Adaptive word prediction and its application in an assistive communication system [Elektronische Ressource] / von Tonio Wandmacher

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• Publié par: eberhard_karls_universitat_tubingen
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 13
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Adaptivewordprediction
anditsapplicationinanassistive
communicationsystem
von
TONIO WANDMACHER
PhilosophischeDissertation
angenommenvonderNeuphilologischenFakultat¨
derUniversitat¨ Tubingen¨
am22. Oktober2008
Tours
2009GedrucktmitGenehmigungderNeuphilologischenFakultat¨
derUniversitat¨ Tubingen¨
Hauptberichterstatter: Prof. Dr. UweMonnich¨
1. Mitberichterstatter: ProfDr. DetmarMeurers
2. PDDr. StefanLanger(Munchen)¨
3. Prof. Jean-YvesAntoine(Tours)
Dekan: Prof. Dr. JoachimKnape
UNIVERSITÉ FRANÇOIS - RABELAIS
DE TOURS


ÉCOLE DOCTORALE Santé, Sciences et Technologies
Laboratoire d’Informatique
Equipe « Bases de données et Traitement des langues naturelles »

THÈSE présentée par :
Tonio Wandmacher

soutenue le : 22 octobre 2008


pour obtenir le grade de : Docteur de l’université François - Rabelais
Discipline/ Spécialité : Informatique

Titre
Adaptive word prediction
and its application in an assistive
communication system



THÈSE dirigée par :
M. ANTOINE, Jean-Yves Professeur, Université François – Rabelais de Tours
M. MÖNNICH, Uwe Professeur, Eberhard-Karls Universität Tübingen

RAPPORTEURS :
M. BECHET, Frédéric Maître de Conférences, HDR, Université d’Avignon
Mme. DAILLE, Béatrice Professeur, Université de Nantes


JURY :

