Review of coreference resolution in English and Persian

Coreference resolution (CR) is one of the most challenging areas of natural language processing. This task seeks to identify all textual references to the same real-world entity. Research in this field is divided into coreference resolution and anaphora resolution. Due to its application in textual comprehension and its utility in other tasks such as information extraction systems, document summarization, and machine translation, this field has attracted considerable interest. Consequently, it has a significant effect on the quality of these systems. This article reviews the existing corpora and evaluation metrics in this field. Then, an overview of the coreference algorithms, from rule-based methods to the latest deep learning techniques, is provided. Finally, coreference resolution and pronoun resolution systems in Persian are investigated.Comment: 44 pages, 11 figures, 5 table

Robustness in Coreference Resolution

Coreference resolution is the task of determining different expressions of a text that refer to the same entity. The resolution of coreferring expressions is an essential step for automatic interpretation of the text. While coreference information is beneficial for various NLP tasks like summarization, question answering, and information extraction, state-of-the-art coreference resolvers are barely used in any of these tasks. The problem is the lack of robustness in coreference resolution systems. A coreference resolver that gets higher scores on the standard evaluation set does not necessarily perform better than the others on a new test set. In this thesis, we introduce robustness in coreference resolution by (1) introducing a reliable evaluation framework for recognizing robust improvements, and (2) proposing a solution that results in robust coreference resolvers. As the first step of setting up the evaluation framework, we introduce a reliable evaluation metric, called LEA, that overcomes the drawbacks of the existing metrics. We analyze LEA based on various types of errors in coreference outputs and show that it results in reliable scores. In addition to an evaluation metric, we also introduce an evaluation setting in which we disentangle coreference evaluations from parsing complexities. Coreference resolution is affected by parsing complexities for detecting the boundaries of expressions that have complex syntactic structures. We reduce the effect of parsing errors in coreference evaluation by automatically extracting a minimum span for each expression. We then emphasize the importance of out-of-domain evaluations and generalization in coreference resolution and discuss the reasons behind the poor generalization of state-of-the-art coreference resolvers. Finally, we show that enhancing state-of-the-art coreference resolvers with linguistic features is a promising approach for making coreference resolvers robust across domains. The incorporation of linguistic features with all their values does not improve the performance. However, we introduce an efficient pattern mining approach, called EPM, that mines all feature-value combinations that are discriminative for coreference relations. We then only incorporate feature-values that are discriminative for coreference relations. By employing EPM feature-values, performance improves significantly across various domains

A Survey on Semantic Processing Techniques

Semantic processing is a fundamental research domain in computational linguistics. In the era of powerful pre-trained language models and large language models, the advancement of research in this domain appears to be decelerating. However, the study of semantics is multi-dimensional in linguistics. The research depth and breadth of computational semantic processing can be largely improved with new technologies. In this survey, we analyzed five semantic processing tasks, e.g., word sense disambiguation, anaphora resolution, named entity recognition, concept extraction, and subjectivity detection. We study relevant theoretical research in these fields, advanced methods, and downstream applications. We connect the surveyed tasks with downstream applications because this may inspire future scholars to fuse these low-level semantic processing tasks with high-level natural language processing tasks. The review of theoretical research may also inspire new tasks and technologies in the semantic processing domain. Finally, we compare the different semantic processing techniques and summarize their technical trends, application trends, and future directions.Comment: Published at Information Fusion, Volume 101, 2024, 101988, ISSN 1566-2535. The equal contribution mark is missed in the published version due to the publication policies. Please contact Prof. Erik Cambria for detail

