Systèmes de dialogue apprenant tout au long de leur vie : de l'élaboration à l'évaluation

Lifelong learning dialogue systems : from conception to evaluation

• Auteur / Autrice : Mathilde Veron
• Direction : Sophie Rosset, Olivier Galibert, Guillaume Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• 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 interdisciplinaire des sciences du numérique (Orsay, Essonne ; 2021-....) - Laboratoire national de métrologie et d'essais (France)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Bich-Liên Doan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Estève, François Portet, Frédéric Béchet, Chloé Clavel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Estève, François Portet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes conversationnels (informatique)

Réseaux neuronaux (informatique)

Traitement automatique du langage naturel

Mots clés libres

Systèmes de dialogue orientés tâche

Compréhension de la langue

Lifelong learning

Task oriented dialogue system

Natural language understanding

Lifelong learning

Résumé

Les systèmes de dialogue orientés tâche, plus communément appelés chatbots, ont pour but de réaliser des tâches et de fournir des informations à la demande d’un utilisateur dans le cadre d’une conversation et d’un domaine précis (e.g. réservation d’un billet de train). Ces systèmes ont été largement adoptés par de nombreuses entreprises. Cependant, ils souffrent en pratique de certaines limitations : (1) ils sont dépendants des données d’entraînement nécessaires afin d’obtenir un système performant, (2) ils manquent de flexibilité et sont peu performants dès que le cas de figure rencontré en pratique s’éloigne des données vues pendant le développement, et (3) il est difficile de les adapter au cours du temps aux nouveaux éléments qui apparaissent étant donné l’évolution inévitable du monde et des exigences des concepteurs et des utilisateurs. Ainsi, nous appliquons le Lifelong Learning (LL) aux systèmes de dialogue orientés tâche. Nous définissons le LL comme la capacité d’un système à être appliqué à et à apprendre plusieurs tâches au cours du temps, en production, en autonomie, en continu et de manière interactive. Trois étapes doivent alors être réalisées en autonomie par le système : (1) Détecter la présence d’un nouvel élément, (2) extraire et identifier le nouvel élément et (3) adapter les composants du système associés à cet élément. Dans le cadre de cette thèse et étant donné la complexité du sujet, nous nous concentrons sur trois sous-problèmes liés aux systèmes de dialogue apprenant tout au long de leur vie. Dans un 1er temps, nous proposons une 1ère méthodologie pour l’évaluation continue et au cours du temps de l’apprentissage sur le terrain des systèmes de dialogue. Ce type d’apprentissage est proche du LL mais met de côté l’aspect multi-tâches. Nous décrivons aussi un système de dialogue orienté tâche capable d’améliorer sur le terrain sa détection des slots via l’annotation autonome de données collectées au cours de ses interactions. Nous évaluons ce système à travers deux méthodes d’adaptation grâce à notre méthodologie et montrons l’intérêt d’une évaluation continue et au cours du temps. Dans un 2nd temps, nous nous concentrons sur l’étude novatrice du transfert inter-langue dans le cadre de l’apprentissage continu d’une séquence de langues. En effet, le transfert et l’apprentissage continu sont deux aspects importants du LL. Nous réalisons cette étude sur la tâche de détection des slots à l’aide de BERT multilingue. Nous observons des capacités de transfert en avant substantielles malgré la présence d’oubli et présentons les capacités d’un modèle entraîné de manière continue. Dans un 3ème temps, nous nous intéressons à l’étude du transfert inter-domaine dans le cadre de l’apprentissage zero-shot. Nous réalisons cette étude sur la tâche de suivi de l’état du dialogue, qui nécessite de considérer l’ensemble du dialogue et plus seulement le tour courant. Nous étudions d’abord les capacités de généralisation et de transfert d’un modèle existant sur de nouvelles valeurs de slots. Ensuite, nous proposons des variantes du modèle et une méthode capable d’améliorer les performances zero-shot du modèle sur des nouveaux types de slots appartenant à un nouveau domaine.

Task-oriented dialogue systems, more commonly known as chatbots, are intended to perform tasks and provide the information required by a user in a conversation in a specific domain (e.g., train booking). These systems have been widely adopted by many companies. However, they suffer in practice from some limitations: (1) they are dependent on the training data needed to obtain a performing system, (2) they lack flexibility and perform poorly as soon as the case encountered in practice moves away from the data seen during development, and (3) it is difficult to adapt them over time to new elements that appear given the inevitable evolution of the world, of the requirements of the designers and users. Thus, we apply Lifelong Learning (LL) to task-oriented dialogue systems. We define LL as the ability of a system to be applied to and learn multiple tasks over time, in production, autonomously, continuously, and interactively. Three steps must be performed in autonomy by the system: (1) Detect the presence of a new element, (2) extract and identify the new element, and (3) adapt the system components associated with this element. As part of this thesis and given the complexity of LL, we focus our work on three subproblems associated with LL dialogue systems. As a first step, we propose a first methodology for the continuous and time-dependent evaluation of on-the-job learning dialogue systems. This type of learning is close to LL but puts aside the multitask aspect. We also describe a task-oriented dialogue system capable of improving its slot detection on-the-job via the autonomous annotation of data collected during its interactions. We evaluate this system through two adaptation methods using our methodology and show interest in a continuous evaluation over time. As a second step, we focus on the innovative study of interlingual transfer when applying continual learning to a language sequence. Indeed, transfer and continual learning are two main aspects of LL. We perform this study on the slot-filling task using multilingual BERT. We observe substantial forward transfer capabilities despite the presence of forgetting and demonstrate the capabilities of a model trained in a continual manner. As a third step, we study inter-domain transfer in the context of zero-shot learning. We carry out this study on a task that requires considering the whole dialogue and not only the current turn, which corresponds to the dialogue state tracking task. We first study the generalization and transfer capabilities of an existing model on new slot values. Then, we propose some model variants and a method able to improve the zero-shot performance of the model on new types of slots belonging to a new domain.