Inducing Implicit Arguments via Cross-document Alignment: A Framework and its Applications

Natural language texts frequently contain related information in different positions in discourse. As human readers, we can recognize such information across sentence boundaries and correctly infer relations between them. Given this inference capability, we understand texts that describe complex dependencies even if central aspects are not repeated in every sentence. In linguistics, certain omissions of redundant information are known under the term ellipsis and have been studied as cohesive devices in discourse (Halliday and Hasan, 1976). For computational approaches to semantic processing, such cohesive devices are problematic because methods are traditionally applied on the sentence level and barely take surrounding context into account. In this dissertation, we investigate omission phenomena on the level of predicate-argument structures. In particular, we examine instances of structures involving arguments that are not locally realized but inferable from context. The goal of this work is to automatically acquire and process such instances, which we also refer to as implicit arguments, to improve natural language processing applications. Our main contribution is a framework that identifies implicit arguments by aligning and comparing predicate-argument structures across pairs of comparable texts. As part of this framework, we develop a novel graph-based clustering approach, which detects corresponding predicate-argument structures using pairwise similarity metrics. To find discourse antecedents of implicit arguments, we further design a heuristic method that utilizes automatic annotations from various linguistic pre-processing tools. We empirically validate the utility of automatically induced instances of implicit arguments and discourse antecedents in three extrinsic evaluation scenarios. In the first scenario, we show that our induced pairs of arguments and antecedents can successfully be applied to improve a pre-existing model for linking implicit arguments in discourse. In two further evaluation settings, we show that induced instances of implicit arguments, together with their aligned explicit counterparts, can be used as training material for a novel model of local coherence. Given discourse-level and semantic features, this model can predict whether a specific argument should be explicitly realized to establish local coherence or whether it is inferable and hence redundant in context

Iarg-AnCora: Spanish corpus annotated with implicit arguments

This article presents the Spanish Iarg-AnCora corpus (400 k-words, 13,883 sentences) annotated with the implicit arguments of deverbal nominalizations (18,397 occurrences). We describe the methodology used to create it, focusing on the annotation scheme and criteria adopted. The corpus was manually annotated and an interannotator agreement test was conducted (81 % observed agreement) in order to ensure the reliability of the final resource. The annotation of implicit arguments results in an important gain in argument and thematic role coverage (128 % on average). It is the first corpus annotated with implicit arguments for the Spanish language with a wide coverage that is freely available. This corpus can subsequently be used by machine learning-based semantic role labeling systems, and for the linguistic analysis of implicit arguments grounded on real data. Semantic analyzers are essential components of current language technology applications, which need to obtain a deeper understanding of the text in order to make inferences at the highest level to obtain qualitative improvements in the results

