语言在句法结构上有很大差异。世界上约40％的语言具有主语对象顺序，约40％的语言具有对象 - 对象 - 动词顺序。广泛的工作试图解释跨语言的单词顺序变化。但是，现有的方法无法用单个语言的单词顺序解释频率分布和演变。我们建议，单词顺序的变化反映了平衡依赖性区域和信息局部性的竞争压力的不同方式，当元素在语法上相关或彼此之间有上下文信息时，语言偏爱将它们放在一起。使用来自17个语言家族的80种语言的数据和系统发育建模，我们证明了语言的发展以平衡这些压力，因此单词顺序变化伴随着句法结构的频率分布的变化，这些句法结构的频率分布会说话，以维持整体效率。因此，单词顺序的可变性反映了语言解决这些进化压力的不同方式。我们确定了该关节优化产生的相关特征，尤其是对同一动词共同表达对象和对象的频率。我们的发现表明，跨语言的句法结构和用法共同适应有限的认知资源，以支持有效的沟通。
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人类语言中发现的最强大的模式之一是ZIPF的缩写定律，即更短的单词的趋势。自ZIPF开创性研究以来，该定律被视为压缩的体现，即形式的长度最小化 - 自然交流的普遍原则。尽管对语言进行优化的说法已经变得时尚，但衡量语言优化程度的尝试却相当稀缺。在这里，我们证明压缩在无例外的大量语言中表现出来，并且独立于测量单位。这两个单词长度都可以在书面语言的字符以及口语的持续时间中检测到。此外，为了衡量优化程度，我们得出了一个随机基线的简单公式，并提出了两个分数归一化的分数，即，它们相对于最小值和随机基线都进行了归一化。我们分析了这些和其他分数的理论和统计优势和缺点。利用最佳分数，我们首次量化了语言中单词长度的最佳程度。这表明当单词长度以字符测量时，语言平均被优化至62％或67％（取决于源），当单词长度及时测量时，平均而言，平均而言，平均而言，平均而言，平均而言，平均而言，平均至65％。通常，口语持续时间比字符中的书面单词长度更优化。除了这里报告的分析外，我们的工作还铺平了衡量其他物种发声或手势的最佳程度的方法，并将其与书面，口语或签名的人类语言进行比较。
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系统发育比较方法在我们的领域是新的，并且对于大多数语言学家来说，至少有一点谜团。然而，导致他们在比较生物学中发现的道路与平衡抽样的方法论历史如此类似，这只是一个历史的事故，即他们没有被典型的专家发现。在这里，我们澄清了系统发育比较方法背后的基本逻辑及其对重点采样的深刻智力传统的基本相关性。然后我们介绍将在日常类型的研究中使用类型的概念，方法和工具，使类型学家能够在日常类型的研究中使用这些方法。系统发育比较方法和平衡采样的关键共性是他们试图因系谱而应对统计非独立性。虽然采样永远不会实现独立性，但需要大多数比较数据被丢弃，系统发育比较方法在保留和使用所有数据的同时实现独立性。我们讨论了系统发育信号的基本概念;关于树木的不确定性;典型的类型学平均值和比例对族谱敏感;跨语言家庭的比较;和体现的影响。广泛的补充材料说明了实际分析的计算工具，我们说明了与帕马尼云根腭膜对比的类型学案例研究讨论的方法。
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基于变压器的语言模型最近在许多自然语言任务中取得了显着的结果。但是，通常通过利用大量培训数据来实现排行榜的性能，并且很少通过将明确的语言知识编码为神经模型。这使许多人质疑语言学对现代自然语言处理的相关性。在本文中，我介绍了几个案例研究，以说明理论语言学和神经语言模型仍然相互关联。首先，语言模型通过提供一个客观的工具来测量语义距离，这对语言学家很有用，语义距离很难使用传统方法。另一方面，语言理论通过提供框架和数据源来探究我们的语言模型，以了解语言理解的特定方面，从而有助于语言建模研究。本论文贡献了三项研究，探讨了语言模型中语法 - 听觉界面的不同方面。在论文的第一部分中，我将语言模型应用于单词类灵活性的问题。我将Mbert作为语义距离测量的来源，我提供了有利于将单词类灵活性分析为方向过程的证据。在论文的第二部分中，我提出了一种方法来测量语言模型中间层的惊奇方法。我的实验表明，包含形态句法异常的句子触发了语言模型早期的惊喜，而不是语义和常识异常。最后，在论文的第三部分中，我适应了一些心理语言学研究，以表明语言模型包含了论证结构结构的知识。总而言之，我的论文在自然语言处理，语言理论和心理语言学之间建立了新的联系，以为语言模型的解释提供新的观点。
