更新:2021-07-07 17:25
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淺談文字的生成、計(jì)算、識(shí)別和理解
漢字作為一種最基本的語(yǔ)言計(jì)算單位,在自然語(yǔ)言研究和漢語(yǔ)文化推廣過程中有其獨(dú)特的計(jì)算邏輯。人們期待未來有一天機(jī)器能夠像人類一樣思考問題、理解語(yǔ)言、生成文本和書寫漢字,這就要研究漢字符號(hào)及其所表示的文本和語(yǔ)言的認(rèn)知、學(xué)習(xí)、生成及理解機(jī)理,即不僅要研究文字的可計(jì)算性,更要研究語(yǔ)言、詞匯和篇章的可計(jì)算性。因此,在自然語(yǔ)言處理(NLP)領(lǐng)域,跨專業(yè)、跨學(xué)科、跨行業(yè)的研究勢(shì)在必行。
文字的生成
文字作為人類用表義符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具,是文化的主要載體及人類文明的重要標(biāo)志。從倉(cāng)頡造字到王選的漢字激光照排系統(tǒng),人們?cè)诓煌5貙ふ夷軌蛴涗洕h字的方法。尤其是進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代以來,關(guān)于中文字體自動(dòng)生成及文本自動(dòng)生成(又稱機(jī)器寫作)的研究,特別是它們面臨的問題與挑戰(zhàn),受到各界的關(guān)注。
字體生成目前正從數(shù)字化到智能化轉(zhuǎn)型,從而讓機(jī)器具備像人類一樣分析、理解與生成文字形狀的能力。2014年,生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(Generative Adversarial Networks,GAN)等深度生成模型的提出推動(dòng)了圖像圖形的生成,成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。然而,由于字體生成任務(wù)對(duì)字形質(zhì)量要求很高,深度生成模型在短時(shí)間內(nèi)還無(wú)法滿足要求。2016年,北京大學(xué)王選計(jì)算機(jī)研究所團(tuán)隊(duì)用偏傳統(tǒng)圖形學(xué)的方法首次解決了大規(guī)模手寫體中文字庫(kù)的自動(dòng)生成問題,并在2017年提出了基于Image2image框架的中文字庫(kù)生成模型,是學(xué)術(shù)界最早使用深度生成模型解決中文字體生成任務(wù)的工作之一;谛颖緦W(xué)習(xí)的特效字庫(kù)自動(dòng)生成模型——AGIS-Net,能夠依據(jù)極少量輸入漢字字形樣本,在建模字體風(fēng)格的同時(shí)遷移其紋理特征,解決了基于小樣本學(xué)習(xí)的特效字庫(kù)自動(dòng)生成問題。Attribute2Font模型則首次解決了給定任意字體屬性值便可自動(dòng)生成個(gè)性化訂制風(fēng)格的完整中英文字庫(kù)的難題。專業(yè)字體設(shè)計(jì)師開展的實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)對(duì)他們開展字體設(shè)計(jì)工作頗有益處。EasyFont模型首次實(shí)現(xiàn)了一種基于風(fēng)格學(xué)習(xí)的大規(guī)模手寫體中文字庫(kù)自動(dòng)生成系統(tǒng),使得普通用戶快速擁有自己的手寫體中文字庫(kù)的夢(mèng)想成為可能,目前已通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式在企業(yè)投入使用。
文本的生成
文本生成,又稱自然語(yǔ)言生成(NLG)或者機(jī)器寫作,是自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。美聯(lián)社自2014年7月就開始采用新聞寫作軟件自動(dòng)寫稿,大大提高了新聞生產(chǎn)效率;新華社、今日頭條等也已經(jīng)將自動(dòng)寫稿機(jī)器人投入使用。文本生成的主要方式包括文本擴(kuò)寫、文本縮寫、文本改寫等。傳統(tǒng)的文本生成方法主要基于流水線框架,即“內(nèi)容選擇-文檔規(guī)劃-語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)”,每個(gè)步驟可采用基于模板、規(guī)則或統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的方法。而端到端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)文本生成模型相對(duì)于流水線框架而言更易實(shí)現(xiàn),且能明顯提升基于自動(dòng)評(píng)估指標(biāo)的性能。