. In this case, the relation between two sentences (question and answer candidate) depends on not only the semantics in the two sentences, but also the information encoded in the given passage. Overall, the work in this dissertation models sentential relations in hierarchical DNNs, different attentions and different background knowledge. All systems got state-of-the-art performances in representative tasks.Die Verarbeitung natürlicher Sprachen (engl.: natural language processing - NLP) ist eine der wichtigsten Technologien des Informationszeitalters. Weiterhin ist das Verstehen komplexer sprachlicher Ausdrücke ein essentieller Teil künstlicher Intelligenz. Anwendungen von NLP sind überall zu finden, da Menschen haupt\-säch\-lich über Sprache kommunizieren: Internetsuchen, Werbung, E-Mails, Kundenservice, Übersetzungen, etc. Es gibt eine große Anzahl Tasks und Modelle des maschinellen Lernens für NLP-Anwendungen. In den letzten Jahren haben Deep-Learning-Ansätze vielversprechende Ergebnisse für eine große Anzahl verschiedener NLP-Tasks erzielt. Diese Modelle können oft end-to-end trainiert werden, kommen also ohne auf den Task zugeschnittene Feature aus. Diese Dissertation hat einen speziellen NLP-Task als Fokus: Sententielle Relationsidentifizierung. Die Beziehung zwischen zwei Sätzen erfolgreich zu erkennen, kann die Performanz für nachfolgende NLP-Probleme stark verbessern. Für open-domain question answering, zum Beispiel, kann ein System, das erkennt, dass eine neue Frage eine Paraphrase einer bereits gesehenen Frage ist, die be\-kann\-te Antwort direkt zurückgeben und damit mehrfaches Schlussfolgern vermeiden. Zudem ist es auch hilfreich, zu Grunde liegendes Wissen zu entdecken, so wie das Schließen der Tatsache "das Wetter ist gut" aus der Beschreibung "es ist heute sonnig". Diese Dissertation stellt einige tiefe neuronale Netze (eng.: deep neural networks - DNNs) vor, die speziell für das Problem der sententiellen Re\-la\-tions\-i\-den\-ti\-fi\-zie\-rung entwickelt wurden. Im Speziellen wird dieses Problem in dieser Dissertation unter den folgenden drei Aspekten behandelt: (i) Sententielle Relationsrepr\"{a}sentationen basieren auf einem Matching zwischen Phrasen beliebiger Länge. Tiefe convolutional neural networks (CNNs) werden verwendet, um diese Sätze zu modellieren, sodass jeder Filter eine lokale Phrase abdecken kann, wobei Filter in niedrigeren Schichten kürzere und Filter in höheren Schichten längere Phrasen umfassen. Tiefe CNNs machen es möglich, Sätze in unterschiedlichen Granularitäten und Abstraktionsleveln zu modellieren. (ii) Matches zwischen Phrasen tragen unterschiedlich zu unterschiedlichen Tasks bei. Das motiviert uns, einen Attention-Mechanismus für CNNs für diese Tasks einzuführen, der sich von dem bekannten Attention-Mechanismus für recurrent neural networks (RNNs) unterscheidet. Wir implementieren Attention-Mechanismen sowohl im convolution layer als auch im pooling layer tiefer CNNs, um herauszufinden, welche Phrasen eines Satzes bestimmten Phrasen eines anderen Satzes entsprechen. Wir erwarten, dass solche Matches die finale Entscheidung stark beeinflussen. Ein anderer Beitrag zu Attention-Mechanismen wurde von der Beobachtung inspiriert, dass einige sententielle Relationsidentifizierungstasks, zum Beispiel die Auswahl einer Antwort für multi-choice question answering hauptsächlich von Phrasen\-a\-lignie\-rungen stärkeren Grades bestimmt werden. Im Gegensatz dazu profitieren andere Tasks wie textuelles Schließen mehr von Phrasenalignierungen schwächeren Grades. Das motiviert uns, ein dynamisches "attentive pooling" zu entwickeln, um Phrasenalignierungen verschiedener Stärken für verschiedene Taskkategorien auszuwählen. (iii) In bestimmten Szenarien können sententielle Relationen nur mit entsprechendem Hintergrundwissen erfolgreich identifiziert werden, so wie multi-choice question answering auf der Grundlage des Verständnisses eines Absatzes. In diesem Fall hängt die Relation zwischen zwei Sätzen (der Frage und der möglichen Antwort) nicht nur von der Semantik der beiden Sätze, sondern auch von der in dem gegebenen Absatz enthaltenen Information ab. Insgesamt modellieren die in dieser Dissertation enthaltenen Arbeiten sententielle Relationen in hierarchischen DNNs, mit verschiedenen Attention-Me\-cha\-nis\-men und wenn unterschiedliches Hintergrundwissen zur Verf\ {u}gung steht. Alle Systeme erzielen state-of-the-art Ergebnisse für die entsprechenden Tasks

    A DATA DRIVEN APPROACH TO IDENTIFY JOURNALISTIC 5WS FROM TEXT DOCUMENTS

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    Textual understanding is the process of automatically extracting accurate high-quality information from text. The amount of textual data available from different sources such as news, blogs and social media is growing exponentially. These data encode significant latent information which if extracted accurately can be valuable in a variety of applications such as medical report analyses, news understanding and societal studies. Natural language processing techniques are often employed to develop customized algorithms to extract such latent information from text. Journalistic 5Ws refer to the basic information in news articles that describes an event and include where, when, who, what and why. Extracting them accurately may facilitate better understanding of many social processes including social unrest, human rights violations, propaganda spread, and population migration. Furthermore, the 