面向?qū)哟味陶Z(yǔ)翻譯的詞匯化調(diào)序方法研究

肖欣延，劉 洋，劉 群，林守勛

（1.中國(guó)科學(xué)院 計(jì)算技術(shù)研究所 智能信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190；2.中國(guó)科學(xué)院 研究生院，北京100190）

1 引言

層次短語(yǔ)模型［1－2］是目前統(tǒng)計(jì)機(jī)器翻譯最好的模型之一。它簡(jiǎn)潔有效，在統(tǒng)計(jì)機(jī)器翻譯中得到了廣泛的應(yīng)用。這種模型使用同步上下文無(wú)關(guān)文法（SCFG）形式的規(guī)則進(jìn)行翻譯。SCFG規(guī)則將其左步重寫(xiě)為右部，其中右部包含對(duì)齊的兩個(gè)部分：翻譯的源語(yǔ)言端及翻譯的目標(biāo)語(yǔ)言端。在本文中，我們將用中文端和英文端來(lái)表示這兩個(gè)部分。SCFG規(guī)則既包含完全詞匯化的規(guī)則，相當(dāng)于短語(yǔ)模型［3］中所使用的短語(yǔ)；同時(shí)也包括含變量的規(guī)則。我們分別稱(chēng)這兩種規(guī)則為短語(yǔ)規(guī)則及泛化規(guī)則。如表1所示，規(guī)則（1）的中文端和英文端都是詞語(yǔ)，因此是短語(yǔ)規(guī)則；規(guī)則（2）是包含一個(gè)變量的泛化規(guī)則；而規(guī)則（3～5）則是包含兩個(gè)變量的泛化規(guī)則。

表1 SCFG規(guī)則

層次短語(yǔ)既能捕捉短距離調(diào)序，也能捕捉長(zhǎng)距離調(diào)序。短距離調(diào)序主要通過(guò)短語(yǔ)規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)，而長(zhǎng)距離調(diào)序則由泛化規(guī)則來(lái)捕捉。比如規(guī)則（4），變量X1在中文端處于“舉行”之前，在英文端它的位置被調(diào)整到X2之后。因?yàn)樽兞磕軌蚋采w較長(zhǎng)的短語(yǔ)塊，使用這樣的規(guī)則就能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的調(diào)序。

然而，由于泛化規(guī)則中的變量能夠匹配任意的短語(yǔ)片段，因此在翻譯過(guò)程中引起了較大的歧義。圖1顯示翻譯中文片段“與 沙龍 舉行 會(huì)談”時(shí)使用的兩種調(diào)序選擇。X1泛化了（與 沙龍，with Sharon）的短語(yǔ)對(duì)；X2泛化了（會(huì)談，a talk）的短語(yǔ)對(duì)。雖然規(guī)則（3）、（4）都能夠匹配該中文片段，但翻譯效果迥異。規(guī)則（3）并不改變?cè)~語(yǔ)的中文端和英文端的相對(duì)位置關(guān)系；而規(guī)則（4）則大幅度調(diào)整X1所覆蓋的短語(yǔ)片段在英文端的位置。從語(yǔ)言學(xué)的角度來(lái)分析，規(guī)則（3）認(rèn)為X1是名詞性的成分，英文翻譯應(yīng)位于動(dòng)詞“held”之前；而規(guī)則（4）則將X1作為補(bǔ)語(yǔ)，因此在英文端應(yīng)該位于動(dòng)詞“held”后面。在當(dāng)前的上下文中顯然使用規(guī)則（4）更為合適。然而規(guī)則（3）在訓(xùn)練語(yǔ)料中十分常見(jiàn)，導(dǎo)致第一種翻譯被選擇的可能性更高。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)序與變量所覆蓋的短語(yǔ)片段是相關(guān)的。事實(shí)上，短語(yǔ)調(diào)序模型上的工作［4－7］已經(jīng)表明，詞匯化的信息對(duì)調(diào)序十分重要。

