A Collaborative Tool for the Computational Modelling of Child Language Acquisition

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I gave this presentation at the Cognitive Aspects of Computational Language Acquisition workshop in the European Association of Computational Linguistics conference in 2009.

It presents a freely available open source project written in Java for studying the computational modelling of child language acquisition. It supports plugging in different learning algorithms and evaluating them all within the same environment and with a standardised set of metrics.

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A Collaborative Tool for the Computational Modelling of Child Language Acquisition

  1. 1. Kris Jack A Collaborative Tool for the Computational Modelling of Child Language Acquisition                        The Language Acquisition Toolkit CEA LIST, Laboratoire dingénerie de la connaissance multimédia multilingue, Fontenay­aux­Roses, France    
  2. 2. Kris Jack IntroductionIntroduction What is the Language Acquisition Toolkit (LAT)?Background Its a program that helps you to model language LAT acquisition.  You can:DiscussionFuture ● create a miniature world in which your language Conclusion learner lives; ● create comprehension and production tests for  your learner; and ● judge your learners development over time. You provide the learner, the LAT provides the  environment.    
  3. 3. Kris Jack BackgroundIntroduction What motivated the creation of the LAT?Background ● Complicated problem → numerous computational LAT models proposed.DiscussionFuture ● Useful to compare them but difficult due to Conclusion different: ● assumptions; ● training; ● tests; and ● goals. What is there to gain? ● Time saving benefits. ● Standardisation. ● Holistic models of longitudinal development.    
  4. 4. Kris Jack LATIntroduction www.langac.comBackground TrainingLAT● Training● Testing +● Analysing TestingDiscussion comprehensionFutureConclusion production Language Learner Developmental Data     Analysing
  5. 5. Kris Jack LATIntroduction www.langac.comBackground TrainingLAT● Training● Testing +● Analysing TestingDiscussion comprehensionFutureConclusion production Language Learner Lets see one  Developmental possible world... Data     Analysing
  6. 6. Kris Jack LAT: Training (1/2)Introduction Your worlds framework:Background ● miniature language acquisition paradigm (Feldman LAT et al., 1990) – associate images with descriptions● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion ● world of geometric objects in which actions occur  and are described (action + description = event) ● objects (colours, shapes, sizes, 2D positions) ● actions (moving, growing, shrinking, appearing,  disappearing, pushing another object and pulling  another object, etc.) ● descriptions (defined by you)    
  7. 7. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square    
  8. 8. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square    
  9. 9. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square    
  10. 10. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square    
  11. 11. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square    
  12. 12. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 det1 n1 det2 n2 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square adj1    prep adj2
  13. 13. Kris Jack LAT: Training (2/2)Introduction You must teach your language to the LATBackgroundLAT Before action (t=1) After action (t=2)● Training● Testing 3 3● Analysing 2 2Discussion 1 1Future 1 2 3 1 2 3Conclusion O1: square O1: square O2: circle O1: blue O1: blue O2: yellow O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 det1 n1 det2 n2 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square adj1    prep adj2 adj1 = {“ye llow”, “blue”, “red”, “green”, “pink”...}
  14. 14. Kris Jack LAT: TestingIntroduction www.langac.comBackground TrainingLAT● Training● Testing +● Analysing TestingDiscussion comprehensionFutureConclusion production Language Learner Developmental Data     Analysing
  15. 15. Kris Jack LAT: Testing (1/2)Introduction What do you want to test?Background ● ComprehensionLAT● Training ● description in  → meaning(s) out● Testing ● Production● Analysing ● meaning in  → description(s) outDiscussionFutureConclusion Teach the LAT: ● what to test ● what results are correct    
  16. 16. Kris Jack LAT: Testing (2/2)Introduction Define testing pairs (description + meaning)Background Before action (t=1) After action (t=2)LAT● Training 3 3● Testing 2 2 1 1● Analysing 1 2 3 1 2 3Discussion O1: square O1: square O2: circleFuture O1: blue O1: blue O2: yellowConclusion O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square I want to test: ● all actions    