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单词是基本的语言单位，通过含义将思想和事物联系起来。但是，单词在文本序列中并未独立出现。句法规则的存在导致相邻单词之间的相关性。此外，单词不是均匀分布的，而是遵循幂定律，因为带有纯语义内容的术语似乎比指定语法关系的术语要少得多。使用序数模式方法，我们对11种主要语言的词汇统计连接进行了分析。我们发现，语言用来表达单词关系的各种举止产生了独特的模式分布。值得注意的是，我们发现这些关系可以用马尔可夫2的模型建模，并且该结果对所有研究的语言都有普遍有效。此外，模式分布的波动可以使我们能够确定文本及其作者的历史时期。综上所述，这些结果强调了时间序列分析和信息理论方法的相关性，以理解自然语言的统计相关性。
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语言是协调问题的强大解决方案：他们提供了稳定的，有关我们所说的单词如何对应于我们头脑中的信仰和意图的共同期望。然而，在变量和非静止社会环境中的语言使用需要语言表征来灵活：旧词在飞行中获取新的临时或合作伙伴特定含义。在本文中，我们介绍了柴（通过推理的连续分层适应），一个分层贝叶斯的协调理论和会议组织，旨在在这两个基本观察之间调和长期张力。我们认为，沟通的中央计算问题不仅仅是传输，如在经典配方中，而是在多个时间尺度上持续学习和适应。合作伙伴特定的共同点迅速出现在数型互动中的社会推论中，而社群范围内的社会公约是稳定的前锋，这些前锋已经抽象出与多个合作伙伴的互动。我们展示了新的实证数据，展示了我们的模型为多个现象提供了对先前账户挑战的计算基础：（1）与同一合作伙伴的重复互动的更有效的参考表达的融合（2）将合作伙伴特定的共同基础转移到陌生人，并（3）交际范围的影响最终会形成。
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关于人类阅读的研究长期以来一直记录在阅读行为表明特定于任务的效果，但是建立一个通用模型来预测人类在给定任务中将显示什么的通用模型。我们介绍了Neat，这是人类阅读中注意力分配的计算模型，基于人类阅读优化了一项任务中关注经济和成功之间的权衡。我们的模型是使用当代神经网络建模技术实施的，并对注意力分配的分配方式在不同任务中如何变化做出明确的测试预测。我们在一项针对阅读理解任务的两个版本的眼影研究中对此进行了测试，发现我们的模型成功说明了整个任务的阅读行为。因此，我们的工作提供了证据表明，任务效果可以建模为对任务需求的最佳适应。
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语法提示有时具有自然语言的单词含义。例如，英语单词顺序规则限制了句子的单词顺序，例如“狗咀嚼骨头”，即使可以从世界知识和合理性中推断出“狗”作为代理人和“骨头”的状态。量化这种冗余的发生频率，以及冗余水平如何在类型上多样化的语言中变化，可以阐明语法的功能和演变。为此，我们在英语和俄语中进行了一个行为实验，并进行了跨语言计算分析，以测量从自然主义文本中提取的及物子句中语法线索的冗余性。从自然发生的句子中提取的主题，动词和物体（按随机顺序和形态标记）提出了英语和俄罗斯说话者（n = 484），并被要求确定哪个名词是该动作的推动者。两种语言的准确性都很高（英语约为89％，俄语为87％）。接下来，我们在类似的任务上训练了神经网络机分类器：预测主题对象三合会中的哪个名义是主题。在来自八个语言家庭的30种语言中，性能始终很高：中位准确性为87％，与人类实验中观察到的准确性相当。结论是，语法提示（例如单词顺序）对于仅在10-15％的自然句子中传达了代理和耐心是必要的。然而，他们可以（a）提供重要的冗余来源，（b）对于传达无法从单词中推断出的预期含义至关重要，包括对人类互动的描述，在这些含义中，角色通常是可逆的（例如，雷（Ray）帮助lu/ Lu帮助雷），表达了非典型的含义（例如，“骨头咀嚼狗”。）。