M. ANTOINE, Jean-Yves Professeur, Université François – Rabelais de Tours
M. BECHET, Frédéric Maître de Conférences, HDR, Université d’Avignon
Mme. DAILLE, Béatrice Professeur, Université de Nantes
M. LANGER, Stefan Privatdozent (HDR) Ludwig-Maximilians Universität München
M. MAUREL, Denis Professeur, Université François – Rabelais de Tours
M. MEURERS, Detmar Professeur, Eberhard-Karls Universität Tübingen
M. MÖNNICH, Uwe Professeur, Eberhard-Karls Universität Tübingen
i
Summary
The present work investigates the capacities of adaptive methods for word
prediction, which represents a central strategy in the context of alternative
and augmentative communication (AAC) for speech- and motion-impaired
persons. First an introduction to the respective research fields of AAC and
word prediction is given. Here we address in particular stochastic language
models, which have been shown to be very appropriate for the task of predic-
tion. We then explore two major classes of adaptive methods: In a first part we
consider strategies enabling to adapt to the lexical and syntactic preferences
of the user of an AAC system. Here we investigate the recency promotion
or cache model, an auto-adaptive user lexicon and the dynamic user model
(DUM), which integrates every input of the user.
The second class of methods aims to adapt to the semantic or topical con-
text. Here we focus in particular on Latent Semantic Analysis (LSA), a vectorial
model establishing semantic similarity from distributional properties of lexical
units in large corpora. A difficult aspect however arises from the integration
of LSA-based information to the general prediction model; for this reason we
discuss and evaluate here several integration methods.
In the last part of this work an assistive communication system is presented
that implements the most successful of the previously investigated adaptation
methods. After a description of the user interface as well as the communi-
cation enhancing components we report results from the application of this
system in a rehabilitation center, where it has been in use for several years.ii
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit untersucht die Kapazitaten¨ adaptiver Methoden fur¨
die Wortpradiktion,¨ einer zentralen Strategie im Kontext der unterstutzenden¨
Kommunikation (UK) fur¨ sprach- und bewegungsbehinderte Menschen.
¨ ¨Zunachst wird eine allgemeine Einfuhrung in die Forschungsgebiete der UK
einerseits und der Wortpradiktion¨ andererseits gegeben. Dabei wird insbeson-
dere Bezug genommen auf stochastische Sprachmodelle, welche sich fur¨ die
Pradiktion¨ als sehr geeignet erwiesen haben. Die Untersuchung adaptiver
Methoden erfolgt daraufhin entlang zweier Achsen: In einem ersten Abschnitt
werden die Verfahren betrachtet, welche die Adaption an die spezifische Lexik
und Syntax des Benutzers eines UK-Systems erlauben. Dabei werden ins-
besondere das sogenannte Cache-Modell, ein selbstlernendes Benutzerlexikon
sowie das dynamische Benutzermodell (dynamic user model, DUM) diskutiert.
Auf der zweiten Achse werden nun Modelle untersucht, welche auf
eine Adaption der Wortpradiktion¨ an den semantischen bzw. topikali-
schen Kontext abzielen. Hier ruckt¨ vor allem eine Methode in den Mit-
telpunkt: die Latent-Semantische Analyse (LSA), ein vektorraumbasiertes
¨Verfahren, welches semantische Ahnlichkeit durch distributionelle Eigen-
schaften lexikalischer Einheiten etabliert. Als schwierig erweist sich jedoch
die Integration der LSA-basierten semantischen Information in das allgemeine
Pradiktionsmodell,¨ weshalb hier verschiedene Integrationsmoglichkeiten¨ un-
tersucht werden.
Im letzten Teil dieser Arbeit wird ein UK-System vorgestellt, welches
die erfolgreichsten der zuvor betrachteten Adaptionsverfahren implementiert.
Nach einer Prasentation¨ der verschiedenen kommunikationsfor¨ dernden Kom-
ponenten wird von der Anwendung dieses Systems berichtet, welches seit
mehreren Jahren in einem Rehabilitationszentrum eingesetzt wird.iii
Resum´ e´
Ce memoir´ e etudie´ les capacites´ de methodes´ d’adaptation pour la prediction´
de mots, une strategie´ importante dans le contexte de l’aide a` la communi-
cation pour personnes handicapees.´ Notre premier` e partie presente´ le do-
maine de la communication assistee´ et de la prediction´ de mots. Dans ce
cadre, nous avons aborde´ en particulier les modeles` de langage stochastiques,
qui se sont aver´ es´ tres` appropries´ dans le contexte de la prediction.´ Ensuite,
nous avons etudi´ e´ deux groupes d’approches adaptatives. Le premier groupe
de methodes´ traite de l’adaptation aux pref´ er´ ences lexicales et syntaxiques de
l’utilisateur d’un systeme` de communication assistee.´ Au sein de ce groupe de
methodes,´ nous avons etudi´ e´ le modele` cache, le lexique auto-adaptatif et le
modele` d’utilisateur dynamique (MUD), integrant´ toute saisie de l’utilisateur.
Le deuxieme` groupe de methodes´ rassemble des approches qui ont pour
objectif d’exploiter le contexte semantique.´ Dans ce contexte, nous avons
en particulier etudi´ e´ l’analyse semantique´ latente (ASL), un modele` vecto-
riel qui se base sur les propriet´ es´ distributionnelles d’unites´ lexicales. Cepen-
dant, l’integration´ de l’information semantique´ dans le modele` de prediction´
gen´ eral´ presente´ un aspect difficile. Pour cette raison, nous avons developp´ e´
´ ´ ´ ´et etudie plusieurs possibilites d’integration.
Dans la dernier` e partie du memoir´ e, nous presentons´ un systeme` d’aide
a` la communication, dans lequel nous avons implement´ e´ les methodes´
d’adaptation les plus prometteuses. Apres` une description de l’interface util-
isateur ainsi que des composants de communication amelior´ ee,´ nous avons
expose´ quelques experiences´ realis´ ees´ avec ce systeme,` qui est utilise´ depuis
plusieurs annees´ dans un centre de re´education´ fonctionnelle.v
Preface
Interestingly, it was an Englishman who pronounced the following words, one
year after the Second World War had ended: ”The first step in the re-creation of
1the European Family must be a partnership between France and Germany. ” This En-
glishman – Winston Churchill – was convinced that the ceaseless nationalistic
rivalries on this continent could only be overcome by creating a supranational
structure. And his endeavors were rewarded; 60 years later, most Europeans
use the same currency, live and work wherever they want, they travel without
border-controls, and they take all this for granted.
In this development the German-French partnership has indeed attained
particular importance. The political, economic and cultural bonds between
the former archenemies have become exceptionally strong; France and Germany
are nowadays often referred to as the heart or engine of the European Union.
This is however not a matter of course, it results from a multitude of politi-
cal efforts, like the Elysee´ friendship treaty from 1963, but also from setting
up numerous exchange programs between youth of both countries. The work
of organizations like the Franco-German Youth Office (DFJW/OFAJ), the French-
German University (DFH/UFA) and many other municipal and academic ini-
tiatives have notably consolidated these efforts.
The present thesis is likewise a product of this in