Cross-lingual Coreference Resolution of Pronouns

This work is, to our knowledge, a first attempt at a machine learning approach to cross-lingual coreference resolution, i.e. coreference resolution (CR) performed on a bitext. Focusing on CR of English pronouns, we leverage language differences and enrich the feature set of a standard monolingual CR system for English with features extracted from the Czech side of the bitext. Our work also includes a supervised pronoun aligner that outperforms a GIZA++ baseline in terms of both intrinsic evaluation and evaluation on CR. The final cross-lingual CR system has successfully outperformed both a monolingual CR and a cross-lingual projection system

Unsupervised coreference resolution by utilizing the most informative relations

In this paper we present a novel method for unsupervised coreference resolution. We introduce a precision-oriented inference method that scores a candidate entity of a mention based on the most informative mention pair relation between the given mention entity pair. We introduce an informativeness score for determining the most precise relation of a mention entity pair regarding the coreference decisions. The informativeness score is learned robustly during few iterations of the expectation maximization algorithm. The proposed unsupervised system outperforms existing unsupervised methods on all benchmark data sets

Question Generation from Concept Maps

In this paper we present a question generation approach suitable for tutorial dialogues. The approach is based on previous psychological theories that hypothesize questions are generated from a knowledge representation modeled as a concept map. Our model automatically extracts concept maps from a textbook and uses them to generate questions. The purpose of the study is to generate and evaluate pedagogically-appropriate questions at varying levels of specificity across one or more sentences. The evaluation metrics include scales from the Question Generation Shared Task and Evaluation Challenge and a new scale specific to the pedagogical nature of questions in tutoring

Resolving pronominal anaphora using commonsense knowledge

Coreference resolution is the task of resolving all expressions in a text that refer to the same entity. Such expressions are often used in writing and speech as shortcuts to avoid repetition. The most frequent form of coreference is the anaphor. To resolve anaphora not only grammatical and syntactical strategies are required, but also semantic approaches should be taken into consideration. This dissertation presents a framework for automatically resolving pronominal anaphora by integrating recent findings from the field of linguistics with new semantic features. Commonsense knowledge is the routine knowledge people have of the everyday world. Because such knowledge is widely used it is frequently omitted from social communications such as texts. It is understandable that without this knowledge computers will have difficulty making sense of textual information. In this dissertation a new set of computational and linguistic features are used in a supervised learning approach to resolve the pronominal anaphora in document. Commonsense knowledge sources such as ConceptNet and WordNet are used and similarity measures are extracted to uncover the elaborative information embedded in the words that can help in the process of anaphora resolution. The anaphoric system is tested on 350 Wall Street Journal articles from the BBN corpus. When compared with other systems available such as BART (Versley et al. 2008) and Charniak and Elsner 2009, our system performed better and also resolved a much wider range of anaphora. We were able to achieve a 92% F-measure on the BBN corpus and an average of 85% F-measure when tested on other genres of documents such as children stories and short stories selected from the web

Universal Schema for Knowledge Representation from Text and Structured Data

In data integration we transform information from a source into a target schema. A general problem in this task is loss of fidelity and coverage: the source expresses more knowledge than that can be fit into the target schema, or knowledge that is hard to fit into any schema at all. This problem is taken to an extreme in information extraction (IE) where the source is natural language---one of the most expressive forms of knowledge representation. To address this issue, one can either automatically learn a latent schema emergent in text (a brittle and ill-defined task), or manually define schemas. We propose instead to store data in a probabilistic representation of universal schema. This schema is simply the union of all source schemas, and we learn how to predict the cells of each source relation in this union. For example, we could store Freebase relations and relations that are expressed by natural language surface patterns. To populate such a database of universal schema, we present matrix factorization models that learn latent embedding vectors for entity tuples and relations. We show that such latent models achieve substantially higher accuracy than a traditional classification approach on New York Times and Freebase data. Besides binary relations, we use universal schema for unary relations, i.e., entity types. We explore various facets of universal schema matrix factorization models on a large-scale web corpus, including implicature among the relations. We evaluate our approach on the task of question answering using features obtained from universal schema, achieving state-of-the-art accuracy on a benchmark dataset