圖1 兩種調(diào)序選擇

為此我們提出面向?qū)哟味陶Z(yǔ)模型的詞匯化調(diào)序方法。我們?cè)谝?guī)則上定義了四種調(diào)序關(guān)系，并使用變量所泛化的短語(yǔ)片段的邊界詞信息來(lái)估計(jì)調(diào)序關(guān)系的概率。在判別式模型［8］的框架下，我們訓(xùn)練若干詞匯化調(diào)序模型并以特征的方式融入到基準(zhǔn)系統(tǒng)中，以達(dá)到消解調(diào)序歧義的目的。在大規(guī)模語(yǔ)料的漢語(yǔ)到英語(yǔ)的翻譯評(píng)測(cè)任務(wù)中，我們的方法在NIST 2003－2005 測(cè)試數(shù)據(jù)上獲得了 0.6～1.2 BLEU［9］值的提高。

文章的組織結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)簡(jiǎn)述詞匯化調(diào)序模型的相關(guān)工作；第3節(jié)詳細(xì)介紹面向?qū)哟味陶Z(yǔ)模型的詞匯化調(diào)序方法。首先定義調(diào)序關(guān)系；然后介紹詞匯化調(diào)序模型；第4節(jié)描述實(shí)驗(yàn)設(shè)置和結(jié)果；最后是總結(jié)和展望。

2 相關(guān)工作

調(diào)序是機(jī)器翻譯中非常重要的子問(wèn)題之一，很多研究者對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。常見(jiàn)的詞匯化調(diào)序模型主要出現(xiàn)在短語(yǔ)模型［4－7］中，包括基于詞［5－6］、基于短語(yǔ)［4］、基于層次化短語(yǔ)［7］的調(diào)序。特別注意的是，這里所說(shuō)的基于層次化短語(yǔ)的調(diào)序，并非指該模型使用了類(lèi)似層次短語(yǔ)模型的SCFG規(guī)則進(jìn)行調(diào)序，而是該模型解碼時(shí)通過(guò)移近—規(guī)約的算法以支持任意長(zhǎng)度短語(yǔ)的調(diào)序。根據(jù)當(dāng)前短語(yǔ)對(duì)與前面短語(yǔ)對(duì)之間的位置關(guān)系，這些模型使用三種調(diào)序方向：?jiǎn)握{(diào)（Monotone）；交換（Swap）；非連續(xù)（Discontinuous）。

如圖2（a）所示，基于詞的調(diào)序模型［5－6］分析位置（s－1，u－1）與（s－1，v＋1）的關(guān)系。因?yàn)椋╯－1，v＋1）沒(méi)有詞語(yǔ)對(duì)齊，bp的調(diào)序方向定義為非連續(xù)?；诙陶Z(yǔ)的調(diào)序［4］判斷當(dāng)前短語(yǔ)對(duì)與位于（s－1，v＋1）的臨近短語(yǔ)對(duì)的關(guān)系，并將這里的調(diào)序方向定義為交換調(diào)序。層次化的短語(yǔ)調(diào)序模型［7］不需要限制短語(yǔ)的最大長(zhǎng)度。這種方法將圖2（b）定義為交換調(diào)序。