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历史流程表现出显着的多样性。尽管如此，学者们长期以来一直试图识别模式，并将历史行动者分类和对一些成功的影响。随机过程框架提供了一种结构化方法，用于分析大型历史数据集，允许检测有时令人惊讶的模式，鉴定内源性和外源对过程的相关因果作用者，以及不同历史案例的比较。随机过程的数据，分析工具和组织理论框架的组合使历史和考古中的传统叙事方法补充了传统的叙事方法。
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大型语言数据集的可用性使数据驱动的方法能够研究语言改变。 Google Books Corpus Unigram频率数据集用于以八种语言调查排名动态。我们观察了1900年至2008年的Unigrams的等级变化，并将其与我们为分析开发的赖特 - 费舍尔灵感的模型进行了比较。该模型模拟中性进化过程，限制没有消失并添加单词。这项工作解释了模型的数学框架 - 用多项式过渡概率写作马尔可夫链 - 以展示单词频率如何变化。从我们的数据和我们的模型中的观察开始，Word Rank稳定性显示出两种类型的特点：（1）排名的增加/减少是单调，或（2）排名保持不变。基于我们的模型，高级词语往往更稳定，而低级词语往往更易挥发。有些词语以两种方式在两种方面发生变化：（a）通过累积小/减少等级和（b）的累积，通过增加/减少等级的冲击。我们所展示的所有语言中的大多数单词都是排名稳定，但并不像中立模型一样稳定。观察到的秒表和斯沃拉斯图单词在八种语言中排名稳定，这表明既定语言的语言符合性。这些签名提示所有语言的Unigram频率都以与纯粹中立的进化过程不一致的方式发生了变化。
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这项正在进行的工作旨在为统计学习提供统一的介绍，从诸如GMM和HMM等经典模型到现代神经网络（如VAE和扩散模型）缓慢地构建。如今，有许多互联网资源可以孤立地解释这一点或新的机器学习算法，但是它们并没有（也不能在如此简短的空间中）将这些算法彼此连接起来，或者与统计模型的经典文献相连现代算法出现了。同样明显缺乏的是一个单一的符号系统，尽管对那些已经熟悉材料的人（如这些帖子的作者）不满意，但对新手的入境造成了重大障碍。同样，我的目的是将各种模型（尽可能）吸收到一个用于推理和学习的框架上，表明（以及为什么）如何以最小的变化将一个模型更改为另一个模型（其中一些是新颖的，另一些是文献中的）。某些背景当然是必要的。我以为读者熟悉基本的多变量计算，概率和统计以及线性代数。这本书的目标当然不是完整性，而是从基本知识到过去十年中极强大的新模型的直线路径或多或少。然后，目标是补充而不是替换，诸如Bishop的\ emph {模式识别和机器学习}之类的综合文本，该文本现在已经15岁了。
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当前的语言模型可以产生高质量的文本。他们只是复制他们之前看到的文本，或者他们学习了普遍的语言抽象吗？要取笑这些可能性，我们介绍了乌鸦，这是一套评估生成文本的新颖性，专注于顺序结构（n-gram）和句法结构。我们将这些分析应用于四种神经语言模型（LSTM，变压器，变换器-XL和GPT-2）。对于本地结构 - 例如，单个依赖性 - 模型生成的文本比来自每个模型的测试集的人类生成文本的基线显着不那么新颖。对于大规模结构 - 例如，总句结构 - 模型生成的文本与人生成的基线一样新颖甚至更新颖，但模型仍然有时复制，在某些情况下，在训练集中重复超过1000字超过1,000字的通道。我们还表现了广泛的手动分析，表明GPT-2的新文本通常在形态学和语法中形成良好，但具有合理的语义问题（例如，是自相矛盾）。
