Combining semantic and syntactic structure for language modeling

Structured language models for speech recognition have been shown to remedy the weaknesses of n-gram models. All current structured language models are, however, limited in that they do not take into account dependencies between non-headwords. We show that non-headword dependencies contribute to significantly improved word error rate, and that a data-oriented parsing model trained on semantically and syntactically annotated data can exploit these dependencies. This paper also contains the first DOP model trained by means of a maximum likelihood reestimation procedure, which solves some of the theoretical shortcomings of previous DOP models.Comment: 4 page

An improved parser for data-oriented lexical-functional analysis

We present an LFG-DOP parser which uses fragments from LFG-annotated sentences to parse new sentences. Experiments with the Verbmobil and Homecentre corpora show that (1) Viterbi n best search performs about 100 times faster than Monte Carlo search while both achieve the same accuracy; (2) the DOP hypothesis which states that parse accuracy increases with increasing fragment size is confirmed for LFG-DOP; (3) LFG-DOP's relative frequency estimator performs worse than a discounted frequency estimator; and (4) LFG-DOP significantly outperforms Tree-DOP is evaluated on tree structures only.Comment: 8 page

Inducing Tree-Substitution Grammars

Inducing a grammar from text has proven to be a notoriously challenging learning task despite decades of research. The primary reason for its difficulty is that in order to induce plausible grammars, the underlying model must be capable of representing the intricacies of language while also ensuring that it can be readily learned from data. The majority of existing work on grammar induction has favoured model simplicity (and thus learnability) over representational capacity by using context free grammars and first order dependency grammars, which are not sufficiently expressive to model many common linguistic constructions. We propose a novel compromise by inferring a probabilistic tree substitution grammar, a formalism which allows for arbitrarily large tree fragments and thereby better represent complex linguistic structures. To limit the model's complexity we employ a Bayesian non-parametric prior which biases the model towards a sparse grammar with shallow productions. We demonstrate the model's efficacy on supervised phrase-structure parsing, where we induce a latent segmentation of the training treebank, and on unsupervised dependency grammar induction. In both cases the model uncovers interesting latent linguistic structures while producing competitive results. © 2010 Evangelos Theodorou, Jonas Buchli and Stefan Schaal

Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing

Natural Language Processing (NLP) is an interdisciplinary research field of Computer Science, Linguistics, and Pattern Recognition that studies, among others, the use of human natural languages in Human-Computer Interaction (HCI). Most of NLP research tasks can be applied for solving real-world problems. This is the case of natural language recognition and natural language translation, that can be used for building automatic systems for document transcription and document translation. Regarding digitalised handwritten text documents, transcription is used to obtain an easy digital access to the contents, since simple image digitalisation only provides, in most cases, search by image and not by linguistic contents (keywords, expressions, syntactic or semantic categories). Transcription is even more important in historical manuscripts, since most of these documents are unique and the preservation of their contents is crucial for cultural and historical reasons. The transcription of historical manuscripts is usually done by paleographers, who are experts on ancient script and vocabulary. Recently, Handwritten Text Recognition (HTR) has become a common tool for assisting paleographers in their task, by providing a draft transcription that they may amend with more or less sophisticated methods. This draft transcription is useful when it presents an error rate low enough to make the amending process more comfortable than a complete transcription from scratch. Thus, obtaining a draft transcription with an acceptable low error rate is crucial to have this NLP technology incorporated into the transcription process. The work described in this thesis is focused on the improvement of the draft transcription offered by an HTR system, with the aim of reducing the effort made by paleographers for obtaining the actual transcription on digitalised historical manuscripts. This problem is faced from three different, but complementary, scenarios: · Multimodality: The use of HTR systems allow paleographers to speed up the manual transcription process, since they are able to correct on a draft transcription. Another alternative is to obtain the draft transcription by dictating the contents to an Automatic Speech Recognition (ASR) system. When both sources (image and speech) are available, a multimodal combination is possible and an iterative process can be used in order to refine the final hypothesis. · Interactivity: The use of assistive technologies in the transcription process allows one to reduce the time and human effort required for obtaining the actual transcription, given that the assistive system and the palaeographer cooperate to generate a perfect transcription. Multimodal feedback can be used to provide the assistive system with additional sources of information by using signals that represent the whole same sequence of words to transcribe (e.g. a text image, and the speech of the dictation of the contents of this text image), or that represent just a word or character to correct (e.g. an on-line handwritten word). · Crowdsourcing: Open distributed collaboration emerges as a powerful tool for massive transcription at a relatively low cost, since the paleographer supervision effort may be dramatically reduced. Multimodal combination allows one to use the speech dictation of handwritten text lines in a multimodal crowdsourcing platform, where collaborators may provide their speech by using their own mobile device instead of using desktop or laptop computers, which makes it possible to recruit more collaborators.El Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN) es un campo de investigación interdisciplinar de las Ciencias de la Computación, Lingüística y Reconocimiento de Patrones que estudia, entre otros, el uso del lenguaje natural humano en la interacción Hombre-Máquina. La mayoría de las tareas de investigación del PLN se pueden aplicar para resolver problemas del mundo real. Este es el caso del reconocimiento y la traducción del lenguaje natural, que se pueden utilizar para construir sistemas automáticos para la transcripción y traducción de documentos. En cuanto a los documentos manuscritos digitalizados, la transcripción se utiliza para facilitar el acceso digital a los contenidos, ya que la simple digitalización de imágenes sólo proporciona, en la mayoría de los casos, la búsqueda por imagen y no por contenidos lingüísticos. La transcripción es aún más importante en el caso de los manuscritos históricos, ya que la mayoría de estos documentos son únicos y la preservación de su contenido es crucial por razones culturales e históricas. La transcripción de manuscritos históricos suele ser realizada por paleógrafos, que son personas expertas en escritura y vocabulario antiguos. Recientemente, los sistemas de Reconocimiento de Escritura (RES) se han convertido en una herramienta común para ayudar a los paleógrafos en su tarea, la cual proporciona un borrador de la transcripción que los paleógrafos pueden corregir con métodos más o menos sofisticados. Este borrador de transcripción es útil cuando presenta una tasa de error suficientemente reducida para que el proceso de corrección sea más cómodo que una completa transcripción desde cero. Por lo tanto, la obtención de un borrador de transcripción con una baja tasa de error es crucial para que esta tecnología de PLN sea incorporada en el proceso de transcripción. El trabajo descrito en esta tesis se centra en la mejora del borrador de transcripción ofrecido por un sistema RES, con el objetivo de reducir el esfuerzo realizado por los paleógrafos para obtener la transcripción de manuscritos históricos digitalizados. Este problema se enfrenta a partir de tres escenarios diferentes, pero complementarios: · Multimodalidad: El uso de sistemas RES permite a los paleógrafos acelerar el proceso de transcripción manual, ya que son capaces de corregir en un borrador de la transcripción. Otra alternativa es obtener el borrador de la transcripción dictando el contenido a un sistema de Reconocimiento Automático de Habla. Cuando ambas fuentes están disponibles, una combinación multimodal de las mismas es posible y se puede realizar un proceso iterativo para refinar la hipótesis final. · Interactividad: El uso de tecnologías asistenciales en el proceso de transcripción permite reducir el tiempo y el esfuerzo humano requeridos para obtener la transcripción correcta, gracias a la cooperación entre el sistema asistencial y el paleógrafo para obtener la transcripción perfecta. La realimentación multimodal se puede utilizar en el sistema asistencial para proporcionar otras fuentes de información adicionales con señales que representen la misma secuencia de palabras a transcribir (por ejemplo, una imagen de texto, o la señal de habla del dictado del contenido de dicha imagen de texto), o señales que representen sólo una palabra o carácter a corregir (por ejemplo, una palabra manuscrita mediante una pantalla táctil). · Crowdsourcing: La colaboración distribuida y abierta surge como una poderosa herramienta para la transcripción masiva a un costo relativamente bajo, ya que el esfuerzo de supervisión de los paleógrafos puede ser drásticamente reducido. La combinación multimodal permite utilizar el dictado del contenido de líneas de texto manuscrito en una plataforma de crowdsourcing multimodal, donde los colaboradores pueden proporcionar las muestras de habla utilizando su propio dispositivo móvil en lugar de usar ordenadores,El Processament del Llenguatge Natural (PLN) és un camp de recerca interdisciplinar de les Ciències de la Computació, la Lingüística i el Reconeixement de Patrons que estudia, entre d'altres, l'ús del llenguatge natural humà en la interacció Home-Màquina. La majoria de les tasques de recerca del PLN es poden aplicar per resoldre problemes del món real. Aquest és el cas del reconeixement i la traducció del llenguatge natural, que es poden utilitzar per construir sistemes automàtics per a la transcripció i traducció de documents. Quant als documents manuscrits digitalitzats, la transcripció s'utilitza per facilitar l'accés digital als continguts, ja que la simple digitalització d'imatges només proporciona, en la majoria dels casos, la cerca per imatge i no per continguts lingüístics (paraules clau, expressions, categories sintàctiques o semàntiques). La transcripció és encara més important en el cas dels manuscrits històrics, ja que la majoria d'aquests documents són únics i la preservació del seu contingut és crucial per raons culturals i històriques. La transcripció de manuscrits històrics sol ser realitzada per paleògrafs, els quals són persones expertes en escriptura i vocabulari antics. Recentment, els sistemes de Reconeixement d'Escriptura (RES) s'han convertit en una eina comuna per ajudar els paleògrafs en la seua tasca, la qual proporciona un esborrany de la transcripció que els paleògrafs poden esmenar amb mètodes més o menys sofisticats. Aquest esborrany de transcripció és útil quan presenta una taxa d'error prou reduïda perquè el procés de correcció siga més còmode que una completa transcripció des de zero. Per tant, l'obtenció d'un esborrany de transcripció amb un baixa taxa d'error és crucial perquè aquesta tecnologia del PLN siga incorporada en el procés de transcripció. El treball descrit en aquesta tesi se centra en la millora de l'esborrany de la transcripció ofert per un sistema RES, amb l'objectiu de reduir l'esforç realitzat pels paleògrafs per obtenir la transcripció de manuscrits històrics digitalitzats. Aquest problema s'enfronta a partir de tres escenaris diferents, però complementaris: · Multimodalitat: L'ús de sistemes RES permet als paleògrafs accelerar el procés de transcripció manual, ja que són capaços de corregir un esborrany de la transcripció. Una altra alternativa és obtenir l'esborrany de la transcripció dictant el contingut a un sistema de Reconeixement Automàtic de la Parla. Quan les dues fonts (imatge i parla) estan disponibles, una combinació multimodal és possible i es pot realitzar un procés iteratiu per refinar la hipòtesi final. · Interactivitat: L'ús de tecnologies assistencials en el procés de transcripció permet reduir el temps i l'esforç humà requerits per obtenir la transcripció real, gràcies a la cooperació entre el sistema assistencial i el paleògraf per obtenir la transcripció perfecta. La realimentació multimodal es pot utilitzar en el sistema assistencial per proporcionar fonts d'informació addicionals amb senyals que representen la mateixa seqüencia de paraules a transcriure (per exemple, una imatge de text, o el senyal de parla del dictat del contingut d'aquesta imatge de text), o senyals que representen només una paraula o caràcter a corregir (per exemple, una paraula manuscrita mitjançant una pantalla tàctil). · Crowdsourcing: La col·laboració distribuïda i oberta sorgeix com una poderosa eina per a la transcripció massiva a un cost relativament baix, ja que l'esforç de supervisió dels paleògrafs pot ser reduït dràsticament. La combinació multimodal permet utilitzar el dictat del contingut de línies de text manuscrit en una plataforma de crowdsourcing multimodal, on els col·laboradors poden proporcionar les mostres de parla utilitzant el seu propi dispositiu mòbil en lloc d'utilitzar ordinadors d'escriptori o portàtils, la qual cosa permet ampliar el nombrGranell Romero, E. (2017). Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86137TESI