圖2 短語(yǔ)模型中的詞匯化調(diào)序

基于ITG模型的句法也使用詞匯化信息［10］。該方法考慮正序和逆序兩種調(diào)序規(guī)則，并將這兩種調(diào)序轉(zhuǎn)化為分類(lèi)問(wèn)題，而分類(lèi)使用短語(yǔ)的邊界詞作為特征，并在詞語(yǔ)對(duì)齊語(yǔ)料上訓(xùn)練最大熵分類(lèi)器?；谝?guī)則類(lèi)型選擇（Rule Pattern Selection）的工作［11－12］將詞匯化信息引入到了層次短語(yǔ)中，文章［11］根據(jù)規(guī)則的類(lèi)型（包括變量數(shù)目，是否調(diào)序）進(jìn)行分類(lèi)，分類(lèi)時(shí)使用詞匯化的信息。直接應(yīng)用這種方法到層次短語(yǔ)系統(tǒng)中將導(dǎo)致大量的分類(lèi)器［11］，文章［12］將規(guī)則簡(jiǎn)化為七種源端類(lèi)型、17種目標(biāo)端類(lèi)型。因此這種方法受限于規(guī)則的種類(lèi)，難于擴(kuò)展到規(guī)則類(lèi)型復(fù)雜的翻譯模型上（如句法模型）。本文所使用方法的不同之處在于，本文直接定義變量的調(diào)序方向，因而模型更為簡(jiǎn)單緊湊，并且不受規(guī)則類(lèi)型數(shù)量的影響。

3 面向?qū)哟味陶Z(yǔ)模型的詞匯化調(diào)序方法

3.1 基于層次短語(yǔ)規(guī)則的調(diào)序關(guān)系

由于翻譯模型的不同，短語(yǔ)模型的調(diào)序方向不能直接用于層次短語(yǔ)翻譯中。這里首先舉例說(shuō)明本文使用的調(diào)序方向。層次短語(yǔ)的調(diào)序都是通過(guò)規(guī)則完成，我們只需定義規(guī)則的調(diào)序就能直接獲得翻譯的調(diào)序。本文的調(diào)序僅考慮變量與前后詞語(yǔ)的位置關(guān)系，因此只需分析泛化規(guī)則。這主要是由于短語(yǔ)規(guī)則本身就是完全詞匯化，其調(diào)序并沒(méi)有歧義性。同時(shí)本文僅區(qū)分單調(diào)（Monotone）及交換（Swap）兩種調(diào)序方向。單調(diào)調(diào)序是指詞語(yǔ)在中文端英文端的相對(duì)位置并不改變，而交換調(diào)序則表示相對(duì)位置發(fā)生了變化，如圖3所示。圖3是使用規(guī)則（5）進(jìn)行翻譯時(shí)的調(diào)序情況。變量X1與其前面的短語(yǔ)對(duì)（布什，Bush）在中文端和英文端的位置關(guān)系都是一致，因此是單調(diào)調(diào)序。而X1相對(duì)于短語(yǔ)對(duì)（舉行，held）則發(fā)生變化。雖然X1在中文端位于“舉行”之前，然而在英文端X1的位置被調(diào)整到了“held”的后面，因此這里的調(diào)序是交換調(diào)序。同樣的X2與“舉行”則是單調(diào)調(diào)序。具體的從圖上來(lái)看，如果變量的對(duì)齊連線(xiàn)與詞語(yǔ)的對(duì)齊連線(xiàn)并不交叉，則兩者的調(diào)序關(guān)系是單調(diào)，否則為交換調(diào)序。

圖3 使用規(guī)則（5）進(jìn)行翻譯的調(diào)序情況

形式化上，給定一個(gè)規(guī)則及其詞語(yǔ)對(duì)齊關(guān)系a＝｛（i，j）｝，根據(jù)變量與源端鄰接詞語(yǔ)的位置關(guān)系，我們定義了四種調(diào)序關(guān)系。需要注意的是，這里的對(duì)齊包含變量的對(duì)齊。變量必然是一對(duì)一的對(duì)齊，而中文端的一個(gè)詞語(yǔ)則可以對(duì)應(yīng)多個(gè)英文單詞。變量的對(duì)齊表示為（ix，jx）；源端詞語(yǔ)的對(duì)齊為aw＝｛（iw，jw）｝；源端鄰接單詞用 W 表示。我們考慮兩種情況，前一個(gè)詞（－1），后一個(gè)詞（＋1）；調(diào)序方向用O表示，共兩種情況單調(diào)（M）和交換（S）。根據(jù) W、O的取值情況，我們定義四種調(diào)序關(guān)系：