Online learning of latent linguistic structure with approximate search

Automatic analysis of natural language data is a frequently occurring application of machine learning systems. These analyses often revolve around some linguistic structure, for instance a syntactic analysis of a sentence by means of a tree. Machine learning models that carry out structured prediction, as opposed to simpler machine learning tasks such as classification or regression, have therefore received considerable attention in the language processing literature. As an additional twist, the sought linguistic structures are sometimes not directly modeled themselves. Rather, prediction takes place in a different space where the same linguistic structure can be represented in more than one way. However, in a standard supervised learning setting, these prediction structures are not available in the training data, but only the linguistic structure. Since multiple prediction structures may correspond to the same linguistic structure, it is thus unclear which prediction structure to use for learning. One option is to treat the prediction structure as latent and let the machine learning algorithm guide this selection. In this dissertation we present an abstract framework for structured prediction. This framework supports latent structures and is agnostic of the particular language processing task. It defines a set of hyperparameters and task-specific functions which a user must implement in order to apply it to a new task. The advantage of this modularization is that it permits comparisons and reuse across tasks in a common framework. The framework we devise is based on the structured perceptron for learning. The perceptron is an online learning algorithm which considers one training instance at a time, makes a prediction, and carries out an update if the prediction was wrong. We couple the structured perceptron with beam search, which is a general purpose search algorithm. Beam search is, however, only approximate, meaning that there is no guarantee that it will find the optimal structure in a large search space. Therefore special attention is required to handle search errors during training. This has led to the development of special update methods such as early and max-violation updates. The contributions of this dissertation sit at the intersection of machine learning and natural language processing. With regard to language processing, we consider three tasks: Coreference resolution, dependency parsing, and joint sentence segmentation and dependency parsing. For coreference resolution, we start from an existing latent tree model and extend it to accommodate non-local features drawn from a greater structural context. This requires us to sacrifice exact for approximate search, but we show that, assuming sufficiently advanced update methods are used for the structured perceptron, then the richer scope of features yields a stronger coreference model. We take a transition-based approach to dependency parsing, where dependency trees are constructed incrementally by transition system. Latent structures for transition-based parsing have previously not received enough attention, partly because the characterization of the prediction space is non-trivial. We provide a thorough analysis of this space with regard to the ArcStandard with Swap transition system. This characterization enables us to evaluate the role of latent structures in transition-based dependency parsing. Empirically we find that the utility of latent structures depend on the choice of approximate search -- for greedy search they improve performance, whereas with beam search they are on par, or sometimes slightly ahead of, previous approaches. We then go on to extend this transition system to do joint sentence segmentation and dependency parsing. We develop a transition system capable of handling this task and evaluate it on noisy, non-edited texts. With a set of carefully selected baselines and data sets we employ this system to measure the effectiveness of syntactic information for sentence segmentation. We show that, in the absence of obvious orthographic clues such as punctuation and capitalization, syntactic information can be used to improve sentence segmentation. With regard to machine learning, our contributions of course include the framework itself. The task-specific evaluations, however, allow us to probe the learning machinery along certain boundary points and draw more general conclusions. A recurring observation is that some of the standard update methods for the structured perceptron with approximate search -- e.g., early and max-violation updates -- are inadequate when the predicted structure reaches a certain size. We show that the primary problem with these updates is that they may discard training data and that this effect increases as the structure size increases. This problem can be handled by using more advanced update methods that commit to using all the available training data. Here, we propose a new update method, DLaSO, which consistently outperforms all other update methods we compare to. Moreover, while this problem potentially could be handled by an increased beam size, we also show that this cannot fully compensate for the structure size and that the more advanced methods indeed are required.Bei der automatisierten Analyse natürlicher Sprache werden in der Regel maschinelle Lernverfahren eingesetzt, um verschiedenste linguistische Information wie beispielsweise syntaktische Strukturen vorherzusagen. Structured Prediction (dt. etwa Strukturvorhersage), also der Zweig des maschinellen Lernens, der sich mit der Vorhersage komplexer Strukturen wie formalen Bäumen oder Graphen beschäftigt, hat deshalb erhebliche Beachtung in der Forschung zur automatischen Sprachverarbeitung gefunden. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, die gesuchte linguistische Struktur nicht direkt zu modellieren und stattdessen interne Repräsentationen zu lernen, aus denen dann die gewünschte linguistische Information abgeleitet werden kann. Da die internen Repräsentationen allerdings selten direkt in Trainingsdaten verfügbar sind, sondern erst aus der linguistischen Annotation inferiert werden müssen, kann es vorkommen, dass dabei mehrere äquivalente Strukturen in Frage kommen. Anstatt nun vor dem Lernen eine Struktur beliebig auszuwählen, kann man diese Entscheidung dem Lernverfahren selbst überlassen, welches dann selbständig die für das Modell am besten passende auszuwählen lernt. Unter diesen Umständen bezeichnet man die interne, nicht a priori bekannte Repräsentation für eine gesuchte Zielstruktur als latent. Diese Dissertation stellt ein Structured Prediction Framework vor, mit dem man den Vorteil latenter Repräsentationen nutzen kann und welches gleichzeitig von konkreten Anwendungsfällen abstrahiert. Diese Modularisierung ermöglicht die Wiederverwendbarkeit und den Vergleich über mehrere Aufgaben und Aufgabenklassen hinweg. Um das Framework auf ein reales Problem anzuwenden, müssen nur einige Hyperparameter definiert und einige problemspezifische Funktionen implementiert werden. Das vorgestellte Framework basiert auf dem Structured Perceptron. Der Perceptron-Algorithmus ist ein inkrementelles Lernverfahren (eng. online learning), bei dem während des Trainings einzelne Trainingsinstanzen nacheinander betrachtet werden. In jedem Schritt wird mit dem aktuellen Modell eine Vorhersage gemacht. Stimmt die Vorhersage nicht mit dem vorgegebenen Ergebnis überein, wird das Modell durch ein entsprechendes Update angepasst und mit der nächsten Trainingsinstanz fortgefahren. Der Structured Perceptron wird im vorgestellten Framework mit Beam Search kombiniert. Beam Search ist ein approximatives Suchverfahren, welches auch in sehr großen Suchräumen effizientes Suchen erlaubt. Es kann aus diesem Grund aber keine Garantie dafür bieten, dass das gefundene Ergebnis auch das optimale ist. Das Training eines Perceptrons mit Beam Search erfordert deshalb besondere Update-Methoden, z.B. Early- oder Max-Violation-Updates, um mögliche Vorhersagefehler, die auf den Suchalgorithmus zurückgehen, auszugleichen. Diese Dissertation ist an der Schnittstelle zwischen maschinellem Lernen und maschineller Sprachverarbeitung angesiedelt. Im Bereich Sprachverarbeitung beschäftigt sie sich mit drei Aufgaben: Koreferenzresolution, Dependenzparsing und Dependenzparsing mit gleichzeitiger Satzsegmentierung. Das vorgestellte Modell zur Koreferenzresolution ist eine Erweiterung eines existierenden Modells, welches Koreferenz mit Hilfe latenter Baumstrukturen repräsentiert. Dieses Modell wird um Features erweitert, mit denen nicht-lokale Abhängigkeiten innerhalb eines größeren strukturellen Kontexts modelliert werden. Die Modellierung nicht-lokaler Abhängigkeiten macht durch die kombinatorische Explosion der Features die Verwendung eines approximativen Suchverfahrens notwendig. Es zeigt sich aber, dass das so entstandene Koreferenzmodell trotz der approximativen Suche dem Modell ohne nicht-lokale Features überlegen ist, sofern hinreichend gute Update-Verfahren beim Lernen verwendet werden. Für das Dependenzparsing verwenden wir ein transitionsbasiertes Verfahren, bei dem Dependenzbäume inkrementell durch Transitionen zwischen definierten Zuständen konstruiert werden. Im ersten Schritt erarbeiten wir eine umfassende Analyse des latenten Strukturraums eines bekannten Transitionssystems, nämlich ArcStandard mit Swap. Diese Analyse erlaubt es uns, die Rolle der latenten Strukturen in einem transitionsbasierten Dependenzparser zu evaluieren. Wir zeigen dann empirisch, dass die Nützlichkeit latenter Strukturen von der Wahl des Suchverfahrens abhängt -- in Kombination mit Greedy-Search verbessern sich die Ergebnisse, in Kombination mit Beam-Search bleiben sie gleich oder verbessern sich leicht gegenüber vergleichbaren Modellen. Für die dritte Aufgabe wird der Parser noch einmal erweitert: wir entwickeln das Transitionssystem so weiter, dass es neben syntaktischer Struktur auch Satzgrenzen vorhersagt und testen das System auf verrauschten und unredigierten Textdaten. Mit Hilfe sorgfältig ausgewählter Baselinemodelle und Testdaten messen wir den Einfluss syntaktischer Information auf die Vorhersagequalität von Satzgrenzen und zeigen, dass sich in Abwesenheit orthographischer Information wie Interpunktion und Groß- und Kleinschreibung das Ergebnis durch syntaktische Information verbessert. Zu den wissenschaftlichen Beiträgen der Arbeit gehört einerseits das Framework selbst. Unsere problemspezifischen Experimente ermöglichen es uns darüber hinaus, die Lernverfahren zu untersuchen und allgemeinere Schlußfolgerungen zu ziehen. So finden wir z.B. in mehreren Experimenten, dass die etablierten Update-Methoden, also Early- oder Max-Violation-Update, nicht mehr gut funktionieren, sobald die vorhergesagte Struktur eine gewisse Größe überschreitet. Es zeigt sich, dass das Hauptproblem dieser Methoden das Auslassen von Trainingsdaten ist, und dass sie desto mehr Daten auslassen, je größer die vorhergesagte Struktur wird. Dieses Problem kann durch bessere Update-Methoden vermieden werden, bei denen stets alle Trainingsdaten verwendet werden. Wir stellen eine neue Methode vor, DLaSO, und zeigen, dass diese Methode konsequent bessere Ergebnisse liefert als alle Vergleichsmethoden. Überdies zeigen wir, dass eine erhöhte Beamgröße beim Suchen das Problem der ausgelassenen Trainingsdaten nicht kompensieren kann und daher keine Alternative zu besseren Update-Methoden darstellt