然而,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)文本生成面臨生成結(jié)果的內(nèi)容覆蓋性不佳、文本多樣性不足、信息保真度不夠、篇章連貫性不強(qiáng)等挑戰(zhàn)。此外,深度生成模型易受對(duì)抗攻擊,可解釋性較差,模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)依賴性過強(qiáng)。針對(duì)文本生成多樣性不足的問題,可以通過在解碼過程中引入隨機(jī)性或者進(jìn)行句法控制與指導(dǎo)等方式提高生成文本的多樣性。除了要考慮文本表達(dá)上的多樣性之外,也可以考慮內(nèi)容選擇上的多樣性。
現(xiàn)階段的機(jī)器寫作還不能完全代替人類寫作,而是與人類寫作相互協(xié)作。目前的機(jī)器寫作在素材的依賴性、領(lǐng)域的遷移性以及寫作的情感性等方面依然面臨很多問題,期待未來機(jī)器能夠生產(chǎn)出具有豐富情感、充滿推理與聯(lián)想的文章,給人類的生活帶來更大的影響。
文字的識(shí)別
文字識(shí)別旨在將字符圖像轉(zhuǎn)化為符號(hào)代碼,基于篇章的文字識(shí)別(即文檔分析)是從文檔圖像提取文本信息,包括文本分割、識(shí)別、上下文處理、語(yǔ)義信息提取等。對(duì)文本分析的研究從20世紀(jì)20年代就已經(jīng)開始,早期的研究主要集中在單字識(shí)別上。對(duì)漢字來說,單字識(shí)別主要是基于過切分(滑動(dòng)窗)的識(shí)別方法(在此方法中單字識(shí)別器的性能起決定作用,切分后會(huì)進(jìn)一步提高漢字的識(shí)別精度和結(jié)構(gòu)解釋)、基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的文本識(shí)別和基于卷積循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的文本識(shí)別。由于漢字?jǐn)?shù)目龐大、大樣本學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)難度較大以及涉及古籍識(shí)別等原因,傳統(tǒng)的漢字識(shí)別策略會(huì)遇到很多困難。如果能做到零樣本識(shí)別,就可以在一定程度上解決這些問題。中科院自動(dòng)化所研究員劉成林在特邀報(bào)告“跨模態(tài)零樣本文字識(shí)別”中指出,零樣本識(shí)別簡(jiǎn)單來說就是識(shí)別在訓(xùn)練樣本中未出現(xiàn)的類別。針對(duì)此問題,劉成林介紹了基于部首檢測(cè)的方法、基于CNN多標(biāo)記學(xué)習(xí)的部首檢測(cè)方法、基于樹結(jié)構(gòu)嵌入的方法和基于印刷體原型的手寫漢字識(shí)別方法等,并指出深度學(xué)習(xí)為文字識(shí)別帶來了性能上的突破,零樣本文字識(shí)別雖然初有成效但識(shí)別精度不高,未來的研究方向可以結(jié)合多種輔助信息或先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行零樣本識(shí)別。
文本的理解
“自然語(yǔ)言理解是人工智能皇冠上的明珠”。語(yǔ)言學(xué)之于自然語(yǔ)言處理等同于數(shù)學(xué)之于機(jī)器學(xué)習(xí),語(yǔ)言學(xué)的研究重點(diǎn)是觀察、描述、解釋自然語(yǔ)言,而NLP的研究重點(diǎn)是語(yǔ)言的可計(jì)算性,有了前者才能有后者。雖然語(yǔ)言學(xué)是NLP的基礎(chǔ),但是NLP不是語(yǔ)言學(xué)的一個(gè)分支,也不是語(yǔ)言學(xué)的一個(gè)擴(kuò)展。為了讓機(jī)器能夠理解文本和語(yǔ)言,從詞匯級(jí)、句子級(jí)、篇章級(jí)三個(gè)階段進(jìn)行分析具有非常重要的意義。周國(guó)棟分析了每個(gè)階段的研究現(xiàn)狀,再次強(qiáng)調(diào)自然語(yǔ)言理解通常是在篇章級(jí)進(jìn)行,不能斷章取義、見微知著。篇章是由一系列連續(xù)的語(yǔ)段或句子構(gòu)成的語(yǔ)言整體單位,在一個(gè)有幾個(gè)子句的篇章實(shí)例里,假設(shè)有些子句的句法成分缺失,但借助于句子之間的意義關(guān)聯(lián),就可以構(gòu)建一個(gè)以一個(gè)關(guān)鍵詞為中心話題的語(yǔ)言整體,從而構(gòu)成一個(gè)篇章。值得注意的是,篇章理解在連貫性、銜接性、跨篇章性和預(yù)警性等方面仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。
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