Risoluzione di ambiguità semantiche per la Risoluzione di ambiguità semantiche per la ricerca di similarità tra frasiricerca di similarità tra frasi

Erika StefaniniErika Stefanini

Università degli Studi di Modena e Reggio EmiliaUniversità degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Facoltà di Ingegneria - Corso di Laurea in Ingegneria InformaticaFacoltà di Ingegneria - Corso di Laurea in Ingegneria Informatica

Relatore:Relatore:

Prof. Paolo TiberioProf. Paolo Tiberio

Correlatori:Correlatori:

Dott. Federica MandreoliDott. Federica Mandreoli

Ing. Riccardo MartogliaIng. Riccardo Martoglia

Anno Accademico 2002/2003Anno Accademico 2002/2003

Obiettivi della tesi:Obiettivi della tesi:

• realizzazione di un modulo indipendente per la risoluzione di ambiguità semantiche (word sense disambiguation) di termini appartenenti a frasi di lingua inglese

• questo modulo verrà poi utilizzato all’interno del progetto EXTRA

Sistema EXTRA:Sistema EXTRA:

Ricerca approssimata Ricerca approssimata di frasi di frasi

(Pre-traduzione)(Pre-traduzione)

Testo da Testo da tradurretradurre

Suggerimenti per la Suggerimenti per la traduzionetraduzione

AllineamentoAllineamento

Testo Testo tradottotradotto

TraduttoreTraduttore professionistaprofessionista

The white cat is hunting the mouse

The white feline is catching the rodentThe white computer is detecting a mouse

Frase originale Frase Tradotta

The white cat is hunting the mouse

Il gatto bianco sta cacciando il topo.

The white feline is catching the rodent.

Il felino bianco sta catturando il roditore.

The white computer is detecting a mouse.

Il computer bianco sta rintracciando un mouse.

Edit distance = 3Sim =1- ed/lung = 0,57

• è stata un tema di grande interesse fin dagli anni ’50• è stata studiata ed utilizzata in diversi settori:

intelligenza artificiale (comprensione del linguaggio naturale), traduzione automatica, information retrieval

• consiste nel determinare in modo automatico il significato più appropriato di una parola in base al contesto (frase) in cui si trova

• 2 tipi di approccio per il wsd

La risoluzione di ambiguità semantiche dei termini (word sense disambiguation):

WordNet è stato realizzato presso il Cognitive Science Laboratory della Princeton University da un gruppo di psicologi e linguisti coordinati dal prof. George A. Miller.

• La caratteristica principale di WordNet è l’organizzazione delle informazioni lessicali delle parole in base al loro significato e non alla loro forma (lemma)

• Ogni parola è l’associazione tra la sua forma (il modo in cui viene scritta) ed il significato che esprime; questa corrispondenza viene espressa tramite la matrice lessicale

WordNetWordNet

È un sistema lessicale basato sulle teorie psicolinguistiche della memoria lessicale umana

Word

Meanings

Word Forms

apricot apricot tree

Asian tree having clusters of usually white blossoms…

X X

Downy yellow to rosy-colored fruit resembling a small peach

X

A shade of pink tinged with yellow X

WordNet divide l’insieme delle parole in 4 categorie:

• Nomi

• Aggettivi

• Avverbi

• Verbi

Ogni categoria è organizzata in insiemi di sinonimi (synset) che rappresentano un concetto.

I synset sono collegati tra loro da diversi tipi di relazioni semantiche.

IPERONIMIA

Un concetto rappresentato dal synset {y, y’,…} è un iperonimo del concetto rappresentato dal synset {x, x’,…} se si può costruire una frase del tipo An x is a (kind of) y.

L’iperonimia genera una gerarchia simile alle gerarchie di specializzazione presente nei modelli E/R.

Substance, matter

Natural object

Plant part

Reproductive structure

Fruit

Solid

Food

Produce,green goods,…

Edible fruit Pome, false fruit

Apple (significato numero 1)

Object, physical object

Entity, physical thing

Gli algoritmi implementati tengono conto solo dei nomi e dei verbi.

TRASFORMAZIONE PRELIMINARE DELLA FRASE

frase originale

parsing

frase “parserizzata”

stemming

frase “stemmizzata”

lista nomi , lista verbi

estrazione di nomi e verbi

The white cat is hunting the mouse

The/DT white/JJ cat/NN is/VBZ hunting/VBG the/DT mouse/NN

white cat be hunt mouse

nomi = {cat, mouse}, verbi = {be, hunt}

Algoritmo wsd

nomi nomi = {cat,mouse}

Algoritmo wsd

verbi verbi = {be,hunting}nomi = {cat,mouse}

ALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI NOMIALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI NOMI

Osservazione: se un insieme di parole polisemiche sono simili, il loro concetto comune dà informazioni su quale significato di ognuna delle parole sia quello più adatto.