Data-oriented models of parsing and translation

The merits of combining the positive elements of the rule-based and data-driven approaches to MT are clear: a combined model has the potential to be highly accurate, robust, cost-effective to build and adaptable. While the merits are clear, however, how best to combine these techniques into a model which retains the positive characteristics of each approach, while inheriting as few of the disadvantages as possible, remains an unsolved problem. One possible solution to this challenge is the Data-Oriented Translation (DOT) model originally proposed by Poutsma (1998, 2000, 2003), which is based on Data-Oriented Parsing (DOP) (e.g. (Bod, 1992; Bod et al., 2003)) and combines examples, linguistic information and a statistical translation model. In this thesis, we seek to establish how the DOT model of translation relates to the other main MT methodologies currently in use. We find that this model differs from other hybrid models of MT in that it inextricably interweaves the philosophies of the rule-based, example-based and statistical approaches in an integrated framework. Although DOT embodies many positive characteristics on a theoretical level, it also inherits the computational complexity associated with DOP. Previous experiments assessing the performance of the DOT model of translation were small in scale and the training data used was not ideally suited to the task (Poutsma, 2000, 2003). However, the algorithmic limitations of the DOT implementation used to perform these experiments prevented a more informative assessment from being carried out. In this thesis, we look to the innovative solutions developed to meet the challenges of implementing the DOP model, and investigate their application to DOT. This investigation culminates in the development of a DOT system; this system allows us to perform translation experiments which are on a larger scale and incorporate greater translational complexity than heretofore. Our evaluation indicates that the positive characteristics of the model identified on a theoretical level are also in evidence when it is subjected to empirical assessment. For example, in terms of exact match accuracy, the DOT model outperforms an SMT model trained and tested on the same data by up to 89.73%. The DOP and DOT models for which we provide empirical evaluations assume contextfree phrase-structure tree representations. However, such models can also be developed for more sophisticated linguistic formalisms. In this thesis, we also focus on the efforts which have been made to integrate the representations of Lexical-Functional Grammar (LFG) with DOP and DOT. We investigate the usefulness of the algorithms developed for DOP (and adapted here to Tree-DOT) when implementing the (more complex) LFG-DOP and LFG-DOT models. We examine how constraints are employed in these models for more accurate disambiguation and seek an alternative methodology for improved constraint specification. We also hypothesise as to how the constraints used to predict both good parses and good translations might be pruned in a motivated fashion. Finally, we explore the relationship between translational equivalence and limited generalisation reusability for both the tree-based and LFG-based DOT models, focussing on how this relationship differs depending on which formalism is assumed