3.2 詞匯化調(diào)序模型

我們通過(guò)變量所泛化短語(yǔ)的邊界詞估計(jì)上述四種調(diào)序關(guān)系的概率。一個(gè)變量在中文端和英文端共有四個(gè)邊界詞分別是：中文端左邊界詞（flb）；中文端右邊界詞（frb）；英文端左邊界詞（elb）；英文端右邊界詞（rlb）。如圖3中變量X1四個(gè)邊界詞分別是：flb＝與；frb＝沙龍；elb＝with；erb＝sharon。我們按照如下方式估計(jì)變量X1與前一個(gè)詞“布什”的調(diào)序的概率：

P（O｜W＝－1，flb＝與，frb＝沙龍，elb＝with，erb＝sharon）

類(lèi)似的，X1與“舉行”、X2與“舉行”調(diào)序的概率則為：

P（O｜W＝＋1，flb＝與，frb＝沙龍，elb＝with，erb＝sharon）

P（O｜W＝－1，flb＝會(huì)談，frb＝會(huì)談，elb＝a，erb＝talk）

給定變量的邊界詞以及變量與鄰接詞語(yǔ)的調(diào)序方向。我們估計(jì)參數(shù) P（O｜W，flb，frb，elb，erb）。這組參數(shù)同時(shí)考慮中文端和目標(biāo)端的邊界詞語(yǔ)。到目前為止，我們僅說(shuō)明了規(guī)則上的調(diào)序情況。完整的詞匯化模型是定義在推導(dǎo)上的。所謂的推導(dǎo)就是生成翻譯結(jié)果的整個(gè)規(guī)則序列。這里的調(diào)序模型區(qū)分鄰接詞語(yǔ)的位置，因此共有兩個(gè)調(diào)序模型。具體定義如下。

· 與左邊鄰接詞語(yǔ)的調(diào)序模型：

· 與右邊鄰接詞語(yǔ)的調(diào)序模型：

其中D表示推導(dǎo)，r表示規(guī)則，x表示r中的變量。

我們還估計(jì)其他兩組類(lèi)似的參數(shù)P（O｜W，flb，frb）；P（O｜W，elb，erb），這兩組參數(shù)僅依賴(lài)與中文端的邊界詞或者英文端的邊界詞。這兩組參數(shù)可以看作對(duì)P（O｜W，flb，frb，elb，erb）的回退。因?yàn)檫@三組參數(shù)十分相似，在下文中我們僅說(shuō)明第一組參數(shù)。

概率估計(jì)。我們使用詞語(yǔ)對(duì)齊的語(yǔ)料來(lái)估計(jì)參數(shù)。當(dāng)一個(gè)規(guī)則被抽取的時(shí)候，同時(shí)記錄各種調(diào)序?qū)嵗?，以此?lái)估計(jì)參數(shù)。如圖3所示，當(dāng)規(guī)則（5）被抽取的時(shí)候，記錄如下的實(shí)例：

· O＝M，W＝－1，flb＝與，frb＝沙龍，elb＝with，erb＝sharon

· O＝S，W＝＋1，flb＝與，frb＝沙龍，elb＝with，erb＝sharon

· O＝S，W＝－1，flb＝會(huì)談，frb＝會(huì)談，elb＝a，erb＝talk

顯然這些實(shí)例能夠直接在規(guī)則抽取過(guò)程中同時(shí)被抽取。這里不再贅述。當(dāng)抽取完實(shí)例后，就可以直接用這些實(shí)例來(lái)估計(jì)上述的條件概率。我們使用加0.1的平滑來(lái)估計(jì)參數(shù)。

