Empirical studies on word representations

One of the most fundamental tasks in natural language processing is representing words with mathematical objects (such as vectors). The word representations, which are most often estimated from data, allow capturing the meaning of words. They enable comparing words according to their semantic similarity, and have been shown to work extremely well when included in complex real-world applications. A large part of our work deals with ways of estimating word representations directly from large quantities of text. Our methods exploit the idea that words which occur in similar contexts have a similar meaning. How we define the context is an important focus of our thesis. The context can consist of a number of words to the left and to the right of the word in question, but, as we show, obtaining context words via syntactic links (such as the link between the verb and its subject) often works better. We furthermore investigate word representations that accurately capture multiple meanings of a single word. We show that translation of a word in context contains information that can be used to disambiguate the meaning of that word

Embedding Web-based Statistical Translation Models in Cross-Language Information Retrieval

Although more and more language pairs are covered by machine translation services, there are still many pairs that lack translation resources. Cross-language information retrieval (CLIR) is an application which needs translation functionality of a relatively low level of sophistication since current models for information retrieval (IR) are still based on a bag-of-words. The Web provides a vast resource for the automatic construction of parallel corpora which can be used to train statistical translation models automatically. The resulting translation models can be embedded in several ways in a retrieval model. In this paper, we will investigate the problem of automatically mining parallel texts from the Web and different ways of integrating the translation models within the retrieval process. Our experiments on standard test collections for CLIR show that the Web-based translation models can surpass commercial MT systems in CLIR tasks. These results open the perspective of constructing a fully automatic query translation device for CLIR at a very low cost.Comment: 37 page

Designing Statistical Language Learners: Experiments on Noun Compounds

The goal of this thesis is to advance the exploration of the statistical language learning design space. In pursuit of that goal, the thesis makes two main theoretical contributions: (i) it identifies a new class of designs by specifying an architecture for natural language analysis in which probabilities are given to semantic forms rather than to more superficial linguistic elements; and (ii) it explores the development of a mathematical theory to predict the expected accuracy of statistical language learning systems in terms of the volume of data used to train them. The theoretical work is illustrated by applying statistical language learning designs to the analysis of noun compounds. Both syntactic and semantic analysis of noun compounds are attempted using the proposed architecture. Empirical comparisons demonstrate that the proposed syntactic model is significantly better than those previously suggested, approaching the performance of human judges on the same task, and that the proposed semantic model, the first statistical approach to this problem, exhibits significantly better accuracy than the baseline strategy. These results suggest that the new class of designs identified is a promising one. The experiments also serve to highlight the need for a widely applicable theory of data requirements.Comment: PhD thesis (Macquarie University, Sydney; December 1995), LaTeX source, xii+214 page

Proceedings

Proceedings of the Ninth International Workshop on Treebanks and Linguistic Theories. Editors: Markus Dickinson, Kaili Müürisep and Marco Passarotti. NEALT Proceedings Series, Vol. 9 (2010), 268 pages. © 2010 The editors and contributors. Published by Northern European Association for Language Technology (NEALT) http://omilia.uio.no/nealt . Electronically published at Tartu University Library (Estonia) http://hdl.handle.net/10062/15891

Recognising realistic emotions and affect in speech: State of the art and lessons learnt from the first challenge

More than a decade has passed since research on automatic recognition of emotion from speech has become a new field of research in line with its 'big brothers' speech and speaker recognition. This article attempts to provide a short overview on where we are today, how we got there and what this can reveal us on where to go next and how we could arrive there. In a first part, we address the basic phenomenon reflecting the last fifteen years, commenting on databases, modelling and annotation, the unit of analysis and prototypicality. We then shift to automatic processing including discussions on features, classification, robustness, evaluation, and implementation and system integration. From there we go to the first comparative challenge on emotion recognition from speech-the INTERSPEECH 2009 Emotion Challenge, organised by (part of) the authors, including the description of the Challenge's database, Sub-Challenges, participants and their approaches, the winners, and the fusion of results to the actual learnt lessons before we finally address the ever-lasting problems and future promising attempts. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.Schuller B., Batliner A., Steidl S., Seppi D., ''Recognising realistic emotions and affect in speech: state of the art and lessons learnt from the first challenge'', Speech communication, vol. 53, no. 9-10, pp. 1062-1087, November 2011.status: publishe