Addressing the data bottleneck in implicit discourse relation classification

When humans comprehend language, their interpretation consists of more than just the sum of the content of the sentences. Additional logic and semantic links (known as coherence relations or discourse relations) are inferred between sentences/clauses in the text. The identification of discourse relations is beneficial for various NLP applications such as question-answering, summarization, machine translation, information extraction, etc. Discourse relations are categorized into implicit and explicit discourse relations depending on whether there is an explicit discourse marker between the arguments. In this thesis, we mainly focus on the implicit discourse relation classification, given that with the explicit markers acting as informative cues, the explicit relations are relatively easier to identify for machines. The recent neural network-based approaches in particular suffer from insufficient training (and test) data. As shown in Chapter 3 of this thesis, we start out by showing to what extent the limited data size is a problem in implicit discourse relation classification and propose data augmentation methods with the help of cross-lingual data. And then we propose several approaches for better exploiting and encoding various types of existing data in the discourse relation classification task. Most of the existing machine learning methods train on sections 2-21 of the PDTB and test on section 23, which only includes a total of less than 800 implicit discourse relation instances. With the help of cross validation, we argue that the standard test section of the PDTB is too small to draw conclusions upon. With more test samples in the cross validation, we would come to very different conclusions about whether a feature is generally useful. Second, we propose a simple approach to automatically extract samples of implicit discourse relations from multilingual parallel corpus via back-translation. After back-translating from target languages, it is easy for the discourse parser to identify those examples that are originally implicit but explicit in the back-translations. Having those additional data in the training set, the experiments show significant improvements on different settings. Finally, having better encoding ability is also of crucial importance in terms of improving classification performance. We propose different methods including a sequence-to-sequence neural network and a memory component to help have a better representation of the arguments. We also show that having the correct next sentence is beneficial for the task within and across domains, with the help of the BERT (Devlin et al., 2019) model. When it comes to a new domain, it is beneficial to integrate external domain-specific knowledge. In Chapter 8, we show that with the entity-enhancement, the performance on BioDRB is improved significantly, comparing with other BERT-based methods. In sum, the studies reported in this dissertation contribute to addressing the data bottleneck problem in implicit discourse relation classification and propose corresponding approaches that achieve 54.82% and 69.57% on PDTB and BioDRB respectively.Wenn Menschen Sprache verstehen, besteht ihre Interpretation aus mehr als nur der Summe des Inhalts der Sätze. Zwischen Sätzen im Text werden zusätzliche logische und semantische Verknüpfungen (sogenannte Kohärenzrelationen oder Diskursrelationen) hergeleitet. Die Identifizierung von Diskursrelationen ist für verschiedene NLP-Anwendungen wie Frage- Antwort, Zusammenfassung, maschinelle Übersetzung, Informationsextraktion usw. von Vorteil. Diskursrelationen werden in implizite und explizite Diskursrelationen unterteilt, je nachdem, ob es eine explizite Diskursrelationen zwischen den Argumenten gibt. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Klassifizierung der impliziten Diskursrelationen, da die expliziten Marker als hilfreiche Hinweise dienen und die expliziten Beziehungen für Maschinen relativ leicht zu identifizieren sind. Es wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, die bei der impliziten Diskursrelationsklassifikation beeindruckende Ergebnisse erzielt haben. Die meisten von ihnen leiden jedoch darunter, dass die Daten für auf neuronalen Netzen basierende Methoden unzureichend sind. In dieser Arbeit gehen wir zunächst auf das Problem begrenzter Daten bei dieser Aufgabe ein und schlagen dann Methoden zur Datenanreicherung mit Hilfe von sprachübergreifenden Daten vor. Zuletzt schlagen wir mehrere Methoden vor, um die Argumente aus verschiedenen Aspekten besser kodieren zu können. Die meisten der existierenden Methoden des maschinellen Lernens werden auf den Abschnitten 2-21 der PDTB trainiert und auf dem Abschnitt 23 getestet, der insgesamt nur weniger als 800 implizite Diskursrelationsinstanzen enthält. Mit Hilfe der Kreuzvalidierung argumentieren wir, dass der Standardtestausschnitt der PDTB zu klein ist um daraus Schlussfolgerungen zu ziehen. Mit mehr Teststichproben in der Kreuzvalidierung würden wir zu anderen Schlussfolgerungen darüber kommen, ob ein Merkmal für diese Aufgabe generell vorteilhaft ist oder nicht, insbesondere wenn wir einen relativ großen Labelsatz verwenden. Wenn wir nur unseren kleinen Standardtestsatz herausstellen, laufen wir Gefahr, falsche Schlüsse darüber zu ziehen, welche Merkmale hilfreich sind. Zweitens schlagen wir einen einfachen Ansatz zur automatischen Extraktion von Samples impliziter Diskursrelationen aus mehrsprachigen Parallelkorpora durch Rückübersetzung vor. Er ist durch den Explikationsprozess motiviert, wenn Menschen einen Text übersetzen. Nach der Rückübersetzung aus den Zielsprachen ist es für den Diskursparser leicht, diejenigen Beispiele zu identifizieren, die ursprünglich implizit, in den Rückübersetzungen aber explizit enthalten sind. Da diese zusätzlichen Daten im Trainingsset enthalten sind, zeigen die Experimente signifikante Verbesserungen in verschiedenen Situationen. Wir verwenden zunächst nur französisch-englische Paare und haben keine Kontrolle über die Qualität und konzentrieren uns meist auf die satzinternen Relationen. Um diese Fragen in Angriff zu nehmen, erweitern wir die Idee später mit mehr Vorverarbeitungsschritten und mehr Sprachpaaren. Mit den Mehrheitsentscheidungen aus verschiedenen Sprachpaaren sind die gemappten impliziten Labels zuverlässiger. Schließlich ist auch eine bessere Kodierfähigkeit von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Klassifizierungsleistung. Wir schlagen ein neues Modell vor, das aus einem Klassifikator und einem Sequenz-zu-Sequenz-Modell besteht. Neben der korrekten Vorhersage des Labels werden sie auch darauf trainiert, eine Repräsentation der Diskursrelationsargumente zu erzeugen, indem sie versuchen, die Argumente einschließlich eines geeigneten impliziten Konnektivs vorherzusagen. Die neuartige sekundäre Aufgabe zwingt die interne Repräsentation dazu, die Semantik der Relationsargumente vollständiger zu kodieren und eine feinkörnigere Klassifikation vorzunehmen. Um das allgemeine Wissen in Kontexten weiter zu erfassen, setzen wir auch ein Gedächtnisnetzwerk ein, um eine explizite Kontextrepräsentation von Trainingsbeispielen für Kontexte zu erhalten. Für jede Testinstanz erzeugen wir durch gewichtetes Lesen des Gedächtnisses einen Wissensvektor. Wir evaluieren das vorgeschlagene Modell unter verschiedenen Bedingungen und die Ergebnisse zeigen, dass das Modell mit dem Speichernetzwerk die Vorhersage von Diskursrelationen erleichtern kann, indem es Beispiele auswählt, die eine ähnliche semantische Repräsentation und Diskursrelationen aufweisen. Auch wenn ein besseres Verständnis, eine Kodierung und semantische Interpretation für die Aufgabe der impliziten Diskursrelationsklassifikation unerlässlich und nützlich sind, so leistet sie doch nur einen Teil der Arbeit. Ein guter impliziter Diskursrelationsklassifikator sollte sich auch der bevorstehenden Ereignisse, Ursachen, Folgen usw. bewusst sein, um die Diskurserwartung in die Satzdarstellungen zu kodieren. Mit Hilfe des kürzlich vorgeschlagenen BERT-Modells versuchen wir herauszufinden, ob es für die Aufgabe vorteilhaft ist, den richtigen nächsten Satz zu haben oder nicht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das Entfernen der Aufgabe zur Vorhersage des nächsten Satzes die Leistung sowohl innerhalb der Domäne als auch domänenübergreifend stark beeinträchtigt. Die begrenzte Fähigkeit von BioBERT, domänenspezifisches Wissen, d.h. Entitätsinformationen, Entitätsbeziehungen etc. zu erlernen, motiviert uns, externes Wissen in die vortrainierten Sprachmodelle zu integrieren. Wir schlagen eine unüberwachte Methode vor, bei der Information-Retrieval-System und Wissensgraphen-Techniken verwendet werden, mit der Annahme, dass, wenn zwei Instanzen ähnliche Entitäten in beiden relationalen Argumenten teilen, die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass sie die gleiche oder eine ähnliche Diskursrelation haben. Der Ansatz erzielt vergleichbare Ergebnisse auf BioDRB, verglichen mit Baselinemodellen. Anschließend verwenden wir die extrahierten relevanten Entitäten zur Verbesserung des vortrainierten Modells K-BERT, um die Bedeutung der Argumente besser zu kodieren und das ursprüngliche BERT und BioBERT mit einer Genauigkeit von 6,5% bzw. 2% zu übertreffen. Zusammenfassend trägt diese Dissertation dazu bei, das Problem des Datenengpasses bei der impliziten Diskursrelationsklassifikation anzugehen, und schlägt entsprechende Ansätze in verschiedenen Aspekten vor, u.a. die Darstellung des begrenzten Datenproblems und der Risiken bei der Schlussfolgerung daraus; die Erfassung automatisch annotierter Daten durch den Explikationsprozess während der manuellen Übersetzung zwischen Englisch und anderen Sprachen; eine bessere Repräsentation von Diskursrelationsargumenten; Entity-Enhancement mit einer unüberwachten Methode und einem vortrainierten Sprachmodell