Calcolo della SIMILARITÀ SEMANTICA di due nomi:

si basa sulla lunghezza del cammino necessario a percorrere la distanza che li separa dal loro concetto minimo comune

Dato un insieme di nomi W = { w1, w2,…} considero tutte le possibili coppie (wi, wj)

Placental mammal

Carnivore Rodent

Feline, felid

Cat(significato 1)

Mouse(significato 1)

1

2

3 4

5

len(cat#1, mouse#1) = 5

sim(cat#1,mouse#1) = 1,856

sim(w1, w2) = - ln len(w1, w2)

2*D

ALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI NOMIALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI NOMI

Dati: • un insieme di nomi w1, w2, …, wn

• sim(wi, wj) per ogni coppia di nomi

• c[i,j] = concetto minimo comune a wi e wj

Si vuole determinare:

φ(w,k) funzione che indica la confidenza con cui si può dire che la parola w ha il significato k

PASSI

se c[i,j] è un iperonimo di sense (wi , k)

allora support[i,k] += v[i,j]

normalization[i] += v[i,j]; normalization[j] += v[i,j];

calcolo della confidenza coppia di nomi wi e wj si determina v[i,j] = sim(wi, wj) * G(di – dj)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10x

Il significato migliore di un nome è quello che ha il più alto valore di φ.

oppure

φ (i,k) = α * support[i,k]

normalization[i] + β * R(z) , se normalization[i] != 0

φ (i,k) = α * 1

num_senses(w[i]) + β * R(z) , se normalization[i] = 0

+ = 1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12

z

R(z

)

R(z) = 1 – 0.8 * z

numsenses - 1

ALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI VERBIALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI VERBI

Per i verbi approccio di tipo diverso:

definizioni dei significati di WordNet

Sense 2look, appear, seem -- (give a certain impression or have a certain outward

aspect; "She seems to be sleeping"; "This appears to be a very difficult problem"; "This project looks fishy"; "They appeared like people who had not eaten or slept for a long time")

Descrizione del significato + frasi di esempio

ALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI VERBIALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI VERBI

Dati: • N = insieme nomi presenti nella frase in cui compare verbo v

• nomi_es(v, k) = insieme nomi nella definizione del significato k del verbo v;

• sim(nomei, nome_esj) , nomei N e nome_esj nomi_es(v,k)

Si vuole determinare:

φ(v,k) funzione che indica la confidenza con cui si può dire che il verbo v ha il significato k

PASSImaxi = max{ sim(nomei , nome_esj), con j = 1,2, ..., m} nomei NCalcolo della confidenza

φ(v, k) = R(k) * ii

i

ii

dG

dG

)(

max*)(

Il significato migliore del verbo v è quello con il valore più alto di φ.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10x

G(x)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12

k

R(k

)

R(k) = 1 – 0.9 * k

numsenses - 1

Poiché WordNet contiene verbi con oltre 30 significati, si è deciso di sfruttare l’andamento di R(k) per migliore l’efficienza dell’algoritmo.

La retta R(k) è decrescente R(k) > R(k+1)

Se risulta vera la condizione φ(v,k) > R(k+1)

φ(v,k) = R(k)*T(v,k) > R(k+1) > R(k+1)*T(v,k+1) = φ(v,k+1)

Si può smettere di calcolare φ(v,k) per k > k+1, visto che in questo intervallo si otterrebbero valori minori di φ(v,k)

ALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI VERBIALGORITMO DI WORD SENSE DISAMBIGUATION DEI VERBI

GENERAZIONE CODICIGENERAZIONE CODICI

Dopo aver eseguito gli algoritmi di word sense disambiguation, ad ogni nome o verbo della frase “stemmizzata” viene sostituito il codice del significato che è risultato essere migliore.

WordNet assegna ad ogni significato un codice numerico univoco.

The white cat is hunting the mouse

white cat be hunt mouse

Frase originale:

Frase “stemmizzata”:

Frase con codici:

white 1788952 2058045 903354 1993014

The white feline is catching the rodent

white feline be catch rodent

Frase originale:

Frase “stemmizzata”:

Frase con codici:

white 1788952 2058045 837447 1993014

The white computer is detecting a mouse

white computer be detect mouse

Frase originale:

Frase “stemmizzata”:

Frase con codici:

white 7846548 2058045 658546 85657

70 68,6

79,5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

media

% s

uccesso

DPaint

elettrodomestici

op.letterarie

Media delle percentuali di successo

caso primaedopo = 0

casi primaedopo = 0 e primaedopo > 0 a confronto

7073,4

68,6

77 79,5

90,7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

media

% s

uccesso

1 2 3

primaedopo=0

primaedopo>0

1=DPaint2=elettrodom.3=op.letterarie

RISULTATI ALGORITMO WSD NOMIRISULTATI ALGORITMO WSD NOMI

Collezioni dati di tipo tecnico e di tipo generico (da opere letterarie)

RISULTATI ALGORITMO WSD VERBIRISULTATI ALGORITMO WSD VERBI

È molto difficile stabilire con certezza il giusto significato di un verbo Esempio:

Frase originale: The great musician Mozart composed nine symphonies and many other musical composition.

The verb compose has 6 senses (first 5 from tagged texts): 1. (14) compose -- (form the substance of; "Greed and ambition composed

his personality")2. (5) compose, write -- (write music; "Beethoven composed nine symphonies")3. (4) write, compose, pen, indite -- (produce a literary work; "She composed a

poem"; "He wrote four novels")4. (3) compose, compile -- (put together out of existing material; "compile a list")5. (1) compose -- (calm (someone, esp. oneself); make quiet; "She had to compose

herself before she could reply to this terrible insult")6. frame, outline, compose, draw up -- (draw up the plans or basic details for; "frame a policy")

Obiettivi raggiunti :Obiettivi raggiunti :

Sviluppi futuri :Sviluppi futuri :

definizione della funzione di similarità semantica: fornisce una misura della somiglianza di significato tra due concetti

tramite questa funzione sono stati sviluppati gli algoritmi di word sense disambiguation: per ogni significato si è determinata la confidenza con cui poter giudicare quanto fosse appropriato

si è aumentata l’efficacia dell’algoritmo relativo ai nomi valutando anche i nomi delle frasi adiacenti

Per i nomi: considerare anche altri tipi di relazioni oltre l’iperonimia Per i verbi: analizzare le frasi in base all’analisi logica per

determinare soggetto ed eventuale complemento oggetto Approccio di tipo statistico