Speech-to-speech translation to support medical interviews

Projeto de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Este relatório apresenta a criação de um sistema de tradução fala-para-fala. O sistema consiste na captação de voz na forma de sinal áudio que de seguida é interpretado, traduzido e sintetizado para voz. Tendo como entrada um enunciado numa linguagem de origem e como saída um enunciado numa linguagem destino. O sistema implementado tem como âmbito do seu funcionamento o domínio médico, tendo em vista apoiar o diálogo entre médico e utente em linguagens diferentes durante consultas médicas. No caso do presente trabalho, foram escolhidos o português e inglês, sendo possível a tradução fala-para-fala nos dois sentidos. A escolha destas duas línguas resulta sobretudo da disponibilidade de recursos para o desenvolvimento do sistema. Ao longo dos anos tem existido um esforço de pesquisa e desenvolvimento em tecnologia que permite quebrar as barreiras do multilinguismo. Uma dessas tecnologias, com resultados de qualidade crescentemente aceitável, são os sistemas de tradução fala-para-fala. Em geral, estes sistemas são compostos por três componentes: reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz. Neste projecto foram implementadas as três componentes. No entanto, uma vez que face às tecnologias disponíveis, a componente de tradução tem um maior impacto no desempenho final do sistema, a esta foi conferida uma maior atenção. Embora nós, como humanos, compreendamos facilmente a linguagem falada, isto é algo extremamente difícil e complexo de um ponto de vista computacional. O objectivo do reconhecimento de fala é abordar esta tarefa computacionalmente através da construção de sistemas que mapeiam um sinal acústico para uma sequência de caracteres. Os modelos actuais para reconhecimento de fala fazem uso de modelos estatísticos. Nestes, a fala é reconhecida através do uso de modelos de linguagem que possibilitam a estimativa das probabilidades para as palavras, independentemente do sinal de entrada, e de um modelo acústico onde as propriedades acústicas da fala estão contempladas. Os modelos actuais de tradução automática, assim como os de reconhecimento de fala, são na sua larga maioria estatísticos. Actualmente os modelos de tradução baseados em unidades frásicas de input são os que obtém os resultados com melhor qualidade. Esta abordagem consiste na tradução de pequenos segmentos de palavras, onde existe uma tradução lexical e um modelo de alinhamento. Os modelos estatísticos fazem uso de textos de duas línguas alinhados, tendo como princípio o facto de que através da frequência de cada segmento de palavras, em relação à outra linguagem, seja obtida uma distribuição probabilística. Deste modo torna-se possível calcular qual a palavra ou conjunto de palavras mais prováveis de ocorrer como tradução para determinado texto que se pretenda traduzir. A sintetização de voz consiste na geração de fala na forma de onda acústica tendo como ponto de partida uma palavra ou uma sequência de palavras. Envolve o processamento de linguagens naturais e processamento de sinal. O primeiro converte o texto numa representação fonética e o último converte essa representação em sinal acústico. Neste documento é apresentado o estado da arte das três áreas envolvidas. São também apresentados os sistemas de tradução fala-para-fala, fazendo ou não uso do domínio médico, e também os processos existentes para a avaliação de cada uma das componentes. Tendo em vista a implementação de um sistema com as diversas componentes, foi necessário efectuar um levantamento da tecnologia existente. O levantamento teve por objectivo a implementação de duas soluções aplicacionais. Uma aplicação disponível pela internet como página web e outra através de uma aplicação móvel, ambas permitindo o reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz em ambas as linguagens e direcções. Dois sistemas de reconhecimento de fala foram escolhidos, o Microsoft Speech Platform para a aplicação móvel e o reconhecimento de fala disponível pelo Google nos browsers Google Chrome. O primeiro a ser usado na aplicação móvel e o segundo na aplicação web. O sistema de tradução automática escolhido foi o Moses. Sendo um sistema de tradução estatístico que permite a criação de modelos de tradução diversos, como os modelos baseados em frase e os modelos baseados em fatores. O sistema de sintetização de voz escolhido foi o Microsoft Speech Platform. A aplicação móvel foi desenvolvida para a plataforma iOS da Apple tendo em vista o uso de um telemóvel iPhone. A integração dos componentes pelas diversas arquitecturas foi assegurada pela implementação de web services. O reconhecimento de fala na aplicação web foi desenvolvido recorrendo ao uso da W3C Speech Input API Specifications, onde a programação através de HTML permite a captação de áudio no Google Chrome. Para a implementação