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本地语言识别（NLI）是培训（通过监督机器学习）的任务，该分类器猜测文本作者的母语。在过去的十年中，这项任务已经进行了广泛的研究，多年来，NLI系统的性能稳步改善。我们专注于NLI任务的另一个方面，即分析由\ emph {Aupplable}机器学习算法培训的NLI分类器的内部组件，以获取其分类决策的解释，并具有获得的最终目标，即获得最终的目标。深入了解语言现象````赋予说话者''的母语''。我们使用这种观点来解决NLI和（研究得多的）伴侣任务，即猜测是由本地人还是非本地人说的文本。使用三个不同出处的数据集（英语学习者论文的两个数据集和社交媒体帖子的数据集），我们研究哪种语言特征（词汇，形态学，句法和统计）最有效地解决了我们的两项任务，即，最大的表明说话者的L1。我们还提出了两个案例研究，一个关于西班牙语，另一个关于意大利英语学习者，其中我们分析了分类器对发现这些L1最重要的单个语言特征。总体而言，我们的研究表明，使用可解释的机器学习可能是TH的宝贵工具
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依赖距离最小化（DDM）是一个熟悉的单词顺序原理。从理论上预测，DDM意味着压缩，即字长度最小化。这是二阶预测，因为它将原则与另一个原则相连，而不是在第一订单预测中的原则和表现形式。在这里，我们测试了具有由普通依赖性和曲面语法通用依赖性的并行的TreeBanks的并行集合的二阶预测。为了测试它，我们使用最近引入的分数，该得分对于广泛使用的依赖性距离以及广泛使用的数学和统计优势。我们发现当在音素中测量字位长度，独立于注释样式时，通过新分数确认预测，但是当在音节中测量字长时，而不是在字度中测量字。相比之下，最广泛使用的分数之一，即依赖关系距离的总和，无法确认预测，显示出对字令研究的原始依赖性距离的弱点。最后，我们的调查结果通过链接两个不同的组织，即语法（Word Order）和Word内部结构来扩展自然通信理论。
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一种拟议的语言变化机制涉及在语言联系的情况下由第二语言（L2）学习者发挥的作用。如果在语音社区中存在足够多的L2扬声器，则与第一语言（L1）扬声器的数量相关，那么呈现L2采集困难的那些功能可能易于从语言中消失。本文提出了基于加强学习和非线性动力学的这种接触情况的数学模型。完全表征，描述了L1和L2扬声器的混合群的完整随机模型的确定性降低的均衡。语言是否改变了响应L2学习者的引入，结果取决于三个因素：L2学习者的总体比例在人口中，有问题的语言变异的相对优势，以及难度扬声器的力量在获取语言作为L2。这些因素是由描述从两个扬声器群体的损耗来保留L2困难特征的相转变的数学公式。这提供了可以针对经验数据测试的预测。在这里，借助于两种情况研究，南非荷兰语的形态调平以及非洲秘鲁西班牙语中的零类对象的侵蚀来评估该模型;该模型被发现与两种情况的历史发展一致。
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最近有一项激烈的活动在嵌入非常高维和非线性数据结构的嵌入中，其中大部分在数据科学和机器学习文献中。我们分四部分调查这项活动。在第一部分中，我们涵盖了非线性方法，例如主曲线，多维缩放，局部线性方法，ISOMAP，基于图形的方法和扩散映射，基于内核的方法和随机投影。第二部分与拓扑嵌入方法有关，特别是将拓扑特性映射到持久图和映射器算法中。具有巨大增长的另一种类型的数据集是非常高维网络数据。第三部分中考虑的任务是如何将此类数据嵌入中等维度的向量空间中，以使数据适合传统技术，例如群集和分类技术。可以说，这是算法机器学习方法与统计建模（所谓的随机块建模）之间的对比度。在论文中，我们讨论了两种方法的利弊。调查的最后一部分涉及嵌入$ \ mathbb {r}^ 2 $，即可视化中。提出了三种方法：基于第一部分，第二和第三部分中的方法，$ t $ -sne，UMAP和大节。在两个模拟数据集上进行了说明和比较。一个由嘈杂的ranunculoid曲线组成的三胞胎，另一个由随机块模型和两种类型的节点产生的复杂性的网络组成。