Entity-centric knowledge discovery for idiosyncratic domains

Technical and scientific knowledge is produced at an ever-accelerating pace, leading to increasing issues when trying to automatically organize or process it, e.g., when searching for relevant prior work. Knowledge can today be produced both in unstructured (plain text) and structured (metadata or linked data) forms. However, unstructured content is still themost dominant formused to represent scientific knowledge. In order to facilitate the extraction and discovery of relevant content, new automated and scalable methods for processing, structuring and organizing scientific knowledge are called for. In this context, a number of applications are emerging, ranging fromNamed Entity Recognition (NER) and Entity Linking tools for scientific papers to specific platforms leveraging information extraction techniques to organize scientific knowledge. In this thesis, we tackle the tasks of Entity Recognition, Disambiguation and Linking in idiosyncratic domains with an emphasis on scientific literature. Furthermore, we study the related task of co-reference resolution with a specific focus on named entities. We start by exploring Named Entity Recognition, a task that aims to identify the boundaries of named entities in textual contents. We propose a newmethod to generate candidate named entities based on n-gram collocation statistics and design several entity recognition features to further classify them. In addition, we show how the use of external knowledge bases (either domain-specific like DBLP or generic like DBPedia) can be leveraged to improve the effectiveness of NER for idiosyncratic domains. Subsequently, we move to Entity Disambiguation, which is typically performed after entity recognition in order to link an entity to a knowledge base. We propose novel semi-supervised methods for word disambiguation leveraging the structure of a community-based ontology of scientific concepts. Our approach exploits the graph structure that connects different terms and their definitions to automatically identify the correct sense that was originally picked by the authors of a scientific publication. We then turn to co-reference resolution, a task aiming at identifying entities that appear using various forms throughout the text. We propose an approach to type entities leveraging an inverted index built on top of a knowledge base, and to subsequently re-assign entities based on the semantic relatedness of the introduced types. Finally, we describe an application which goal is to help researchers discover and manage scientific publications. We focus on the problem of selecting relevant tags to organize collections of research papers in that context. We experimentally demonstrate that the use of a community-authored ontology together with information about the position of the concepts in the documents allows to significantly increase the precision of tag selection over standard methods

Towards the extraction of cross-sentence relations through event extraction and entity coreference

Cross-sentence relation extraction deals with the extraction of relations beyond the sentence boundary. This thesis focuses on two of the NLP tasks which are of importance to the successful extraction of cross-sentence relation mentions: event extraction and coreference resolution. The first part of the thesis focuses on addressing data sparsity issues in event extraction. We propose a self-training approach for obtaining additional labeled examples for the task. The process starts off with a Bi-LSTM event tagger trained on a small labeled data set which is used to discover new event instances in a large collection of unstructured text. The high confidence model predictions are selected to construct a data set of automatically-labeled training examples. We present several ways in which the resulting data set can be used for re-training the event tagger in conjunction with the initial labeled data. The best configuration achieves statistically significant improvement over the baseline on the ACE 2005 test set (macro-F1), as well as in a 10-fold cross validation (micro- and macro-F1) evaluation. Our error analysis reveals that the augmentation approach is especially beneficial for the classification of the most under-represented event types in the original data set. The second part of the thesis focuses on the problem of coreference resolution. While a certain level of precision can be reached by modeling surface information about entity mentions, their successful resolution often depends on semantic or world knowledge. This thesis investigates an unsupervised source of such knowledge, namely distributed word representations. We present several ways in which word embeddings can be utilized to extract features for a supervised coreference resolver. Our evaluation results and error analysis show that each of these features helps improve over the baseline coreference system’s performance, with a statistically significant improvement (CoNLL F1) achieved when the proposed features are used jointly. Moreover, all features lead to a reduction in the amount of precision errors in resolving references between common nouns, demonstrating that they successfully incorporate semantic information into the process

