Many approaches to solving tasks in the field of Natural Language Processing (NLP) use syntactic dependency trees (SDTs) as a feature to represent the latent nonlinear structure within sentences. Recently, work in parsing sentences to graph-based structures which encode semantic relationships between words—called semantic dependency graphs (SDGs)—has gained interest. This thesis seeks to explore the use of SDGs in place of and alongside SDTs within a relation classification system based on long short-term memory (LSTM) neural networks. Two methods for handling the information in these graphs are presented and compared between two SDG formalisms. Three new relation extraction system architectures have been created based on these methods and are compared to a recent state-of-the-art LSTM-based system, showing comparable results when semantic dependencies are used to enhance syntactic dependencies, but with significantly fewer training parameters.

[pt] A tarefa de Processamento de Linguagem Natural consiste em analisar linguagens naturais de forma computacional, facilitando o desenvolvimento de programas capazes de utilizar dados falados ou escritos. Uma das tarefas mais importantes deste campo é a Análise de Dependência. Tal tarefa consiste em analisar a estrutura gramatical de frases visando extrair aprender dados sobre suas relações de dependência. Em uma sentença, essas relações se apresentam em formato de árvore, onde todas as palavras são interdependentes. Devido ao seu uso em uma grande variedade de aplicações como Tradução Automática e Identificação de Papéis Semânticos, diversas pesquisas com diferentes abordagens são feitas nessa área visando melhorar a acurácia das árvores previstas. Uma das abordagens em questão consiste em encarar o problema como uma tarefa de classificação de tokens e dividi-la em três classificadores diferentes, um para cada sub-tarefa, e depois juntar seus resultados de forma incremental. As sub-tarefas consistem em classificar, para cada par de palavras que possuam relação paidependente, a classe gramatical do pai, a posição relativa entre os dois e a distância relativa entre as palavras. Porém, observando pesquisas anteriores nessa abordagem, notamos que o gargalo está na terceira sub-tarefa, a predição da distância entre os tokens. Redes Neurais Recorrentes são modelos que nos permitem trabalhar utilizando sequências de vetores, tornando viáveis problemas de classificação onde tanto a entrada quanto a saída do problema são sequenciais, fazendo delas uma escolha natural para o problema. Esse trabalho utiliza-se de Redes Neurais Recorrentes, em específico Long Short-Term Memory, para realizar a tarefa de predição da distância entre palavras que possuam relações de dependência como um problema de classificação sequence-to-sequence. Para sua avaliação empírica, este trabalho segue a linha de pesquisas anteriores e utiliza os dados do corpus em português disponibilizado pela Conference on Computational Natural Language Learning 2006 Shared Task. O modelo resultante alcança 95.27 por cento de precisão, resultado que é melhor do que o obtido por pesquisas feitas anteriormente para o modelo incremental. / [en] The Natural Language Processing task consists of analyzing the grammatical structure of a sentence written in natural language aiming to learn, identify and extract information related to its dependency structure. This data can be structured like a tree, since every word in a sentence has a head-dependent relation to another word from the same sentence. Since Dependency Parsing is used in many applications like Machine Translation, Semantic Role Labeling and Part-Of-Speech Tagging, researchers aiming to improve the accuracy on their models are approaching this task in many different ways. One of the approaches consists in looking at this task as a token classification problem, using different classifiers for each sub-task and joining them in an incremental way. These sub-tasks consist in classifying, for each head-dependent pair, the Part-Of-Speech tag of the head, the relative position between the two words and the distance between them. However, previous researches using this approach show that the bottleneck lies in the distance classifier. Recurrent Neural Networks are a kind of Neural Network that allows us to work using sequences of vectors, allowing for classification problems where both our input and output are sequences, making them a great choice for the problem at hand. This work studies the use of Recurrent Neural Networks, in specific Long Short-Term Memory networks, for the head-dependent distance classifier sub-task as a sequence-to-sequence classification problem. To evaluate its efficiency, this work follows the line of previous researches and makes use of the Portuguese corpus of the Conference on Computational Natural Language Learning 2006 Shared Task. The resulting model attains 95.27 percent precision, which is better than the previous results obtained using incremental models.

This report describes a quantitative analysis performed to compare two different methods on the task of pronoun resolution for Swedish. The first method, an implementation of Mitkov’s algorithm, is a heuristic-based method — meaning that the resolution is determined by a number of manually engineered rules regarding both syntactic and semantic information. The second method is data-driven — a Support Vector Machine (SVM) using dependency trees and word embeddings as features. Both methods are evaluated on an annotated corpus of Swedish news articles which was created as a part of this thesis. SVM-based methods significantly outperformed the implementation of Mitkov’s algorithm. The best performing SVM model relies on tree kernels applied to dependency trees. The model achieved an F1-score of 0.76 for the positive class and 0.9 for the negative class, where positives are pairs of pronoun and noun phrase that corefer, and negatives are pairs that do not corefer. / Rapporten beskriver en kvantitativ analys som genomförts för att jämföra två olika metoder för automatisk pronomenbestämning på svenska. Den första metoden, en implementation av Mitkovs algoritm, är en heuristisk metod vilket innebär att pronomenbestämningen görs med ett antal manuellt utformade regler som avser att fånga både syntaktisk och semantisk information. Den andra metoden är datadriven, en stödvektormaskin (SVM) som använder dependensträd och ordvektorer som särdrag. Båda metoderna utvärderades med hjälp av en annoterad datamängd bestående av svenska nyhetsartiklar som skapats som en del av denna avhandling. Den datadrivna metoden överträffade Mitkovs algoritm. Den SVM-modell som ger bäst resultat bygger på trädkärnor som tillämpas på dependensträd. Modellen uppnådde ett F1-värde på 0.76 för den positiva klassen och 0.9 för den negativa klassen, där de positiva datapunkterna utgörs av ett par av pronomen och nominalfras som korefererar, och de negativa datapunkterna utgörs av par som inte korefererar.