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NLP:陪你玩成语接龙的Siri是如何听懂人类语言的?

Microsoft 徽标 Microsoft 2022/3/23 微软(亚洲)互联网工程院 · AI智汇学院

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编者按:

如果你是苹果手机用户,那你一定知道,当喊出“Hi, Siri”后, 手机里的Siri (苹果智能语音助手)便会被激活。接下来,Siri不仅能给你讲冷笑话,还能陪你玩成语接龙。

那机器是如何听懂人类语言的?又是如何理解并做出回应的呢?这就不得不谈到语言信息处理的一个重要分支,也就是AI 人工智能的核心课题之一 — NLP (自然语言处理)。

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1. NLP(自然语言处理)到底是做什么的?

NLP 的全称是 Natural Language Processing,翻译成中文称作:自然语言处理。它是计算机和人工智能的一个重要领域。顾名思义,该领域研究如何处理自然语言。

自然语言就是我们人类市场交流所使用的语音和字符系统。就目前而言,NLP所研究的对象,以字符系统——也就是我们通常说的“文字”——为主。

2. 为什么要处理自然语言?

为什么要处理文字呢?因为有需求啊!

我们用文字描述事物、经历和思想。形成的文献资料,除了被阅读,往往还需要进行很多其他操作。

比如,被翻译成其他语种;对内容进行摘要;在其中查找某个问题的答案;或者,了解其中提到了哪些人事物,以及它们之间的关系如何,等等。

虽然所有这些需求,都可以通过人工阅读文献来解决,但“浩如烟海”的文献量导致人工文字处理的产能严重不足。

3. NLP 的发展历程

上世纪 40 年代计算机被发明,用机器而非人力来处理信息成为可能。早在 1950 年代,自然语言处理就已经成为了计算机科学的一个研究领域。

不过一直到 1980 年代,NLP 系统是以一套复杂的人工订制规则为基础,计算机只是机械地执行这些规则,或者做一些诸如字符匹配,词频统计之类的简单计算。

1980年代末期,机器学习的崛起为 NLP 引入了新的思路。刚性的文字处理人工规则日益被柔性的、以概率为基础的统计模型所替代。近些年来,随着深度学习的发展,各类神经网络也被引入 NLP 领域,成为了解决问题的技术。

这里要注意了:自然语言处理(NLP)指以计算机为工具解决一系列现实中和自然语言相关的问题,机器学习、深度学习是解决这些问题的具体手段。

当我们关注 NLP 这一领域时,要分清本末,要做的事情是本,做事的方式方法是末。如果神经网络能够解决我们的问题,我们当然应该采用,但并不是只要去解决问题,就一定要用神经网络。

4. 常见的 NLP 任务

NLP 要处理的问题纷繁复杂,而且每一个问题都要结合相应场景和具体需求才好讨论。

不过这些问题也有相当多的共性,基于这些共性,我们将千奇百怪的待解决 NLP 问题抽象为若干任务。

例如:分词、词嵌入、新词发现、拼写提示、词性标注、实体抽取、关系抽取、事件抽取、实体消歧、公指消解、文本分类、机器翻译、自动摘要、阅读理解等等,都是常见的 NLP 任务。

5. 从 NLP 任务到技术实现

针对这些任务,NLP 研究人员探索出了很多方法,这些方法又对应于不同类型的技术。

在工作中,当我们遇到问题的时候,往往需要先将其对应到一个或多个任务,再在该任务的常用实现方法中选取一种适合我们使用的来执行任务。

举个例子】:我们要基于若干文献构建一个知识图谱,知识图谱的两大核心要素是实体和关系,那么当然首先我们面临的任务就是从这些文献中抽取实体和关系。

实体抽取是一项非常常见的 NLP 任务,实现它的方法有多种,大体而言分为两个方向:

    i)基于实体名字典进行字符匹配抽取;

   ii)用序列预测模型进行抽取。

   序列预测模型又可以选用机器学习模型,比如条件随机场(CRF);或选用神经网络,比如 CRF+LSTM,或 CRF+BERT等。

具体选哪种方法呢?那就要看我们需要抽取的实体类型、文献类型和文献量了。

如果现在是从少量专业文献(例如论文、说明书、研究报告等)中抽取一些列专业名词表示的实体,那么用字典匹配方便直接代价小,可以一试。

如果是要从海量的各类文献中抽取一些通用的实体,那么借助模型则可能效果更佳。

具体用机器学习模型还是神经网络呢?这又和我们拥有的标注数据与计算资源有关,如果不差钱,想标多少数据,想训练多大模型都不在乎,上神经网络自然可以追求高准确率,但如果资源捉襟见肘,可能机器学习模型更加实用。

总而言之,无论是你创建翻译不同语言的软件,开发语音识别、智能聊天的应用程序,还是更高级的人工智能应技术,都离不开(自然语言处理)。也正是有了NPL的技术支撑,Siri才能陪你玩成语接龙,还帮你设置闹钟。

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