5Ws information can be combined with socio-economic and demographic data to analyze state and trajectory of these processes. In this thesis, a data driven pipeline has been developed to extract the 5Ws from text using syntactic and semantic cues in the text. First, a classifier is developed to identify articles specifically related to social unrest. The classifier has been trained with a dataset of over 80K news articles. We then use NLP algorithms to generate a set of candidates for the 5Ws. Then, a series of algorithms to extract the 5Ws are developed. These algorithms based on heuristics leverage specific words and parts-of-speech customized for individual Ws to compute their scores. The heuristics are based on the syntactic structure of the document as well as syntactic and semantic representations of individual words and sentences. These scores are then combined and ranked to obtain the best answers to Journalistic 5Ws. The classification accuracy of the algorithms is validated using a manually annotated dataset of news articles

    Analyzing short-answer questions and their automatic scoring - studies on semantic relations in reading comprehension and the reduction of human annotation effort

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    Short-answer questions are a wide-spread exercise type in many educational areas. Answers given by learners to such questions are scored by teachers based on their content alone ignoring their linguistic correctness as far as possible. They typically have a length of up to a few sentences. Manual scoring is a time-consuming task, so that automatic scoring of short-answer questions using natural language processing techniques has become an important task. This thesis focuses on two aspects of short-answer questions and their scoring: First, we concentrate on a reading comprehension scenario for learners of German as a foreign language, where students answer questions about a reading text. Within this scenario, we examine the multiple relations between reading texts, learner answers and teacher-specified target answers. Second, we investigate how to reduce human scoring workload by both fully automatic and computer-assisted scoring. The latter is a scenario where scoring is not done entirely automatically, but where a teacher receives scoring support, for example, by means of clustering similar answers together. Addressing the first aspect, we conduct a series of corpus annotation studies which highlight the relations between pairs of learner answers and target answers, as well as between both types of answers and the reading text they refer to. We annotate sentences from the reading text that were potentially used by learners or teachers for constructing answers and observe that, unsurprisingly, most correct answers can easily be linked to the text; incorrect answers often link to the text as well, but are often backed up by a part of the text not relevant to answer the question. Based on these findings, we create a new baseline scoring model which considers for correctness whether learners looked for an answer in the right place or not. After identifying those links into the text, we label the relation between learner answers and target answers as well as between reading texts and answers by annotating entailment relations. In contrast to the widespread assumption that scoring can be fully mapped to the task of recognizing textual entailment, we find the two tasks to be only closely related and not completely equivalent. Correct answers do often, but not always, entail the target answer, as well as part of the related text, and incorrect answers do most of the time not stand in an entailment relation to the target answer, but often have some overlap with the text. This close relatedness allows us to use gold-standard entailment information to improve the performance of automatic scoring. We also use links between learner answers and both reading texts and target answers in a statistical alignment-based scoring approach using methods from machine translation and reach a performance comparable to an existing knowledge-based alignment approach. Our investigations into how human scoring effort can be reduced when learner answers are manually scored by teachers are based on two methods: active learning and clustering. In the active learning approach, we score particularly informative items first, i.e., items from which a classifier can learn most, identifying them using uncertainty-based sample selection. In this way, we reach a higher performance with a given number of annotation steps compared to randomly selected answers. In the second research strand, we use clustering methods to group similar answers together, such that groups of answers can be scored in one scoring step. In doing so, the number of necessary labeling steps can be substantially reduced. When comparing clustering-based scoring to classical supervised machine learning setups, where the human annotations are used to train a classifier, supervised machine learning is still in the lead in terms of performance, whereas clusters provide the advantage of structured output. However, we are able to close part of the performance gap by means of supervised feature selection and semi-supervised clustering. In an additional study, we investigate the automatic processing of learner language with respect to the performance of part-of-speech (POS) tagging tools. We manually annotate a