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在本文中，我们试图通过引入深度学习模型的句法归纳偏见来建立两所学校之间的联系。我们提出了两个归纳偏见的家族，一个家庭用于选区结构，另一个用于依赖性结构。选区归纳偏见鼓励深度学习模型使用不同的单位（或神经元）分别处理长期和短期信息。这种分离为深度学习模型提供了一种方法，可以从顺序输入中构建潜在的层次表示形式，即更高级别的表示由高级表示形式组成，并且可以分解为一系列低级表示。例如，在不了解地面实际结构的情况下，我们提出的模型学会通过根据其句法结构组成变量和运算符的表示来处理逻辑表达。另一方面，依赖归纳偏置鼓励模型在输入序列中找到实体之间的潜在关系。对于自然语言，潜在关系通常被建模为一个定向依赖图，其中一个单词恰好具有一个父节点和零或几个孩子的节点。将此约束应用于类似变压器的模型之后，我们发现该模型能够诱导接近人类专家注释的有向图，并且在不同任务上也优于标准变压器模型。我们认为，这些实验结果为深度学习模型的未来发展展示了一个有趣的选择。
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2022-09-25
科学家经常使用观察时间序列数据来研究从气候变化到民间冲突再到大脑活动的复杂自然过程。但是对这些数据的回归分析通常假定简单的动态。深度学习的最新进展使从语音理解到核物理学再到竞争性游戏的复杂过程模型的表现实现了令人震惊的改进。但是深度学习通常不用于科学分析。在这里，我们通过证明可以使用深度学习，不仅可以模仿，而且可以分析复杂的过程，在保留可解释性的同时提供灵活的功能近似。我们的方法 - 连续时间反向逆转回归神经网络（CDRNN） - 放宽标准简化的假设（例如，线性，平稳性和同质性）对于许多自然系统来说是不可信的，并且可能会严重影响数据的解释。我们评估CDRNNS对人类语言处理，这是一个具有复杂连续动态的领域。我们证明了行为和神经影像数据中预测可能性的显着改善，我们表明CDRNN可以在探索性分析中灵活发现新型模式，在确认分析中对可能的混杂性提供强有力的控制，并打开否则就可以使用这些问题来进行研究，这些问题否则就可以使用这些问题来进行研究，而这些问题否则就可以使用这些问题进行研究，而这些问题否则就可以使用这些问题进行研究。观察数据。
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预测组合在预测社区中蓬勃发展，近年来，已经成为预测研究和活动主流的一部分。现在，由单个（目标）系列产生的多个预测组合通过整合来自不同来源收集的信息，从而提高准确性，从而减轻了识别单个“最佳”预测的风险。组合方案已从没有估计的简单组合方法演变为涉及时间变化的权重，非线性组合，组件之间的相关性和交叉学习的复杂方法。它们包括结合点预测和结合概率预测。本文提供了有关预测组合的广泛文献的最新评论，并参考可用的开源软件实施。我们讨论了各种方法的潜在和局限性，并突出了这些思想如何随着时间的推移而发展。还调查了有关预测组合实用性的一些重要问题。最后，我们以当前的研究差距和未来研究的潜在见解得出结论。
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我们通过引入一个评估训练和测试数据中看到的边缘位移分布（边缘的定向距离）之间的差异来为NLP中解析性能的讨论做出贡献。我们假设该测量将与跨树库的解析性能中观察到的差异有关。我们通过建立先前的工作来激发这种激励，然后尝试通过使用多种统计方法来伪造这一假设。我们确定即使控制潜在的协变量，这种测量和解析性能之间也存在统计相关性。然后，我们使用它来建立一种抽样技术，从而为我们提供对抗性和互补的分裂。这给出了给定树库来代替新鲜采样数据的解析系统的下层和上限。从广义上讲，这里提出的方法可以作为NLP中基于相关的探索工作的参考。
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