Show simple item record

dc.contributor.advisorΜιχαήλ, Λοΐζος
dc.contributor.authorIsaak, Nicos X.
dc.contributor.otherΙσαάκ, Νίκος Χ.
dc.coverage.spatialΚύπροςel_GR
dc.date.accessioned2022-01-25T11:14:13Z
dc.date.available2022-01-25T11:14:13Z
dc.date.copyright2022-01-25
dc.date.issued2021
dc.identifier.isbn978-9963-695-76-8
dc.identifier.otherΔΚ-ΠΕΣ/2021/00008el_GR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11128/5086
dc.descriptionIncludes bibliographical references and index.el_GR
dc.description.abstractThe Winograd Schema Challenge (WSC), a new novel litmus test for machine intelligence, has been proposed to advance the field of Artificial Intelligence (AI). In the last decade, the challenge has received considerable interest as a step towards building machines with commonsense reasoning, humanity’s long-willed target since the late fifties. The WSC refers to resolving pronouns in carefully structured sentences, where the information needed to resolve them is not grammatically present. The challenge consists of pairs of halves (schemas), where each half comprises a sentence, a question referring to an unresolved pronoun, and two possible pronoun targets (answers). It is believed that tackling the challenge will advance the field of AI, helping at the same time the research community to understand human behavior, which relates to the unfolding of the human mechanisms used when answering such questions. In this regard, each WSC instance should tell us something about human behavior, which needs to be explained. Although humans have no difficulties tackling it, such systems’ development seems challenging and troublesome. This dissertation focuses on methods and tools covering multiple aspects of the WSC. Given the AI’s tendency to focus on behavior in a purely statistical sense, which can lead to the development of non-transparent systems (sub-symbolic AI), and that human language is not based on word patterns, we start by presenting how we developed a commonsense reasoning system to tackle the WSC. In terms of experimentation, we compare the developed system with well-known coreference resolvers. The compelling advantage of this transparent solution is presented through experiments performed on existing WSC schemas developed by experts in the field. The findings indicate that systems based on classical/symbolic AI must be a part of the solution toward the endowment of machines with commonsense reasoning. Additional systems based on both classical AI and machine learning were developed to answer research questions such as: a) How can we promote the WSC to various academic disciplines so that they could work on the problem of actually trying to solve the WSC? b) How can we design systems that automatically differentiate between Winograd instances according to their perceived human hardness? c) How can we build systems that automatically build or considerably help humans develop schemas from scratch? In this regard, we show how we utilized the WSC as a novel form of a completely automated public Turing test to tell computers and humans apart (CAPTCHA). We expect that the adoption and use of a WSC-based CAPTCHA will bring forward the WSC to various academic disciplines to work on the problem of actually trying to solve it, and perhaps, in the process, help build machines able to reason with commonsense knowledge. Experiments we undertook show that a WSC-based CAPTCHA is generally faster and easier to solve than, and equally entertaining as, the most typical existing CAPTCHA tasks. Based on the fact that this is a challenging task for machines and that future Winograd challenges should be organized according to how humans tackle them, this dissertation also shows how we designed multiple approaches that can automatically differentiate between Winograd instances according to their perceived hardness for humans. According to our results, the automated approaches’ performance correlates positively with the performance of humans, suggesting that these kinds of systems could be used as a metric of hardness for WSC instances. Finally, given that the schema availability is limited and that the schema development process is challenging and troublesome, this dissertation shows how we managed to provide the research community with the necessary tools for designing Winograd schemas from scratch. The undertaken experiments show the benefits of utilizing our developed systems, which, among others, can considerably help humans in the schema development task. The dissertation concludes with the thesis findings, discussing the implications of this research, accompanied by our thoughts on the missing links required for future progress in the field.el_GR
dc.format.extentxxiv, 210 σ. ; 30 εκ.el_GR
dc.languageenel_GR
dc.language.isoenel_GR
dc.publisherΑνοικτό Πανεπιστήμιο Κύπρουel_GR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/closedAccessel_GR
dc.subjectWinograd Schema Challengeel_GR
dc.subjectΣυστήματα Τεχνητής Νοημοσύνηςel_GR
dc.subjectArtificial Intelligenceel_GR
dc.subjectΤεχνητή Νοημοσύνηel_GR
dc.titleA fully-fledged approach to the Winograd Schema Challenge: Tackling, utilizing and developing Winograd instancesel_GR
dc.typeΔιδακτορική Διατριβήel_GR
dc.contributor.committeememberΚάκας, Αντώνης
dc.contributor.committeememberGrohmann, Kleanthes K.