Learning to tell tales: automatic story generation from Corpora

Automatic story generation has a long-standing tradition in the field of Artificial Intelligence. The ability to create stories on demand holds great potential for entertainment and education. For example, modern computer games are becoming more immersive, containing multiple story lines and hundreds of characters. This has substantially increased the amount of work required to produce each game. However, by allowing the game to write its own story line, it can remain engaging to the player whilst shifting the burden of writing away from the game’s developers. In education, intelligent tutoring systems can potentially provide students with instant feedback and suggestions of how to write their own stories. Although several approaches have been introduced in the past (e.g., story grammars, story schema and autonomous agents), they all rely heavily on handwritten resources. Which places severe limitations on its scalability and usage. In this thesis we will motivate a new approach to story generation which takes its inspiration from recent research in Natural Language Generation. Whose result is an interactive data-driven system for the generation of children’s stories. One of the key features of this system is that it is end-to-end, realising the various components of the generation pipeline stochastically. Knowledge relating to the generation and planning of stories is leveraged automatically from corpora and reformulated into new stories to be presented to the user. We will also show that story generation can be viewed as a search task, operating over a large number of stories that can be generated from knowledge inherent in a corpus. Using trainable scoring functions, our system can search the story space using different document level criteria. In this thesis we focus on two of these, namely, coherence and interest. We will also present two major paradigms for generation through search, (a) generate and rank, and (b) genetic algorithms. We show the effects on perceived story interest, fluency and coherence that result from these approaches. In addition, we show how the explicit use of plots induced from the corpus can be used to guide the generation process, providing a heuristically motivated starting point for story search. We motivate extensions to the system and show that additional modules can be used to improve the quality of the generated stories and overall scalability. Finally we highlight the current strengths and limitations of our approach and discuss possible future approaches to this field of research

