全体セミナーWfst
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Weigted Finite State Transducerの紹介
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全体セミナーWfst
- 1. Weighted Finite State Transducerの紹介 PFIセミナー 2016/05/12 株式会社 Preferred Infrastructure 西鳥羽 二郎
- 2. 西鳥羽 二郎 製品事業部 - 音声認識 - 機械学習 - アルゴリズムとデータ構造 旅行テーマ - 全都道府県をめぐる その土地の名物を食べる - 日本の世界遺産をめぐる 1
- 3. WFSTとは 有限状態オートマトンの一種 - Weighed(重み付き) - Finite State(有限状態) - Transducer(変換器) 2
- 4. WFST 開始状態に重みを持つ 各遷移において(入力:出力/重み)を持つ 3 0/0.5 a:x/0.8a:x/0.5 b:z/0.3 b:y/0.2 c:ε/0.1 a:x/0.3 1 2 3 4/0.4 c:y/0.2
- 5. 遷移の例 aabacbを入力 - 0 → 1 → 2 → 1 → 3 → 4と遷移 - xxyxyzを出力 - 重み0.00028 4 0/0.5 a:x/0.8a:x/0.5 b:z/0.3 b:y/0.2 c:ε/0.1 a:x/0.3 1 2 3 4/0.4 c:y/0.2
- 6. WFSTの特徴 合成(compose)できる - 複数のWFSTでの探索を一つにまとめることができる 有限状態オートマトンなので最適化できる - 非決定性オートマトンは決定性オートマトンに変換可能 - 決定性オートマトンは機能をかえることなく状態数最小のオー トマトンに変換可能 5
- 7. 合成 2つのWFSTをまとめて1つのWFSTを構築できる - 1つのWFSTの入力集合がもう一つのWFSTの出力集合と一致 - 重みに関しての加法・乗法がきちんと定義(半環)されている 6
- 8. 合成 多段の処理に関して合成し、一つのWFSTを作ることが できる 7 0 1 2 3 a:x a:x b:z c:z b:y 0 2 1 3 y:p x:p z:r y:r (0,1) (1,1) (2,1) (3,3) (1,2) a:p a:p b:p b:r b:r c:r abbb → xyyz xyyz → pprr abbb → pprr
- 9. 探索効率の改善 (非決定性含め)WFSTは以下の手順で効率化できる - ε除去 - 決定化 - 最小化 8
- 10. ε除去 ε遷移後の条件をε遷移前の状態にコピーすることにより εを除去する 9 0 31 2 s i ε t 0 31 2 s t i t
- 13. 応用先 音声認識 テキスト処理 イメージ処理 12
- 14. 音声認識での例 得料ベクトル列 -> HMM -> 音素 -> 単語 -> 文章と多段の 処理を行う 13 I ES1 S2 a sh i t a: 明日 a s u: 明日 h a: は a m e: 雨 P(明日| 雨, は) = 0.2 P(明日| 明日, 雨) = 0.01 … a, sh, i, ta,… 明日, は, 雨, 明日は雨
- 15. HMMをWFSTに変換 HMMからWFSTに変換 - 入力記号: HMMの状態 - 出力記号: 音素 - 重み: HMMの状態の遷移確率 14 I ES1 S2 I E0 1 a11 a12 a22 a2E S1:t S1:ε/a11 S2:ε/a12 S2:ε/a12 ε:ε/a2E
- 16. 単語辞書をWFSTに変換 音素/読みを入力とし、単語を出力するWFSTを構築 15 a sh i t a: 明日 a s u: 明日 h a: は a m e: 雨 a:明日 sh:ε i:ε t:ε a:ε s:ε u:ε a:明日 a:ε h:は m:ε e:ε a:雨
- 17. 言語モデルをWFSTに変換 正規文法の形で記述し、重みを出現確率としたWFSTを 構築する 16 P(雨|は, 明日) = 0.25 P(晴れ|は, 明日) = 0.2 P(ハレ|明後日, 明日) = 0.01 明日:ε/0.1 明後日:ε:0.1 は:ε/0.5 晴れ:0.5 雨:ε/0.4 ハレ:ε/1
- 18. 音声認識における応用 作成したWFSTを全て合成・決定化・最小化する - 特徴ベクトル列からの入力(今回は省略) - HMM - 単語辞書 - 言語モデル 得られたWFSTにおいてコスト最小(確率値の負の対数を とる)の遷移を求めることにより、最も確率の高い文章 が得られる 17
- 19. WFSTの実装 WFSTの実装としてOpenFSTがある - http://www.openfst.org/twiki/bin/view/FST/WebHome - Python bindingも存在 - 最新版1.5.2 OpenFSTを用いた言語モデルのツール/ライブラリとし てOprnGRMがある - http://www.opengrm.org/ - 最新版 1.2.2 (OpenFST 1.5.1対応) 18
- 20. OpenFSTの使用方法 以下のフォーマットでWFSTを記述する - 遷移元状態ID 遷移先状態ID 入力 出力 重み 重みはオプション - 終了状態ID 19 0 1 a:p/0.2 2 b:q/0.5 0 1 a p 0.2 1 2 b q 0.5 2
- 21. OpenFSTの使用方法 fstcompile fstdraw fstcompose fstshortestpath 20
- 22. fstcompile テキストファイルからFST形式(バイナリ)に変換する $ fstcompile --isymbols=isymbols.syms -- osymbols=osymbols.syms lex.txt lex.fst - --isymbols: 入力集合 - --osymbols: 出力集合 21
- 23. 入力ファイル例 WFST記述ファイル 0 1 a 明日 1 2 s <epsilon> 2 3 u <epsilon> 3 0 <aux> <epsilon> … 14 0 <aux> <epsilon> シンボルファイル <epsilon> 0 <aux> 1 a 2 i 3 s 4 sh 5 t 6 u 7 h 8 m 9 e 10 <unk> 11 22
- 24. fstdraw 作成したWFSTを図示できる $ fstdraw --isymbols=isymbols.syms --osymbols=osymbols.syms - portrait lex.fst | dot -Tpng > lex.png 23
- 25. その他のコマンド fstcompose - 作成したWFSTを合成する - $ fstcompose W1.fst W2.fst W12.fst fstshortestpath - 最もコストが低い遷移を求める - $ fstshortestpath W12.fst bestpath.fst 24
- 26. OpenGRM 以下のファイルから言語モデルのWFSTを構築すること が出来る - テキスト - ARPA形式の言語モデルのテキストファイル 25
- 27. まとめ WFSTの紹介 - 多段の変換を含むもので最適なものを探索する時に便利 WFSTのライブラリの紹介: 使うと手軽にできます - OpenFST - OpenGRM 26
- 28. Copyright © 2006-2016 Preferred Infrastructure All Right Reserved.