German reading comprehension corpus both with spelling normalization and POS information and find that the performance of automatic POS tagging can be improved by spell-checking the data using the reading text as additional evidence for lexical material intended in a learner answer.Short-Answer-Fragen sind ein weit verbreiteter Aufgabentyp in vielen Bildungsbereichen. Die Antworten, die Lerner zu solchen Aufgaben geben, werden von Lehrenden allein auf Grundlage ihres Inhalts bewertet; linguistische Korrektheit wird soweit möglich ignoriert. Diese Doktorarbeit legt ihren Schwerpunkt auf zwei Aspekte im Zusammenhang mit Short- Answer-Fragen und ihrer Bewertung: Zum einen betrachten wir ein Leseverständnisszenario, bei dem Studenten Fragen zu Lesetexten beantworten. Dabei untersuchen wir insbesondere die verschiedenen Beziehungen, die es zwischen Lesetexten, Lernerantworten und vom Lehrer erstellten Musterantworten gibt. Zum anderen untersuchen wir, wie der menschliche Bewertungsaufwand durch voll-automatisches und computergestütztes Bewerten reduziert werden kann. Bei letzterem handelt es sich um ein Szenario, in dem Lehrer bei der Bewertung unterstützt werden, z.B. indem ähnliche Antworten automatisch gruppiert werden. Zur Untersuchung des ersten Aspekts unternehmen wir eine Reihe von Korpusannotationsstudien, die sowohl die Beziehungen zwischen Lerner- und Musterantworten beleuchten, als auch die Beziehung zwischen diesen Antworten und dem Lesetext, auf den sie sich beziehen. Wir annotieren Sätze aus dem Lesetext, die vermutlich bei der Formulierung einer Antwort benutzt wurden und machen die zu erwartende Beobachtung, dass die meisten korrekten Antworten problemlos mit bestimmten Textpassagen in Verbindung gebracht werden können. Inkorrekte Antworten haben ebenfalls oft eine Verbindung zu bestimmten Textpassagen, die aber oft für die jeweilige Frage nicht relevant sind. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse entwerfen wir ein neues Baseline-Bewertungsmodell, das für die Korrektheit einer Antwort nur in Betracht zieht, ob der Lerner die Antwort an der richtigen Stelle im Lesetext gesucht hat oder nicht. Nachdem wir diese Verbindungen in den Text identifiziert haben, annotieren wir die Relation zwischen Lerner- und Musterantworten und zwischen Texten und Antworten mit Entailment- Relationen. Im Gegensatz zur der weitverbreiteten Annahme, dass das Bewerten von Short- Answer-Fragen und das Erkennen von Textual-Entailment-Relationen zwischen Lerner und Musterantworten sich direkt entsprechen, finden wir heraus, dass die beiden Aufgaben nur nahe verwandt aber nicht vollständig äquivalent sind. Korrekte Antworten entailen meistens, aber nicht immer, die Musterantwort und auch den entsprechenden Satz im Lesetext. Inkorrekte Antworten stehen meist in keiner Entailmentrelation mit der Musterantwort, haben aber oft zumindest teilweisen Overlap mit dem Text. Diese nahe Verwandtschaft erlaubt es uns, Goldstandard-Entailmentinformation zu benutzen, um die Performanz beim automatischen Bewerten zu verbessern. Wir benutzen die annotierten Verbindungen zwischen Lesetexten und Antworten auch in einem Scoringansatz, der auf statistischem Alignment basiert und Methoden aus dem Bereich der maschinellen Übersetzung nutzt. Dabei erreichen wir eine Scoringgenauigkeit, die mit Ansätzen, die ein existierendes wissensbasiertes Alignment nutzen, vergleichbar ist. Unsere Untersuchungen, wie der Bewertungsaufwand beim Menschen verringert werden kann, wenn Antworten vom Lehrer manuell bewertet werden, basieren auf zwei Methoden: Active Learning und Clustering. Beim Active-Learning-Ansatz werden besonders informative Antworten vorrangig zur Bewertung ausgewählt, d.h. solche Antworten, von denen ein Klassifikator besonders viel lernen kann. Wir identifizieren solche Antworten durch Uncertainty-Sampling- Methoden und erreichen dadurch mit einer gegebenen Anzahl von Annotationsschritten eine höhere Klassifikationsgenauigkeit als mit zufällig ausgewählten Antworten. In unserem zweiten Forschungszweig nutzen wir Clusteringmethoden um ähnliche Antworten zu gruppieren, so dass Gruppen von Antworten in einem Annotationsschritt bewertet werden können. Dadurch kann die Anzahl der insgesamt nötigen Bewertungsschritte drastisch reduziert werden. Beim Vergleich zwischen clusteringbasierten Bewertungsverfahren und klassischem überwachten maschinellen Lernen, bei dem menschliche Annotationen dazu genutzt werden, einen Klassifikator zu trainieren, erbringen überwachte maschinelle Lernverfahren immer noch eine höhere Bewertungsgenauigkeit. Demgegenüber bringen Cluster den Vorteil eines strukturierten Outputs mit sich. Wir sind jedoch in der Lage, einen Teil diese Genauigkeitslücke zu schließen, in dem wir überwachte Featureauswahl und halbüberwachtes Clustering anwenden. In einer zusätzlichen Studie untersuchen wir die automatische Verarbeitung von Lernersprache im Hinblick auf die Performanz vonWerkzeugen für dasWortarten-Tagging. Wir annotieren ein deutsches Leseverstehenskorpus manuell sowohl mit Normalisierungsinformation in Bezug auf Rechtschreibung als auch mit Wortartinformation. Als Ergebnis der Studie finden wir, dass die Performanz bei der automatischen Wortartenzuweisung durch Rechtschreibkorrektur verbessert werden kann, insbesondere wenn wir den Lesetext als zusätzliche Evidenz dafür verwenden, welche Wörter der Leser in einer Antwort vermutlich benutzen wollte
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