dc.contributor.committeememberDavis, Ernest
dc.contributor.committeememberΠάστρα, Κατερίνα
dc.description.translatedabstractΤο Winograd Schema Challenge (WSC) είναι μία νέα πρόκληση, ένας διαγωνισμός, όπου οι ερευνητές καλούνται να δημιουργήσουν έξυπνα συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ). Την τελευταία δεκαετία, μέσα στην οποία έχει γίνει γνωστό στην ερευνητική κοινότητα, ερευνητές καλούνται να δημιουργήσουν συστήματα που να μπορούν να επιλύουν προβλή- ματα μέσω χρήσης κανόνων κοινής λογικής όπως και οι άνθρωποι. Το WSC αναφέρεται στη δημιουργία συστημάτων ΤΝ που είναι ικανά να επιλύουν προβλήματα αναφοράς αντωνυμιών σε προτάσεις. Συγκεκριμένα, υπάρχουν ζεύγη από σχήματα (schemas), το κάθε ένα από τα οποία αποτελείται από μία πρόταση, μία ερώτηση, η οποία αναφέρεται σε μια αντωνυμία της πρότασης και δύο πιθανές απαντήσεις (ως απαντή- σεις χρησιμοποιούνται ουσιαστικά στο ίδιο γένος και αριθμό, γεγονός που κάνει ακόμη πιο δύσκολη τη δημιουργία ενός τέτοιου συστήματος). Επίσης, σε κάθε πρόταση υπάρχει μια ειδική λέξη ή φράση που όταν αλλάξει, αλλάζει και η απάντηση της ερώτησης. Ο απώτερος σκοπός είναι η κατανόηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς, του τρόπου δηλαδή που χρησι- μοποιούν τους κανόνες κοινής λογικής, για να επιλύσουν τέτοια προβλήματα. Αν και είναι κάτι το οποίο για τους ανθρώπους είναι έμφυτο, η δημιουργία τέτοιων συστημάτων είναι δύσκολη και σχεδόν ακατόρθωτη. Η διατριβή αυτή επικεντρώνεται στη σχεδίαση και ανάπτυξη συστημάτων που αφορούν το WSC. Επειδή κατά τα τελευταία χρόνια υπάρχει μια τάση στην ερευνητική κοινότητα να εστιάζει σε μη διαφανείς στατιστικές λύσεις (μη-συμβολική ΤΝ) και επειδή οι άνθρωποι δεν στηρίζονται σε μοτίβα λέξεων για να επιλύουν τέτοια προβλήματα, έχουμε δημιουργή- σει ένα σύστημα λογισμικού το οποίο, μέσα από την εξαγωγή γνώσης κοινής λογικής από την Αγγλική Wikipedia, επιλύει προβλήματα του WSC, τα οποία έχουν δημιουργη- θεί από ειδικούς του χώρου. Το συγκριτικό πλεονέκτημα του διαφανούς αυτού συστή- ματος παρουσιάζεται μέσα από πειράματα που έγιναν σε υφιστάμενα σύνολα δεδομένων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας φαίνεται ότι, αν θέλουμε γενικότερα να πετύχουμε τη δημιουργία συστημάτων που χρησιμοποιούν κανόνες κοινής λογικής, θα πρέπει η ερευνη- τική κοινότητα να εστιάσει και στην ξεχασμένη περιοχή της κλασικής/συμβολικής ΤΝ. ΄Εχουν δημιουργηθεί επιπρόσθετα συστήματα τα οποία στηρίζονται στις δύο τάσεις της ΤΝ (συμβολική και μη-συμβολική) και απαντούν σε συγκεκριμένα ερευνητικά ερωτήματα όπως: α) Πώς μπορούμε να προωθήσουμε το WSC, έτσι ώστε να γνωστοποιηθεί