Representation and parsing of multiword expressions

This book consists of contributions related to the definition, representation and parsing of MWEs. These reflect current trends in the representation and processing of MWEs. They cover various categories of MWEs such as verbal, adverbial and nominal MWEs, various linguistic frameworks (e.g. tree-based and unification-based grammars), various languages including English, French, Modern Greek, Hebrew, Norwegian), and various applications (namely MWE detection, parsing, automatic translation) using both symbolic and statistical approaches

An Unsolicited Soliloquy on Dependency Parsing

Programa Oficial de Doutoramento en Computación . 5009V01[Abstract] This thesis presents work on dependency parsing covering two distinct lines of research. The first aims to develop efficient parsers so that they can be fast enough to parse large amounts of data while still maintaining decent accuracy. We investigate two techniques to achieve this. The first is a cognitively-inspired method and the second uses a model distillation method. The first technique proved to be utterly dismal, while the second was somewhat of a success. The second line of research presented in this thesis evaluates parsers. This is also done in two ways. We aim to evaluate what causes variation in parsing performance for different algorithms and also different treebanks. This evaluation is grounded in dependency displacements (the directed distance between a dependent and its head) and the subsequent distributions associated with algorithms and the distributions found in treebanks. This work sheds some light on the variation in performance for both different algorithms and different treebanks. And the second part of this area focuses on the utility of part-of-speech tags when used with parsing systems and questions the standard position of assuming that they might help but they certainly won’t hurt.[Resumen] Esta tesis presenta trabajo sobre análisis de dependencias que cubre dos líneas de investigación distintas. La primera tiene como objetivo desarrollar analizadores eficientes, de modo que sean suficientemente rápidos como para analizar grandes volúmenes de datos y, al mismo tiempo, sean suficientemente precisos. Investigamos dos métodos. El primero se basa en teorías cognitivas y el segundo usa una técnica de destilación. La primera técnica resultó un enorme fracaso, mientras que la segunda fue en cierto modo un ´éxito. La otra línea evalúa los analizadores sintácticos. Esto también se hace de dos maneras. Evaluamos la causa de la variación en el rendimiento de los analizadores para distintos algoritmos y corpus. Esta evaluación utiliza la diferencia entre las distribuciones del desplazamiento de arista (la distancia dirigida de las aristas) correspondientes a cada algoritmo y corpus. También evalúa la diferencia entre las distribuciones del desplazamiento de arista en los datos de entrenamiento y prueba. Este trabajo esclarece las variaciones en el rendimiento para algoritmos y corpus diferentes. La segunda parte de esta línea investiga la utilidad de las etiquetas gramaticales para los analizadores sintácticos.[Resumo] Esta tese presenta traballo sobre análise sintáctica, cubrindo dúas liñas de investigación. A primeira aspira a desenvolver analizadores eficientes, de maneira que sexan suficientemente rápidos para procesar grandes volumes de datos e á vez sexan precisos. Investigamos dous métodos. O primeiro baséase nunha teoría cognitiva, e o segundo usa unha técnica de destilación. O primeiro método foi un enorme fracaso, mentres que o segundo foi en certo modo un éxito. A outra liña avalúa os analizadores sintácticos. Esto tamén se fai de dúas maneiras. Avaliamos a causa da variación no rendemento dos analizadores para distintos algoritmos e corpus. Esta avaliaci´on usa a diferencia entre as distribucións do desprazamento de arista (a distancia dirixida das aristas) correspondentes aos algoritmos e aos corpus. Tamén avalía a diferencia entre as distribucións do desprazamento de arista nos datos de adestramento e proba. Este traballo esclarece as variacións no rendemento para algoritmos e corpus diferentes. A segunda parte desta liña investiga a utilidade das etiquetas gramaticais para os analizadores sintácticos.This work has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (FASTPARSE, grant agreement No 714150) and from the Centro de Investigación de Galicia (CITIC) which is funded by the Xunta de Galicia and the European Union (ERDF - Galicia 2014-2020 Program) by grant ED431G 2019/01.Xunta de Galicia; ED431G 2019/0

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

Native and non-native processing of morphologically complex words in Italian

The present work focuses on the organization of the mental lexicon in native and non-native speakers and aims at investigating whether words are connected in the mind in terms of morphological criteria, i.e., through a network of associations establishing when a co-occurrence of form and meaning is found. Psycholinguistic research on native lexical access has demonstrated that morphology indeed underlies the organization of the mental lexicon, even though controversies about the locus of this level of organization remain. On the other hand, research in the field of second language acquisition has only recently turned to investigate such issues and its findings so far have been controversial. Specifically, the debate centers on whether native and non-native speakers share the same processing systems. According to recent proposals (Heyer & Clahsen 2015), this would not be the case and L2 processing would be more affected by formal rather than morphological criteria. In this light, the present work is aimed at verifying the impact of formal characteristics in native and non-native lexical access focusing on the processing of formally transparent versus non-transparent words in Italian. Two morphological phenomena are investigated by means of four psycholinguistic experiments involving a lexical decision task combined with the masked priming paradigm. Experiments 1 & 2 compare the processing of allomorphic vs non-allomorphic derivatives, to investigate whether formal alterations impair the appreciation of the relationship between two morphologically related words. Experiments 3 & 4 are focused on lack of base autonomy found in so-called bound stems, i.e., stems which cannot occur in isolation and are aimed at determining whether the processing of free and bound stems differs. The results of Experiments 1 and 2 indicate that allomorphic variation does not influence the associations established among related words in native speakers, in line with the predictions that can be formulated within usage-based perspectives on language. Non-native speakers, on the other hand, seem to be more pervasively affected by the phonological/orthographical properties of words, but not to the point that transparent morphological relations can be reduced to mere form overlap shared by morphological relatives. Likewise, stem autonomy was not found to affect the way words containing bound and free stems are processed by native speakers, at least under certain conditions, suggesting that boundedness is not an issue influencing the establishment of morphological relationships among words. Non-native speakers, however, were found to be sensitive to the isolability of the stem, in a way that suggests that free bases may be more salient morphological units for them, as opposed to bound stems, which are seemingly more closely associated with orthographic strings resembling each other. Taken together, the findings of the present work suggest a model of the native mental lexicon based on words and morphological schemas emerging from the relationships establishing among them, despite phonological variations and stem boundedness. While it is unclear whether such a system of connections and schemas is equally strong in the non-native lexicon, morphological relationships still appear to drive lexical organization. Crucially, however, such organization is modulated by form, as demonstrated by the effects of phonological variations and lack of base autonomy