Entities with quantities : extraction, search, and ranking

Quantities are more than numeric values. They denote measures of the world’s entities such as heights of buildings, running times of athletes, energy efficiency of car models or energy production of power plants, all expressed in numbers with associated units. Entity-centric search and question answering (QA) are well supported by modern search engines. However, they do not work well when the queries involve quantity filters, such as searching for athletes who ran 200m under 20 seconds or companies with quarterly revenue above $2 Billion. State-of-the-art systems fail to understand the quantities, including the condition (less than, above, etc.), the unit of interest (seconds, dollar, etc.), and the context of the quantity (200m race, quarterly revenue, etc.). QA systems based on structured knowledge bases (KBs) also fail as quantities are poorly covered by state-of-the-art KBs. In this dissertation, we developed new methods to advance the state-of-the-art on quantity knowledge extraction and search.Zahlen sind mehr als nur numerische Werte. Sie beschreiben Maße von Entitäten wie die Höhe von Gebäuden, die Laufzeit von Sportlern, die Energieeffizienz von Automodellen oder die Energieerzeugung von Kraftwerken - jeweils ausgedrückt durch Zahlen mit zugehörigen Einheiten. Entitätszentriete Anfragen und direktes Question-Answering werden von Suchmaschinen häufig gut unterstützt. Sie funktionieren jedoch nicht gut, wenn die Fragen Zahlenfilter beinhalten, wie z. B. die Suche nach Sportlern, die 200m unter 20 Sekunden gelaufen sind, oder nach Unternehmen mit einem Quartalsumsatz von über 2 Milliarden US-Dollar. Selbst moderne Systeme schaffen es nicht, Quantitäten, einschließlich der genannten Bedingungen (weniger als, über, etc.), der Maßeinheiten (Sekunden, Dollar, etc.) und des Kontexts (200-Meter-Rennen, Quartalsumsatz usw.), zu verstehen. Auch QA-Systeme, die auf strukturierten Wissensbanken (“Knowledge Bases”, KBs) aufgebaut sind, versagen, da quantitative Eigenschaften von modernen KBs kaum erfasst werden. In dieser Dissertation werden neue Methoden entwickelt, um den Stand der Technik zur Wissensextraktion und -suche von Quantitäten voranzutreiben. Unsere Hauptbeiträge sind die folgenden: • Zunächst präsentieren wir Qsearch [Ho et al., 2019, Ho et al., 2020] – ein System, das mit erweiterten Fragen mit Quantitätsfiltern umgehen kann, indem es Hinweise verwendet, die sowohl in der Frage als auch in den Textquellen vorhanden sind. Qsearch umfasst zwei Hauptbeiträge. Der erste Beitrag ist ein tiefes neuronales Netzwerkmodell, das für die Extraktion quantitätszentrierter Tupel aus Textquellen entwickelt wurde. Der zweite Beitrag ist ein neuartiges Query-Matching-Modell zum Finden und zur Reihung passender Tupel. • Zweitens, um beim Vorgang heterogene Tabellen einzubinden, stellen wir QuTE [Ho et al., 2021a, Ho et al., 2021b] vor – ein System zum Extrahieren von Quantitätsinformationen aus Webquellen, insbesondere Ad-hoc Webtabellen in HTML-Seiten. Der Beitrag von QuTE umfasst eine Methode zur Verknüpfung von Quantitäts- und Entitätsspalten, für die externe Textquellen genutzt werden. Zur Beantwortung von Fragen kontextualisieren wir die extrahierten Entitäts-Quantitäts-Paare mit informativen Hinweisen aus der Tabelle und stellen eine neue Methode zur Konsolidierung und verbesserteer Reihung von Antwortkandidaten durch Inter-Fakten-Konsistenz vor. • Drittens stellen wir QL [Ho et al., 2022] vor – eine Recall-orientierte Methode zur Anreicherung von Knowledge Bases (KBs) mit quantitativen Fakten. Moderne KBs wie Wikidata oder YAGO decken viele Entitäten und ihre relevanten Informationen ab, übersehen aber oft wichtige quantitative Eigenschaften. QL ist frage-gesteuert und basiert auf iterativem Lernen mit zwei Hauptbeiträgen, um die KB-Abdeckung zu verbessern. Der erste Beitrag ist eine Methode zur Expansion von Fragen, um einen größeren Pool an Faktenkandidaten zu erfassen. Der zweite Beitrag ist eine Technik zur Selbstkonsistenz durch Berücksichtigung der Werteverteilungen von Quantitäten

Cross-Domain information extraction from scientific articles for research knowledge graphs

