Learning Dynamic Feature Selection for Fast Sequential Prediction

We present paired learning and inference algorithms for significantly reducing computation and increasing speed of the vector dot products in the classifiers that are at the heart of many NLP components. This is accomplished by partitioning the features into a sequence of templates which are ordered such that high confidence can often be reached using only a small fraction of all features. Parameter estimation is arranged to maximize accuracy and early confidence in this sequence. Our approach is simpler and better suited to NLP than other related cascade methods. We present experiments in left-to-right part-of-speech tagging, named entity recognition, and transition-based dependency parsing. On the typical benchmarking datasets we can preserve POS tagging accuracy above 97% and parsing LAS above 88.5% both with over a five-fold reduction in run-time, and NER F1 above 88 with more than 2x increase in speed.Comment: Appears in The 53rd Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics, Beijing, China, July 201

A discriminative approach to grounded spoken language understanding in interactive robotics

Spoken Language Understanding in Interactive Robotics provides computational models of human-machine communication based on the vocal input. However, robots operate in specific environments and the correct interpretation of the spoken sentences depends on the physical, cognitive and linguistic aspects triggered by the operational environment. Grounded language processing should exploit both the physical constraints of the context as well as knowledge assumptions of the robot. These include the subjective perception of the environment that explicitly affects linguistic reasoning. In this work, a standard linguistic pipeline for semantic parsing is extended toward a form of perceptually informed natural language processing that combines discriminative learning and distributional semantics. Empirical results achieve up to a 40% of relative error reduction

Automatic reconstruction of itineraries from descriptive texts

Esta tesis se inscribe dentro del marco del proyecto PERDIDO donde los objetivos son la extracción y reconstrucción de itinerarios a partir de documentos textuales. Este trabajo se ha realizado en colaboración entre el laboratorio LIUPPA de l' Université de Pau et des Pays de l' Adour (France), el grupo de Sistemas de Información Avanzados (IAAA) de la Universidad de Zaragoza y el laboratorio COGIT de l' IGN (France). El objetivo de esta tesis es concebir un sistema automático que permita extraer, a partir de guías de viaje o descripciones de itinerarios, los desplazamientos, además de representarlos sobre un mapa. Se propone una aproximación para la representación automática de itinerarios descritos en lenguaje natural. Nuestra propuesta se divide en dos tareas principales. La primera pretende identificar y extraer de los textos describiendo itinerarios información como entidades espaciales y expresiones de desplazamiento o percepción. El objetivo de la segunda tarea es la reconstrucción del itinerario. Nuestra propuesta combina información local extraída gracias al procesamiento del lenguaje natural con datos extraídos de fuentes geográficas externas (por ejemplo, gazetteers). La etapa de anotación de informaciones espaciales se realiza mediante una aproximación que combina el etiquetado morfo-sintáctico y los patrones léxico-sintácticos (cascada de transductores) con el fin de anotar entidades nombradas espaciales y expresiones de desplazamiento y percepción. Una primera contribución a la primera tarea es la desambiguación de topónimos, que es un problema todavía mal resuelto dentro del reconocimiento de entidades nombradas (Named Entity Recognition - NER) y esencial en la recuperación de información geográfica. Se plantea un algoritmo no supervisado de georreferenciación basado en una técnica de clustering capaz de proponer una solución para desambiguar los topónimos los topónimos encontrados en recursos geográficos externos, y al mismo tiempo, la localización de topónimos no referenciados. Se propone un modelo de grafo genérico para la reconstrucción automática de itinerarios, donde cada nodo representa un lugar y cada arista representa un camino enlazando dos lugares. La originalidad de nuestro modelo es que además de tener en cuenta los elementos habituales (caminos y puntos del recorrido), permite representar otros elementos involucrados en la descripción de un itinerario, como por ejemplo los puntos de referencia visual. Se calcula de un árbol de recubrimiento mínimo a partir de un grafo ponderado para obtener automáticamente un itinerario bajo la forma de un grafo. Cada arista del grafo inicial se pondera mediante un método de análisis multicriterio que combina criterios cualitativos y cuantitativos. El valor de estos criterios se determina a partir de informaciones extraídas del texto e informaciones provenientes de recursos geográficos externos. Por ejemplo, se combinan las informaciones generadas por el procesamiento del lenguaje natural como las relaciones espaciales describiendo una orientación (ej: dirigirse hacia el sur) con las coordenadas geográficas de lugares encontrados dentro de los recursos para determinar el valor del criterio ``relación espacial''. Además, a partir de la definición del concepto de itinerario y de las informaciones utilizadas en la lengua para describir un itinerario, se ha modelado un lenguaje de anotación de información espacial adaptado a la descripción de desplazamientos, apoyándonos en las recomendaciones del consorcio TEI (Text Encoding and Interchange). Finalmente, se ha implementado y evaluado las diferentes etapas de nuestra aproximación sobre un corpus multilingüe de descripciones de senderos y excursiones (francés, español, italiano)

Machine Learning Models for Efficient and Robust Natural Language Processing

Natural language processing (NLP) has come of age. For example, semantic role labeling (SRL), which automatically annotates sentences with a labeled graph representing who did what to whom, has in the past ten years seen nearly 40% reduction in error, bringing it to useful accuracy. As a result, a myriad of practitioners now want to deploy NLP systems on billions of documents across many domains. However, state-of-the-art NLP systems are typically not optimized for cross-domain robustness nor computational efficiency. In this dissertation I develop machine learning methods to facilitate fast and robust inference across many common NLP tasks. First, I describe paired learning and inference algorithms for dynamic feature selection which accelerate inference in linear classifiers, the heart of the fastest NLP models, by 5-10 times. I then present iterated dilated convolutional neural networks (ID-CNNs), a distinct combination of network structure, parameter sharing and training procedures that increase inference speed by 14-20 times with accuracy matching bidirectional LSTMs, the most accurate models for NLP sequence labeling. Finally, I describe linguistically-informed self-attention (LISA), a neural network model that combines multi-head self-attention with multi-task learning to facilitate improved generalization to new domains. We show that incorporating linguistic structure in this way leads to substantial improvements over the previous state-of-the-art (syntax-free) neural network models for SRL, especially when evaluating out-of-domain. I conclude with a brief discussion of potential future directions stemming from my thesis work