  17. 17. Kris Jack LAT: Testing (2/2)Introduction Define testing pairs (description + meaning)Background Before action (t=1) After action (t=2)LAT● Training 3 3● Testing 2 2 1 1● Analysing 1 2 3 1 2 3Discussion O1: square O1: square O2: circleFuture O1: blue O1: blue O2: yellowConclusion O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square I want to test: i.e. give the description  ● all actions ● all shapes square, it could be any      ● all colours object at any time
  18. 18. Kris Jack LAT: Testing (2/2)Introduction Define testing pairs (description + meaning)Background Before action (t=1) After action (t=2)LAT● Training 3 3● Testing 2 2 1 1● Analysing 1 2 3 1 2 3Discussion O1: square O1: square O2: circleFuture O1: blue O1: blue O2: yellowConclusion O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square I want to test: ● all actions ● all shapes ● all NPs     ● all colours
  19. 19. Kris Jack LAT: Testing (2/2)Introduction Define testing pairs (description + meaning)Background Before action (t=1) After action (t=2)LAT● Training 3 3● Testing 2 2 1 1● Analysing 1 2 3 1 2 3Discussion O1: square O1: square O2: circleFuture O1: blue O1: blue O2: yellowConclusion O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square I want to test: ● all actions ● all shapes ● all NPs ● all NP1s     ● all colours ● all NP2s
  20. 20. Kris Jack LAT: Testing (2/2)Introduction Define testing pairs (description + meaning)Background Before action (t=1) After action (t=2)LAT● Training 3 3● Testing 2 2 1 1● Analysing 1 2 3 1 2 3Discussion O1: square O1: square O2: circleFuture O1: blue O1: blue O2: yellowConclusion O1: x2 O1: x2 O2: x3 O1: y2 O1: y2 O2: y3 a ye llow cir cle to the u pper right of the blue square    
  21. 21. Kris Jack LAT: AnalysingIntroduction www.langac.comBackground TrainingLAT● Training● Testing +● Analysing TestingDiscussion comprehensionFutureConclusion production Language Learner This is your job! Developmental Data     Analysing
  22. 22. Kris Jack LAT: AnalysingIntroduction www.langac.comBackground TrainingLAT● Training● Testing +● Analysing TestingDiscussion comprehensionFutureConclusion production Language Learner Developmental Data     Analysing
  23. 23. Kris Jack LAT: Analysing (1/2)Introduction What do you want to analyse?BackgroundLAT● Training● Testing● AnalysingDiscussionFutureConclusion    
  24. 24. Kris Jack LAT: Analysing (2/2)Introduction How are the results presented?Background ● Round­based (results from a single round)LAT● Training ● Trial­based (results from all rounds across a single trial)● Testing ● Model­based (results across all trials)● Analysing Can take stages into accountDiscussionFutureConclusion Holophrastic Late Multi­word Post Early Abstract Pre­linguistic Multi­word Abstract Reflexive Atomic Multiple Multiple units Multiple units  vocalisations, lexical units with syntactic with phrasal  cooing, units markings  category  vocal play, (e.g. word  membership babbling order) 0 6 12 18   24  30 36 42 48 54 Time (months)
  25. 25. Kris Jack LAT: AnalysingIntroduction www.langac.comBackground TrainingLAT● Training● Testing +● Analysing TestingDiscussion comprehensionFutureConclusion production Language Learner Developmental Data     Analysing
  26. 26. Kris Jack DiscussionIntroduction What does the LAT give us?Background ● Time saving benefits.LAT ● Standardisation (lets play on fairly):DiscussionFuture ● training;  ● testing; andConclusion ● analysing. ● Analyses for longitudinal development.    
  27. 27. Kris Jack FutureIntroduction What does the crystal ball show us?Background ● More complex miniature languageLATDiscussion ● More languagesFuture ● A richer language representation (e.g. tones)Conclusion ● More realistic symbolic meanings ● Accessibility for non­programmers ● Can we integrate paradigms that do not use a  miniature language? ● Wish list (www.langac.com) Its collaborative so you can make these possible    
  28. 28. Kris Jack ConclusionIntroduction Key pointsBackground ● The LAT allows you to:LATDiscussion ● create training data;Future ● create testing data; andConclusion ● analyse your learning models development  (comprehension and production). ● Standardisation ● lets speak the same language ● Work in progress ● Collaboration ● Ill show you mine if you show me yours    
  29. 29. Kris Jack Thank youIntroduction www.langac.comBackground TrainingLATDiscussionFuture +Conclusion Testing comprehension production Language Learner Developmental Data     Analysing
  30. 30. Kris Jack Results (1/2)Introduction Stages in Production 100.00%BackgroundLAT 90.00%Discussion 80.00% % of Requirements MetFuture 70.00% Holophrastic Early Multi­word Late Multi­word Abstract Post­abstract HoloConclusion 60.00% Early 50.00% Late 40.00% Abstract End 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 Number of Events Observed 0 6 12 18   24   30 36 42 48 54 Time (months)

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