do sistema tradução fala-para-fala foi necessário a obtenção de corpora paralelos de forma a se poder treinar os modelos estatísticos, sendo este um dos factores cruciais para o bom desempenho dos componentes. Uma vez que o sistema tem como domínio de aplicação o diálogo médico, corpora neste domínio seria o mais vantajoso. No entanto, a inexistência de tais corpora para o par Inglês-Português levou à aquisição de corpora alternativos. Através de uma experiência exploratória foi abordado o tipo de implementação mais adequado da componente de reconhecimento de fala, tendo como foco o modelo de linguagem. Três experiências foram então conduzidas de forma a decidir entre a aplicação de um modelo de linguagem baseado em regras ou um modelo estatístico. Para implementar um modelo de linguagem baseado em regras foi necessário a criação de um corpus médico que reflectisse um diálogo entre médico e paciente. Para tal, com a ajuda de um médico, criei um diálogo de um caso hipotético de lesão num braço devido a um acidente de carro. Este diálogo teve como base para a sua estruturação a aplicação do processo de anamnesis. A anamnesis consiste numa metodologia médica que através de um conjunto de perguntas chave permite adquirir a informação necessária para a formulação de um diagnóstico médico e decisão sobre o tratamento necessário. O corpus médico foi também transformado num corpus de fala de forma a este ser avaliado ao longo das experiências. Numa primeira experiência foi criada uma gramática básica cuja implementação foi obtida recorrendo à Speech Recognition Grammar Specification de forma a ser usada como modelo de linguagem pela componente de reconhecimento de fala. A segunda experiência tinha como objectivo a criação de uma gramática mais complexa que a primeira. Para tal foi criada uma gramática livre de contexto. Após a criação da gramática livre de contexto esta foi convertida manualmente para uma gramática SRGS. Na terceira experiência foram criados dois modelo de linguagem estatísticos, o primeiro fazendo uso do mesmo corpus que o usado nas experiências anteriores e o segundo composto por 30.000 frases independentes. Obteve-se melhores resultados com o modelo de linguagem estatístico e este ficou como a escolha para a implementação do componente de reconhecimento de fala. No treino da componente de tradução automática foram usados dois modelos estatísticos, baseados em frases e em factores. Pretendeu-se comparar os resultados entre os dois modelos de forma a escolher o modelo mais vantajoso. Para fazer uso do modelo baseado em factores foi necessária a preparação de corpora. Com os corpora já adquiridos foi concretizada a sua anotação para ambas as linguagens. Recorrendo ao LX-Suite e ao CoreNLP, foram criados corpora anotados com lemmas e informação morfossintáctica, com a primeira ferramenta para o português e a última para o inglês. Uma vez que a componente de sintetização de voz permitia uma implementação célere, esta foi implementada recorrendo aos modelos já existentes para ambas as linguagens e disponibilizados pela ferramenta. Por fim, são apresentados os resultados obtidos e a sua avaliação. Tanto a avaliação do sistema de reconhecimento de fala como o de tradução automática demonstraram um desempenho muito competitivo, do nível do estado da arte. A componente de reconhecimento de fala, assim como a componente de tradução automática, obtiveram melhores resultados fazendo-se uso de modelos de linguagem estatístico.This report presents the development of a speech-to-speech translation system. The system consists in the capture of voice as an audio signal that is then interpreted, translated and synthesized to voice for a target language. The three main components of the system, speech recognition, machine translation and speech synthesis, make use of statistical models, such as hidden Markov models. Given the technology available, the machine translation component has a greater impact on the performance of the system, a greater attention has thus been given to it. The system assumes the support to medical interviews between doctor and patient in different languages as its applicational domain. Two application solutions were developed: an online service on a website and a mobile application. This report begins by presenting the general concepts of the relevant areas involved. It proceeds with an overview of the state of the art relating to each area as well as to the methods used for the evaluation of the different components. It provides also an overview of existing technology and the criteria for choosing the tools to be used in the development of the system. It explains the acquisition and creation of the corpora used, and the process of development and integration of the components: speech recognition, machine translation and text-to-speech. Finally, the evaluation results are presented, as well as the final conclusions