解碼時(shí)使用參數(shù)。在對(duì)數(shù)線(xiàn)性模型的框架下，我們將詞匯化調(diào)序概率的對(duì)數(shù)值以特征的方式加入到基準(zhǔn)系統(tǒng)中。參考Moses系統(tǒng)［6］，我們也把每一種調(diào)序情況當(dāng)作一個(gè)特征加入到系統(tǒng)中，即單調(diào)調(diào)序與交換調(diào)序各自作為一個(gè)特征，這里舉例說(shuō)明與左邊鄰接詞語(yǔ)的調(diào)序模型中交換調(diào)序特征分?jǐn)?shù)的公式：

考慮到有四種調(diào)序關(guān)系，每種關(guān)系有三組估計(jì)的方式，因此我們共添加了3×4＝12個(gè)特征到基準(zhǔn)系統(tǒng)中。在抽取規(guī)則的過(guò)程中，保留規(guī)則的詞語(yǔ)對(duì)齊信息，以便估計(jì)這些概率。當(dāng)一個(gè)規(guī)則有多種對(duì)齊時(shí)，我們選擇最常見(jiàn)的一個(gè)。解碼過(guò)程中可能出現(xiàn)未發(fā)生事件。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，我們認(rèn)為兩種調(diào)序方向是等概率的，概率值都為0.5。特別注意的是，解碼過(guò)程中還將使用到粘貼規(guī)則（X→ ＜X1X2，X1X2＞）。這個(gè)規(guī)則確定性的使用單調(diào)調(diào)序，因此并不估計(jì)這個(gè)規(guī)則中變量的調(diào)序。

4 實(shí)驗(yàn)

4.1 數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)在漢語(yǔ)—英語(yǔ)方向上的翻譯進(jìn)行。所使用的語(yǔ)料如下。

· 雙語(yǔ)語(yǔ)料。約155萬(wàn)平行句對(duì)。這些句對(duì)來(lái)自L(fǎng)DC語(yǔ)料的部分子集，包括：LDC2002E18；LDC2003E07； LDC2003E14； LDC2004T07 Hansards部分；LDC2004T08以及 LDC2005T06。雙語(yǔ)語(yǔ)料用于抽取規(guī)則和訓(xùn)練詞匯化調(diào)序模型。我們首先使用GIZAC＋＋［13］工具獲得漢英、英漢兩個(gè)方向的詞語(yǔ)對(duì)齊，然后使用grow－diag－final－and［3］的啟發(fā)式方法獲得多對(duì)多的詞語(yǔ)對(duì)齊。規(guī)則抽?。?］及詞匯化模型訓(xùn)練在多對(duì)多的詞語(yǔ)對(duì)齊數(shù)據(jù)上進(jìn)行。

·單語(yǔ)語(yǔ)料。包含GIGAWORD語(yǔ)料的新華部分，包含約2.38億的英語(yǔ)單詞。我們使用SRILM［14］工具訓(xùn)練四元的語(yǔ)言模型，使用Kneser－Ney平滑估計(jì)參數(shù)。

·評(píng)測(cè)語(yǔ)料。使用NIST2002年的評(píng)測(cè)語(yǔ)料（NIST02）作為開(kāi)發(fā)集。2003～2005年的評(píng)測(cè)語(yǔ)料（NIST03－05）作為測(cè)試集。

我們使用最小錯(cuò)誤率訓(xùn)練［15］方法來(lái)優(yōu)化線(xiàn)性模型的參數(shù)。采用的評(píng)測(cè)指標(biāo)是大小寫(xiě)不敏感BLEU－4。所使用的解碼器是層次短語(yǔ)解碼器的C＋＋重實(shí)現(xiàn)版本。該解碼器采用CKY方式進(jìn)行解碼，并使用Cube－Pruning的方法進(jìn)行減值減少搜索空間。實(shí)驗(yàn)所使用的棧為100。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從最后一行的漲幅中，可以清楚的看到詞匯化調(diào)序特征能夠穩(wěn)定的提高翻譯的效果，提高幅度從0.6到1.2個(gè)點(diǎn)，平均漲幅約0.9個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)表明本文的方法是有效的。這也說(shuō)明變量泛化的子短語(yǔ)的詞匯化信息有助于層次短語(yǔ)進(jìn)行調(diào)序。雖然層次短語(yǔ)規(guī)則本身已經(jīng)帶有一定的詞匯化信息，但是由于沒(méi)有考慮子短語(yǔ)的信息，因此歧義比較大。我們的詞匯化調(diào)序方法考慮了這一部分信息，因此一定程度上幫助系統(tǒng)在翻譯過(guò)程中選擇正確的調(diào)序方向。

