47763 (Обзор методов обработки естественного языка в задачах дистанционного обучения)
Описание файла
Документ из архива "Обзор методов обработки естественного языка в задачах дистанционного обучения", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "информатика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "информатика, программирование" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "47763"
Текст из документа "47763"
Обзор методов обработки естественного языка в задачах дистанционного обучения.
Задача обработки естественного языка при помощи ЭВМ с каждым днем становится все актуальней и актуальней. Развитие научно-технического прогресса во всем мире привело к тому, что объем новой информации постоянно растет со стремительно увеличивающейся скоростью. Человек во многих случаях становится не в состоянии самостоятельно переработать всю необходимую для его профессиональной деятельности информацию. И тогда компьютерные системы, использующие новейшие алгоритмы обработки естественного языка, могут оказать ему реальную помощь.
В последнее время компьютеры стали активно внедряться в систему образования /1,2,3/. Создано огромное количество программных продуктов, направленных на обучение различного рода предметам. Если раньше дисциплины, изучаемые с помощью компьютерных программ относились в основном к техническим, то теперь компьютер широко используется и при подготовке специалистов по гуманитарным предметам, ведущую роль среди которых, бесспорно, занимают иностранные языки. Повышение интереса к иностранным языкам, и в особенности к английскому, за последние несколько лет легко объясняется изменениями политического и экономического характера, и как следствие, возрастанием роли знания иностранного языка.
Потребности нашего общества в компьютеризации обучения языку сегодня резко возросли в связи со следующими факторами:
-
невозможность прохождения специальных языковых курсов без отрыва от основной работы;
-
постоянный рост оснащенности персональными компьютерами населения России;
-
ориентация учащейся молодежи на ЭВМ как на главное средство автоматизации интеллектуального труда;
-
острый дефицит кадров педагогов языковых дисциплин;
и ряд других.
Стремительное развитие компьютерных и информационных технологий естественным образом отразились и на системе образования. Возможности, которые появились благодаря внедрению передовых сетевых технологий (Internet - технологий) на территории России, послужили поводом для начала серьезных проектов, связанных с новым типом обучения - дистанционным обучением (ДО). Под термином ДО понимается обучение, при котором преподаватель и обучаемый разделены пространственно.
Немного об истории и развитии ДО /1/. ДО возникло более века тому назад. Принято различать 4 поколения развития ДО.
Первое поколение ДО начало развиваться в конце 19, в начале 20 века. Самыми распространенными тогда материалами были отпечатанные в типографиях учебники и сборники упражнений к ним. Взаимодействие обучаемого с преподавателем происходило с помощью обычной почтовой связи (обмен письмами).
Второе поколение ДО начало развиваться в 70-е годы. Был создан ряд университетов (в основном в Англии), цель которых была готовить студентов, которые по тем или иным причинам не имели возможности обучаться в очной форме. Учебные материалы давались с использованием местного телевидения и радио или путем пересылки по почте аудио записей курсов. Аудио-конференции с использованием телефонных систем, тоже являются частью второго поколения развития ДО.
Третье поколение ДО (начало 80-х годов) связывают с появлением спутниковых технологий и развитием компьютерной техники. Доставка информации стала возможна с помощью компьютерных сетей в цифровом виде. К третьему поколению развития ДО также относят видеоконференции и использование носителей CD-ROM.
Четвертое поколение ДО возникло с момента распространением Internet-технологии по всему миру. Internet намного облегчил доступ у информации. Сделал возможным как синхронное (chat, видео и аудио конференции), так и асинхронное (e-mail) взаимодействие обучаемого с преподавателем. Использование в ДО технологий базирующихся на WEB дает возможность применять во время учебного процесса не только текстовую информацию, но и звук и видео.
Как видно из выше сказанного, основным вопросом в организации ДО является способ доставки и организации учебного материала /1/. Одним из перспективных способов передачи информации при организации ДО является e-mail. За последние годы в различных университетах мира проводилось обучение по экспериментальной методике, особенность которой была в том, что взаимодействие учащихся (студентов 2-ых и 3-их курсов) и преподавателей, либо полностью, либо частично, происходило с помощью e-mail /2/. Курсовые материалы, использованные в экспериментах, были хорошо структурированы и подготовлены для самостоятельного освоения. В результате было показано, что усвоение пройденного материала студентами обучающимися с помощью e-mail, происходит не хуже, а на некоторых курсах лучше студентов, обучающихся традиционно. Так же преподавателями и студентами, участвующими в эксперименте, был отмечен ряд преимуществ такого подхода к обучению /2/.