σε όσο το δυνατό περισσότερους ερευνητές διαφόρων ερευνητικών υποβάθρων; β) Πώς μπορούμε να δημιουργήσουμε συστήματα που να λειτουργούν ως μετρικές αυτόματης αξιολόγησης της δυσκολίας επίλυσης προβλημάτων WSC από ανθρώπους; γ) Πώς μπορούμε να δημιουργή- σουμε συστήματα για την αυτόματη/ημιαυτόματη παραγωγή νέων σχημάτων WSC; Στην προσπάθειά μας αυτή, προτείναμε τη χρήση προβλημάτων WSC ως μία νέα μορφή CAPTCHA. Παραδοσιακά, οι περισσότερες υπηρεσίες CAPTCHA εξυπηρετούν δύο στό- χους: την αποτροπή κακόβουλων επιθέσεων από αυτοματοποιημένα προγράμματα και την γνωστοποίηση προκλήσεων-διαγωνισμών με σκοπό την επίλυσή τους. Στην περίπτωσή μας ο απώτερος στόχος είναι η γνωστοποίηση του προβλήματος στην ερευνητική κοινότητα, ευελπιστώντας στη μακροπρόθεσμη επίλυσή του. Μέσα από τη συμμετοχή μεγάλου αρι- θμού συμμετεχόντων με συγκεκριμένο πείραμα αξιολογήθηκε η χρήση, η καταλληλόλητα αλλά και η ευχρηστία του WSC σε σχέση με κύριες μορφές CAPTCHA. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι μελλοντικοί διαγωνισμοί θα πρέπει να οργανώνονται με βάση τον τρόπο επίλυσής τους από τους ανθρώπους, αλλά και ότι η χρήση του WSC ως μιας νέας μορφής CAPTCHA θα πρέπει να μπορεί να παρουσιάζει σχήματα WSC δι- αφόρων δυσκολιών, έχουμε επίσης αναπτύξει συστήματα λογισμικού, τα οποία λειτουρ- γούν ως μετρικές αυτόματης αξιολόγησης της δυσκολίας επίλυσης προβλημάτων WSC. Η συγκεκριμένη ανάπτυξη συστημάτων συνοδεύεται με πειραματικά αποτελέσματα που αξιολογούν την ποιότητα των προβλέψεών τους σε σχέση με τη δυσκολία που έχουν οι άνθρωποι στα συγκεκριμένα προβλήματα. Τέλος, γνωρίζοντας ότι υπάρχει περιορισμένος αριθμός σχημάτων WSC (λόγω δυσκο- λίας δημιουργίας τους) και ότι η επίλυση αλλά και η χρήση του WSC ως μιας νέας μορφής CAPTCHA συνεπάγεται μεγάλες απαιτήσεις σε νέα σχήματα, σε αυτή τη διατριβή έχουμε επίσης προχωρήσει στην ανάπτυξη συστημάτων λογισμικού για την αυτόματη και ημιαυτό- ματη παραγωγή νέων σχημάτων WSC. Τα συστήματα αναπτύχθηκαν μέσω τεχνικών πλη- θανάθεσης, επεξεργασίας φυσικής γλώσσας αλλά και χρήσης νευρωνικών δικτύων. Η αξιολόγηση της ποιότητας των παραγόμενων προβλημάτων έγινε με πειράματα σύγκρισής τους με υφιστάμενα προβλήματα που έχουν κατασκευαστεί από ειδικούς στο WSC. Η διατριβή ολοκληρώνεται παρουσιάζοντας συγκεκριμένα αποτελέσματα και προτείνο- ντας πιθανές μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις, συνοδευόμενες με εισηγήσεις σχετικές με τους ελλείποντες συνδέσμους που απαιτούνται για τη μελλοντική πρόοδο στον ευρύτερο χώρο του προβλήματος.el_GR
dc.format.typepdfel_GR


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record