Advances in statistical script learning

When humans encode information into natural language, they do so with the clear assumption that the reader will be able to seamlessly make inferences based on world knowledge. For example, given the sentence ``Mrs. Dalloway said she would buy the flowers herself,'' one can make a number of probable inferences based on event co-occurrences: she bought flowers, she went to a store, she took the flowers home, and so on. Observing this, it is clear that many different useful natural language end-tasks could benefit from models of events as they typically co-occur (so-called script models). Robust question-answering systems must be able to infer highly-probable implicit events from what is explicitly stated in a text, as must robust information-extraction systems that map from unstructured text to formal assertions about relations expressed in the text. Coreference resolution systems, semantic role labeling, and even syntactic parsing systems could, in principle, benefit from event co-occurrence models. To this end, we present a number of contributions related to statistical event co-occurrence models. First, we investigate a method of incorporating multiple entities into events in a count-based co-occurrence model. We find that modeling multiple entities interacting across events allows for improved empirical performance on the task of modeling sequences of events in documents. Second, we give a method of applying Recurrent Neural Network sequence models to the task of predicting held-out predicate-argument structures from documents. This model allows us to easily incorporate entity noun information, and can allow for more complex, higher-arity events than a count-based co-occurrence model. We find the neural model improves performance considerably over the count-based co-occurrence model. Third, we investigate the performance of a sequence-to-sequence encoder-decoder neural model on the task of predicting held-out predicate-argument events from text. This model does not explicitly model any external syntactic information, and does not require a parser. We find the text-level model to be competitive in predictive performance with an event level model directly mediated by an external syntactic analysis. Finally, motivated by this result, we investigate incorporating features derived from these models into a baseline noun coreference resolution system. We find that, while our additional features do not appreciably improve top-level performance, we can nonetheless provide empirical improvement on a number of restricted classes of difficult coreference decisions.Computer Science

Proceedings ICPW'07: 2nd International Conference on the Pragmatic Web, 22-23 Oct. 2007, Tilburg: NL

Proceedings ICPW'07: 2nd International Conference on the Pragmatic Web, 22-23 Oct. 2007, Tilburg: N