Преподавателями были отмечены следующие положительные качества этого метода:
-
студент практически не зависит от расписания;
-
доставка и “чтение” материалов курса регистрируется преподавателем (при открытии письма учащимся, автоматически высылается письмо преподавателю);
-
работа с курсом практически не требует бумаги, что обеспечивает удобство работы и быстроту копирования материала;
-
однажды подготовленный курсовой материал может быть использован в последующие годы.
Так же важно отметить ряд преимуществ использования e-mail, которые нашли для себя учащиеся:
-
использование e-mail не требует присутствия на лекциях курса;
-
возможность работы с материалом в удобное для учащихся время;
-
весь курсовой материал хорошо систематизирован и может быть легко воспроизведен в полном объеме самостоятельно даже после окончания обучения.
Все перечисленные выше преимущества только малая часть того, что может дать образованию использование информационных технологий и методов ДО по сравнению с традиционными подходами.
Какие новые возможности позволяет использовать ДО по сравнению с широко известной заочной формой?
-
Возможность оперативного обмена информации по изучаемой проблеме, как с преподавателем, так и с другими участниками, изучающими курс.
-
Доступ к различным источникам информации, в том числе удаленным и распределенным базам данных, многочисленным конференциям по всему миру, огромному количеству библиотек.
-
Возможность организации совместных международных конференций по изучаемой проблеме, возможность запроса и получение ответа на интересующие вопросы через электронные конференции.
-
Возможность обучения в престижных зарубежных вузах, не покидая родного дома.
Из выше сказанного можно сделать вывод о необходимости и перспективности развития ДО. Важно сформулировать основные требования к создаваемым продуктам, ориентированным на применение для дистанционного обучения иностранному языку. Основные требования:
-
организация знаний о языке в виде целостной модели;
-
представление этой модели на ЭВМ в доступной для учащегося форме;
-
использование алгоритмов и методов искусственного интеллекта (ИИ) с целью повышения эффективности обучаемого комплекса;
-
обеспечение контроля знаний учащегося при помощи ЭВМ;
-
обеспечение работы системы, как в локальной сети, так и в глобальной сети Internet;
-
обеспечение открытости системы для удобства наполнения и корректировки базы знаний и тренажеров;
-
обеспечение платформенной независимости системы;
-
обеспечение модульности системы с целью быстрой замены, добавления или удаления приложений, используемых в обучении;
-
обеспечение связи с преподавателем.
В данной работе уделяется особое внимание вопросу использования в такого рода проектах методов ИИ. Речь пойдет об алгоритмах работы с текстовой информацией.
Задача интеллектуальной обработки текстов на естественном языке впервые появилась на рубеже 60х—70х гг. /7/. С тех пор было предпринято множество различных попыток ее решения, созданы десятки экспериментальных программ, способных вести диалог с пользователем на естественном языке. Однако широкого распространения такие системы пока не получили — как правило, из-за невысокого качества распознавания фраз, жестких требований к синтаксису “естественного языка”, а также больших затрат машинного времени и ресурсов, необходимых для их работы. Практически во всех системах машинного понимания текста используется ограниченный естественный язык, поскольку полной и строгой формальной модели ни для одного естественного языка пока не создано.
Тем не менее естественно-языковые средства общения человека с ЭВМ постоянно развиваются, оставаясь одним из наиболее перспективных способов построения пользовательского интерфейса к сложным информационным системам.
Исследования этой области в Европе и США привлекают внимание крупнейших частных фирм и государственных организаций самого высокого уровня. Серьезная работа в направлении решении проблем автоматической обработки ЕЯ началась с основанных ARPA программ в 1980-х годах /7/, среди которых:
-
программа распознавания речи ATIS;
-
программа, направленная на решение задач понимания и извлечение информации из текстов IE (Information Extraction);
-
программа TIPSTER, существовавшая с 1991 по 1998 год, основной целью которой было сравнение и оценка результатов работы различных поисковых систем и систем реферирования.