Today’s scholarly communication is a document-centred process and as such, rather inefficient. Fundamental contents of research papers are not accessible by computers since they are only present in unstructured PDF files. Therefore, current research infrastructures are not able to assist scientists appropriately in their core research tasks. This thesis addresses this issue and proposes methods to automatically extract relevant information from scientific articles for Research Knowledge Graphs (RKGs) that represent scholarly knowledge structured and interlinked. First, this thesis conducts a requirements analysis for an Open Research Knowledge Graph (ORKG). We present literature-related use cases of researchers that should be supported by an ORKG-based system and their specific requirements for the underlying ontology and instance data. Based on this analysis, the identified use cases are categorised into two groups: The first group of use cases needs manual or semi-automatic approaches for knowledge graph (KG) construction since they require high correctness of the instance data. The second group requires high completeness and can tolerate noisy instance data. Thus, this group needs automatic approaches for KG population. This thesis focuses on the second group of use cases and provides contributions for machine learning tasks that aim to support them. To assess the relevance of a research paper, scientists usually skim through titles, abstracts, introductions, and conclusions. An organised presentation of the articles' essential information would make this process more time-efficient. The task of sequential sentence classification addresses this issue by classifying sentences in an article in categories like research problem, used methods, or obtained results. To address this problem, we propose a novel unified cross-domain multi-task deep learning approach that makes use of datasets from different scientific domains (e.g. biomedicine and computer graphics) and varying structures (e.g. datasets covering either only abstracts or full papers). Our approach outperforms the state of the art on full paper datasets significantly while being competitive for datasets consisting of abstracts. Moreover, our approach enables the categorisation of sentences in a domain-independent manner. Furthermore, we present the novel task of domain-independent information extraction to extract scientific concepts from research papers in a domain-independent manner. This task aims to support the use cases find related work and get recommended articles. For this purpose, we introduce a set of generic scientific concepts that are relevant over ten domains in Science, Technology, and Medicine (STM) and release an annotated dataset of 110 abstracts from these domains. Since the annotation of scientific text is costly, we suggest an active learning strategy based on a state-of-the-art deep learning approach. The proposed method enables us to nearly halve the amount of required training data. Then, we extend this domain-independent information extraction approach with the task of \textit{coreference resolution}. Coreference resolution aims to identify mentions that refer to the same concept or entity. Baseline results on our corpus with current state-of-the-art approaches for coreference resolution showed that current approaches perform poorly on scientific text. Therefore, we propose a sequential transfer learning approach that exploits annotated datasets from non-academic domains. Our experimental results demonstrate that our approach noticeably outperforms the state-of-the-art baselines. Additionally, we investigate the impact of coreference resolution on KG population. We demonstrate that coreference resolution has a small impact on the number of resulting concepts in the KG, but improved its quality significantly. Consequently, using our domain-independent information extraction approach, we populate an RKG from 55,485 abstracts of the ten investigated STM domains. We show that every domain mainly uses its own terminology and that the populated RKG contains useful concepts. Moreover, we propose a novel approach for the task of \textit{citation recommendation}. This task can help researchers improve the quality of their work by finding or recommending relevant related work. Our approach exploits RKGs that interlink research papers based on mentioned scientific concepts. Using our automatically populated RKG, we demonstrate that the combination of information from RKGs with existing state-of-the-art approaches is beneficial. Finally, we conclude the thesis and sketch possible directions of future work.Die Kommunikation von Forschungsergebnissen erfolgt heutzutage in Form von Dokumenten und ist aus verschiedenen Gründen ineffizient. Wesentliche Inhalte von Forschungsarbeiten sind für Computer nicht zugänglich, da sie in unstrukturierten PDF-Dateien verborgen sind. Daher können derzeitige Forschungsinfrastrukturen Forschende bei ihren Kernaufgaben nicht angemessen unterstützen. Diese Arbeit befasst sich mit dieser Problemstellung und untersucht Methoden zur