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 兩個(gè)系統(tǒng)在NIST05測(cè)試集合上的結(jié)果

表4 不同參數(shù)組合對(duì)翻譯結(jié)果的影響

為了平衡翻譯速度和質(zhì)量間的關(guān)系，層次短語(yǔ)模型對(duì)于規(guī)則（僅指從語(yǔ)料中抽取的規(guī)則）所能覆蓋的中文端長(zhǎng)度進(jìn)行了限制，傳統(tǒng)的設(shè)置為10。對(duì)于超過(guò)長(zhǎng)度限制的短語(yǔ)都采用順序翻譯。表3比較了不同長(zhǎng)度限制下，基準(zhǔn)系統(tǒng)及加入詞匯化調(diào)序模型的系統(tǒng)在NIST05測(cè)試集上的結(jié)果。使用更大的長(zhǎng)度限制，潛在的調(diào)序空間也就更大。使用更大的長(zhǎng)度限制，兩個(gè)系統(tǒng)的BLEU值都有所增加，同時(shí)漲幅也就更大。這說(shuō)明詞匯化調(diào)序特征在更大的調(diào)序空間有更好的效果，也進(jìn)一步驗(yàn)證了詞匯化信息對(duì)調(diào)序的重要性。

在文中我們使用了三種類(lèi)型的參數(shù)P（O｜W，flb，frb，elb，erb）、P（O｜W，flb，frb）、P（O｜W，elb，erb），分別記為all、src、trg。src、trg參數(shù)分別使用源端和目標(biāo)端對(duì)all進(jìn)行回退。一個(gè)有趣的問(wèn)題是，哪種回退更為有效。為此我們比較了不同參數(shù)組合的翻譯效果。如表4所示，僅使用all參數(shù)能夠提高翻譯效果（第2行），但漲幅有限。當(dāng)繼續(xù)增加src或者trg參數(shù)都能進(jìn)一步提高效果（第3～4行），所以這兩種參數(shù)都是有用的。特別注意到在NIST03上，trg未能進(jìn)一步提高效果，這可能與MERT權(quán)重優(yōu)化有關(guān)。此外，trg的效果通常比src好些，這說(shuō)明目標(biāo)端的信息比源端的信息更有用。最后，同時(shí)使用三種參數(shù)（第5行）效果最佳，這說(shuō)明目標(biāo)端與源端的信息都有用，它們的作用并不重疊。

5 總結(jié)與展望

本文提出了一種面向?qū)哟味陶Z(yǔ)的詞匯化調(diào)序方法，使用詞匯化的信息幫助層次短語(yǔ)的調(diào)序，提高了翻譯的質(zhì)量。本文的方法并不需要額外的數(shù)據(jù)集，簡(jiǎn)單有效。將來(lái)我們希望將這些詞匯化的信息也用到其他模型中，比如基于語(yǔ)言學(xué)句法的模型［16－17］。我們也希望使用其他的訓(xùn)練方法比如最大熵［10－11］來(lái)訓(xùn)練詞匯化調(diào)序模型。最后希望將ITG逆序調(diào)序規(guī)則加入到層次短語(yǔ)翻譯中，將通過(guò)詞匯化模型來(lái)指導(dǎo)該規(guī)則的使用。

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