Apprendre par imitation : applications à quelques problèmes d'apprentissage structuré en traitement des langues

Imitation learning : application to several structured learning tasks in natural language processing

• Auteur / Autrice : Elena Knyazeva
• Direction : François Yvon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 25/05/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (Orsay, Essonne ; 1972-2020)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Rosset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Yvon, Sophie Rosset, Pascal Denis, Thierry Artières, Guillaume Wisniewski, Artem Sokolov, Matthieu Geist
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Denis, Thierry Artières

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traduction automatique

Apprentissage automatique

Traitement automatique du langage naturel

Mots clés libres

Apprentissage structuré

Apprentissage par imitation

Traitement automatique des langues naturelles naturelles

Structured learning

Imitation learning

Natural language processing

Résumé

L’apprentissage structuré est devenu omniprésent dans le traitement automatique des langues naturelles. De nombreuses applications qui font maintenant partie de notre vie telles que des assistants personnels, la traduction automatique, ou encore la reconnaissance vocale, reposent sur ces techniques. Les problèmes d'apprentissage structuré qu’il est nécessaire de résoudre sont de plus en plus complexes et demandent de prendre en compte de plus en plus d’informations à des niveaux linguistiques variés (morphologique, syntaxique, etc.) et reposent la question du meilleurs compromis entre la finesse de la modélisation et l’exactitude des algorithmes d’apprentissage et d’inférence. L’apprentissage par imitation propose de réaliser les procédures d’apprentissage et d’inférence de manière approchée afin de pouvoir exploiter pleinement des structures de dépendance plus riches. Cette thèse explore ce cadre d’apprentissage, en particulier l’algorithme SEARN, à la fois sur le plan théorique ainsi que ses possibilités d’application aux tâches de traitement automatique des langues, notamment aux plus complexes telles que la traduction. Concernant les aspects théoriques, nous présentons un cadre unifié pour les différentes familles d’apprentissage par imitation, qui permet de redériver de manière simple les propriétés de convergence de ces algorithmes; concernant les aspects plus appliqués, nous utilisons l’apprentissage par imitation d’une part pour explorer l’étiquetage de séquences en ordre libre; d’autre part pour étudier des stratégies de décodage en deux étapes pour la traduction automatique.

Structured learning has become ubiquitousin Natural Language Processing; a multitude ofapplications, such as personal assistants, machinetranslation and speech recognition, to name just afew, rely on such techniques. The structured learningproblems that must now be solved are becomingincreasingly more complex and require an increasingamount of information at different linguisticlevels (morphological, syntactic, etc.). It is thereforecrucial to find the best trade-off between the degreeof modelling detail and the exactitude of the inferencealgorithm. Imitation learning aims to perform approximatelearning and inference in order to better exploitricher dependency structures. In this thesis, we explorethe use of this specific learning setting, in particularusing the SEARN algorithm, both from a theoreticalperspective and in terms of the practical applicationsto Natural Language Processing tasks, especiallyto complex tasks such as machine translation.Concerning the theoretical aspects, we introduce aunified framework for different imitation learning algorithmfamilies, allowing us to review and simplifythe convergence properties of the algorithms. With regardsto the more practical application of our work, weuse imitation learning first to experiment with free ordersequence labelling and secondly to explore twostepdecoding strategies for machine translation.