Необходимо отметить, что такие задачи как распознавание и генерации речи, создание поисковых систем и систем реферирования, до настоящего времени решаются с минимальным участием лингвистов. Это обусловлено использованием при решении вышеупомянутых задач в основном статистических методов.
Несмотря на это, за долгие годы четко определились области, в которых наиболее сильны позиции профессиональных лингвистов. Это лексико-грамматический анализ (Part of Speech tagging) предложения /4,5,6/, синтаксический анализ (Text Parsing) предложения, нахождение имен собственных в тексте и автоматическое реферирование.
Задача лексико-грамматического анализа — автоматически распознать, какой части речи принадлежит каждое слово тексте. На рис.1 показан пример предложения, в котором каждому слову поставлен в соответствие лексико-грамматический класс.
The/AT man/NN still/RB saw/VBD her/PPO./.
Обозначения
RB - наречие
AT - опр. артикль
NN - существительное
VB – глагол
VBD – глагол в прошедшем времени
PPO – объектное местоимение
PP$ - личное местоимение
. - точка
Рис.1
Данную задачу не трудно выполнить для русского языка благодаря его развитой морфологии практически со стопроцентной точностью. В английском языке простой алгоритм, присваивающий каждому слову в тексте наиболее вероятный для данного слова лексико-грамматический класс (часть речи) работает с точностью около 90%, что обусловлено лексической многозначностью английского языка.
Для улучшения точности лексико-грамматического анализа используются два типа алгоритмов: вероятностно-статистические и основанные на продукционных правилах, оперирующих словами и кодами.
Большинство вероятностно-статистических алгоритмов /4/ использует два источника информации:
1. Словарь словоформ языка /5/, в котором каждой словоформе соответствует множество лексико-грамматических классов, которые могут иметься у данной словоформы. Например, для словоформы well в словаре указано, что она может быть наречием, существительным, прилагательным и междометием. Для каждого лексико-грамматического класса словоформы указывается частота его встречаемости относительно других лексико-грамматических классов данной словоформы. Частота обычно подсчитывается на корпусе текстов, в котором предварительно вручную каждому слову приведен в соответствие лексико-грамматический класс. Таким образом, словоформа well в словаре будет представлена следующим образом (рис.2):
Словоформа | Часть речи | Частота |
Well | существительное | 4 |
Well | наречие | 1567 |
Well | прилагательное | 6 |
Well | междометие | 1 |
Рис.2
2. Информацию о встречаемости всех возможных последовательностей лексико-грамматических классов. В зависимости от того, как представлена данная информация, разделяют биграмную, триграмную и квадриграмную модели. В биграмной модели используется информация о всех возможных последовательностях из двух кодов (рис.3):
Последовательность | Частота |
неопр.артикль + сущ.ед.ч | 35983 |
неопр.артикль + сущ.мн.ч | 7494 |
Опр.артикль + сущ.ед.ч | 13838 |
неопр.артикль + сущ.мн.ч | 47 |
Рис.3
В триграмной модели и квадриграмной модели используется соответственно информация о всех возможных последовательностях из 3-х и 4-х кодов.
Рассмотрим подробнее пример разбора предложения, представленного на рис.1. Прежде всего, определяются все возможные значения частей речи, входящих в предложение, словоформ. Так словоформа “The” может быть только AT; “man” - NN или VB; “still” - NN, VB или RB; “saw” - NN или VBD; “her”-PPO или PP$. Далее воспользовавшись таблицей частотности, присваиваем словоформам тот или иной лексико-грамматический класс. Пример таблицы частотности для нашего предложения приведен на рис. 4.
NN | PPO | PP$ | RB | VB | VBD | . | |
AT | 186 | 0 | 0 | 8 | 1 | 8 | 9 |
NN | 4 | 1 | 3 | 40 | 9 | 66 | 186 |
PPO | 7 | 3 | 16 | 164 | 109 | 16 | 313 |
PP$ | 176 | 0 | 0 | 5 | 1 | 1 | 2 |
RB | 5 | 3 | 16 | 164 | 109 | 16 | 313 |
VB | 22 | 694 | 146 | 98 | 9 | 1 | 59 |
VBD | 11 | 584 | 143 | 160 | 2 | 1 | 91 |
Рис.4