Event structures in knowledge, pictures and text

This thesis proposes new techniques for mining scripts. Scripts are essential pieces of common sense knowledge that contain information about everyday scenarios (like going to a restaurant), namely the events that usually happen in a scenario (entering, sitting down, reading the menu...), their typical order (ordering happens before eating), and the participants of these events (customer, waiter, food...). Because many conventionalized scenarios are shared common sense knowledge and thus are usually not described in standard texts, we propose to elicit sequential descriptions of typical scenario instances via crowdsourcing over the internet. This approach overcomes the implicitness problem and, at the same time, is scalable to large data collections. To generalize over the input data, we need to mine event and participant paraphrases from the textual sequences. For this task we make use of the structural commonalities in the collected sequential descriptions, which yields much more accurate paraphrases than approaches that do not take structural constraints into account. We further apply the algorithm we developed for event paraphrasing to parallel standard texts for extracting sentential paraphrases and paraphrase fragments. In this case we consider the discourse structure in a text as a sequential event structure. As for event paraphrasing, the structure-aware paraphrasing approach clearly outperforms systems that do not consider discourse structure. As a multimodal application, we develop a new resource in which textual event descriptions are grounded in videos, which enables new investigations on action description semantics and a more accurate modeling of event description similarities. This grounding approach also opens up new possibilities for applying the computed script knowledge for automated event recognition in videos.Die vorliegende Dissertation schlägt neue Techniken zur Berechnung von Skripten vor. Skripte sind essentielle Teile des Allgemeinwissens, die Informationen über alltägliche Szenarien (wie im Restaurant essen) enthalten, nämlich die Ereignisse, die typischerweise in einem Szenario vorkommen (eintreten, sich setzen, die Karte lesen...), deren typische zeitliche Abfolge (man bestellt bevor man isst), und die Teilnehmer der Ereignisse (ein Gast, der Kellner, das Essen,...). Da viele konventionalisierte Szenarien implizit geteiltes Allgemeinwissen sind und üblicherweise nicht detailliert in Texten beschrieben werden, schlagen wir vor, Beschreibungen von typischen Szenario-Instanzen durch sog. “Crowdsourcing” über das Internet zu sammeln. Dieser Ansatz löst das Implizitheits-Problem und lässt sich gleichzeitig zu großen Daten-Sammlungen hochskalieren. Um über die Eingabe-Daten zu generalisieren, müssen wir in den Text-Sequenzen Paraphrasen für Ereignisse und Teilnehmer finden. Hierfür nutzen wir die strukturellen Gemeinsamkeiten dieser Sequenzen, was viel präzisere Paraphrasen-Information ergibt als Standard-Ansätze, die strukturelle Einschränkungen nicht beachten. Die Techniken, die wir für die Ereignis-Paraphrasierung entwickelt haben, wenden wir auch auf parallele Standard-Texte an, um Paraphrasen auf Satz-Ebene sowie Paraphrasen-Fragmente zu extrahieren. Hier betrachten wir die Diskurs-Struktur eines Textes als sequentielle Ereignis-Struktur. Auch hier liefert der strukturell informierte Ansatz klar bessere Ergebnisse als herkömmliche Systeme, die Diskurs-Struktur nicht in die Berechnung mit einbeziehen. Als multimodale Anwendung entwickeln wir eine neue Ressource, in der Text-Beschreibungen von Ereignissen mittels zeitlicher Synchronisierung in Videos verankert sind. Dies ermöglicht neue Ansätze für die Erforschung der Semantik von Ereignisbeschreibungen, und erlaubt außerdem die Modellierung treffenderer Ereignis-Ähnlichkeiten. Dieser Schritt der visuellen Verankerung von Text in Videos eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Anwendung des berechneten Skript-Wissen bei der automatischen Ereigniserkennung in Videos