automatischen Extraktion von relevanten Informationen aus Forschungspapieren für Forschungswissensgraphen (Research Knowledge Graphs). Solche Graphen sollen wissenschaftliches Wissen maschinenlesbar strukturieren und verknüpfen. Zunächst wird eine Anforderungsanalyse für einen Open Research Knowledge Graph (ORKG) durchgeführt. Wir stellen literaturbezogene Anwendungsfälle von Forschenden vor, die durch ein ORKG-basiertes System unterstützt werden sollten, und deren spezifische Anforderungen an die zugrundeliegende Ontologie und die Instanzdaten. Darauf aufbauend werden die identifizierten Anwendungsfälle in zwei Gruppen eingeteilt: Die erste Gruppe von Anwendungsfällen benötigt manuelle oder halbautomatische Ansätze für die Konstruktion eines ORKG, da sie eine hohe Korrektheit der Instanzdaten erfordern. Die zweite Gruppe benötigt eine hohe Vollständigkeit der Instanzdaten und kann fehlerhafte Daten tolerieren. Daher erfordert diese Gruppe automatische Ansätze für die Konstruktion des ORKG. Diese Arbeit fokussiert sich auf die zweite Gruppe von Anwendungsfällen und schlägt Methoden für maschinelle Aufgabenstellungen vor, die diese Anwendungsfälle unterstützen können. Um die Relevanz eines Forschungsartikels effizient beurteilen zu können, schauen sich Forschende in der Regel die Titel, Zusammenfassungen, Einleitungen und Schlussfolgerungen an. Durch eine strukturierte Darstellung von wesentlichen Informationen des Artikels könnte dieser Prozess zeitsparender gestaltet werden. Die Aufgabenstellung der sequenziellen Satzklassifikation befasst sich mit diesem Problem, indem Sätze eines Artikels in Kategorien wie Forschungsproblem, verwendete Methoden oder erzielte Ergebnisse automatisch klassifiziert werden. In dieser Arbeit wird für diese Aufgabenstellung ein neuer vereinheitlichter Multi-Task Deep-Learning-Ansatz vorgeschlagen, der Datensätze aus verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen (z. B. Biomedizin und Computergrafik) mit unterschiedlichen Strukturen (z. B. Datensätze bestehend aus Zusammenfassungen oder vollständigen Artikeln) nutzt. Unser Ansatz übertrifft State-of-the-Art-Verfahren der Literatur auf Benchmark-Datensätzen bestehend aus vollständigen Forschungsartikeln. Außerdem ermöglicht unser Ansatz die Klassifizierung von Sätzen auf eine domänenunabhängige Weise. Darüber hinaus stellen wir die neue Aufgabenstellung domänenübergreifende Informationsextraktion vor. Hierbei werden, unabhängig vom behandelten wissenschaftlichen Fachgebiet, inhaltliche Konzepte aus Forschungspapieren extrahiert. Damit sollen die Anwendungsfälle Finden von verwandten Arbeiten und Empfehlung von Artikeln unterstützt werden. Zu diesem Zweck führen wir eine Reihe von generischen wissenschaftlichen Konzepten ein, die in zehn Bereichen der Wissenschaft, Technologie und Medizin (STM) relevant sind, und veröffentlichen einen annotierten Datensatz von 110 Zusammenfassungen aus diesen Bereichen. Da die Annotation wissenschaftlicher Texte aufwändig ist, kombinieren wir ein Active-Learning-Verfahren mit einem aktuellen Deep-Learning-Ansatz, um die notwendigen Trainingsdaten zu reduzieren. Die vorgeschlagene Methode ermöglicht es uns, die Menge der erforderlichen Trainingsdaten nahezu zu halbieren. Anschließend erweitern wir unseren domänenunabhängigen Ansatz zur Informationsextraktion um die Aufgabe der Koreferenzauflösung. Die Auflösung von Koreferenzen zielt darauf ab, Erwähnungen zu identifizieren, die sich auf dasselbe Konzept oder dieselbe Entität beziehen. Experimentelle Ergebnisse auf unserem Korpus mit aktuellen Ansätzen zur Koreferenzauflösung haben gezeigt, dass diese bei wissenschaftlichen Texten unzureichend abschneiden. Daher schlagen wir eine Transfer-Learning-Methode vor, die annotierte Datensätze aus nicht-akademischen Bereichen nutzt. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass unser Ansatz deutlich besser abschneidet als die bisherigen Ansätze. Darüber hinaus untersuchen wir den Einfluss der Koreferenzauflösung auf die Erstellung von Wissensgraphen. Wir zeigen, dass diese einen geringen Einfluss auf die Anzahl der resultierenden Konzepte in dem Wissensgraphen hat, aber die Qualität des Wissensgraphen deutlich verbessert. Mithilfe unseres domänenunabhängigen Ansatzes zur Informationsextraktion haben wir aus 55.485 Zusammenfassungen der zehn untersuchten STM-Domänen einen Forschungswissensgraphen erstellt. Unsere Analyse zeigt, dass jede Domäne hauptsächlich ihre eigene Terminologie verwendet und dass der erstellte Wissensgraph nützliche Konzepte enthält. Schließlich schlagen wir einen Ansatz für die Empfehlung von passenden Referenzen vor. Damit können Forschende einfacher relevante verwandte Arbeiten finden oder passende Empfehlungen erhalten. Unser Ansatz nutzt Forschungswissensgraphen, die Forschungsarbeiten mit in ihnen erwähnten wissenschaftlichen Konzepten verknüpfen. Wir zeigen, dass aktuelle Verfahren zur Empfehlung von Referenzen von zusätzlichen Informationen aus einem automatisch erstellten Wissensgraphen profitieren. Zum Schluss wird ein Fazit gezogen und ein Ausblick für mögliche zukünftige Arbeiten gegeben