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清华权威报告告诉你:人工智能的情感计算是什么?

时间:2019-11-25 作者:AMiner.org 阅读:
人类的认知、行为等几乎都要受到情感的驱动,并影响着人际互动以及群体活动。在人与人的交往中, 情感的交流还常被用来完成人的意图的传递。因此,在智能人机交互的研究中,拥有对情感的识别、分析、理解、表达的能力也应成为智能机器必不可少的一种功能。

40 多年前,诺贝尔奖得主 Herbert Simon 在认知心理学方面强调,解决问题论要结合情感的影响。情感的识别和表达对于信息的交流和理解是必需的,也是人类最大的心理需求之一。人类的认知、行为等几乎都要受到情感的驱动,并影响着人际互动以及群体活动。在人与人的交往中, 情感的交流还常被用来完成人的意图的传递。

因此,在智能人机交互的研究中,拥有对情感的识别、分析、理解、表达的能力也应成为智能机器必不可少的一种功能。

作为人工智能创始人之一的美国麻省理工学院Marvin Minsky教授首次提出让计算机具有情感的能力,他在其专著《The Society of Mind》中强调情感是机器实现智能不可或缺的重要能力。20世纪90年代初,耶鲁大学心理学系的Peter Salovey教授提出了情感智能的概念,并开展了一系列的研究。该概念随后被Daniel J. Goleman发展为与智商(IQ)相对的情商(EQ),随着Goleman的赋予计算机情感能力,并让计算机能够理解和表达情感的探讨与研究引起了计算机界众多专家的兴趣,他们在情感研究的理论和实验应用方面积累了很多经验。

本文来自于清华大学的研究报告《人工智能之情感计算》,从技术特点、人才状况、应用和趋势四个方面深入解读人工智能情感计算。

一、什么是情感计算

让计算机具有情感能力的观点并不新鲜,它与“机器人” 一词几乎同时出现。 1985 年,人工智能的奠基人之一 Minsky 就明确指出: “问题不在于智能机器能否有情感,而在于没有情感的机器能否实现智能” 。但当时,赋予计算机或机器人以人类式的情感,主要还是科幻小说中的素材,在学术界罕有人关注。 1995 年情感计算的概念由 Picard 首次提出,并于 1997 年正式出版《Affective Computing(情感计算)》。在书中,她指出“情感计算就是针对人类的外在表现,能够进行测量和分析并能对情感施加影响的计算” ,开辟了计算机科学的新领域,其思想是使计算机拥有情感,能够像人一样识别和表达情感,从而使人机交互更自然。

简单来说,情感计算研究就是试图创建一种能感知、识别和理解人的情感,并能针对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算系统。显然,情感计算是个复杂的过程,不仅受时间、地点、环境、人物对象和经历的影响,而且要考虑表情、语言、动作或身体的接触。

在人机交互中,计算机需要捕捉关键信息,觉察人的情感变化,形成预期,进行调整, 做出反应。例如通过对不同类型的用户建模(如操作方式、表情特点、态度喜好、认知风格、知识背景等),以识别用户的情感状态,利用有效的线索选择合适的用户模型,并以适合当前用户的方式呈现信息。 在对当前的操作做出及时反馈的同时,还要对情感变化背后的意图形成新的预期,并激活相应的数据库,及时主动地提供用户需要的新信息。 举例来说,麻省理工学院媒体实验室的情感计算小组研制的情感计算系统通过记录人面部表情的摄像机和连接在人身体上的生物传感器来收集数据,然后由一个“情感助理”来调节程序以识别人的情感。假设你对电视讲座的一段内容表现出困惑,情感助理会重放该片段或者给予解释。而目前国内情感计算的研究重点在于通过各种传感器获取有人的情感所引起的生理及行为特征信号,确定情感类别的关键特征,建立“情感模型”,从而创建个人情感计算系统。

情感计算是一个高度综合化的研究和技术领域。通过计算科学与心理科学、认知科学的结合,研究人与人交互、人与计算机交互过程中的情感特点,设计具有情感反馈的人与计算机的交互环境,将有可能实现人与计算机的情感交互。情感计算研究将不断加深对人的情感状态和机制的理解,并提高人与计算机界面的和谐性,即提高计算机感知情境,理解人的情感意图,做出适当反应的能力,其主要研究内容如下图所示:

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情感计算的研究内容

情感计算是一个多学科交叉的崭新的研究领域,它涵盖了传感器技术、计算机科学、认知科学、心理学、行为学、生理学、哲学、社会学等方面。情感计算的最终目标是赋予计算机类似于人的情感能力。要达到这个目标,许多技术问题有待解决。这些技术问题的突破对各学科的发展都产生巨大的推动作用。以下分别从情感计算的传统研究方法和新兴研究方法对技术发展进行探讨。

1、 传统的研究

传统的情感计算方法是按照不同的情感表现形式分类的,分别是:文本情感分析、语音情感分析、视觉情感分析。

1.1 文本情感计算 

20世纪90年代末,国外的文本情感分析已经开始。早期, Riloff和Shepherd在文本数据的基础上进行了构建语义词典的相关研究。 McKeown发现连词对大规模的文本数据集中形容词的语义表达的制约作用,进而对英文的形容词与连词做情感倾向研究。自此之后,越来越多的研究开始考虑特征词与情感词的关联关系。 Turney等使用点互信息的方法扩展了正负面情感词典,在分析文本情感时使用了极性语义算法,处理通用的语料数据时准确率达到了74%。在近些年的研究中, Narayanan等结合各种特征及其相关联信息,提出了基于分句、整句、结果句的分类方案,获得了很好的效果。 Pang等以积极情感和消极情感为维度,对电影评论进行了情感分类。他分别采用了支持向量机、最大熵、朴素贝叶斯算法进行分类实验,发现支持向量机的精确度达到了80%。随着研究的不断深入,学者在对情感分析算法进行改进的同时,也将其应用到不同的行业中进行了实践。

文本情感计算的过程可以由 3 部分组成:文本信息采集、情感特征提取和情感信息分类。文本信息采集模块通过文本抓取工具(如网页爬虫工具)获得情感评论文本,并传递到下一个
情感特征提取模块,然后对文本中自然语言文本转化成计算机能够识别和处理的形式,并通过情感信息分类模块得到计算结果。文本情感计算侧重研究情感状态与文本信息之间的对应关系,提供人类情感状态的线索。具体地,需要找到计算机能提取出来的特征,并采用能用于情感分类的模型。因此,关于文本情感计算过程的讨论,主要集中在文本情感特征标注(信息采集) 、情感特征提取和情感信息分类这三个方面 。

1、文本情感特征标注:情感特征标注是对情感语义特征进行标注,通常是将词或者语义块作为特征项。情感特征标注首先对情感语义特征的属性进行设计,如褒义词、贬义词、加强语气、一般语气、悲伤、高兴等等;然后通过机器自动标注或者人工标注的方法对情感语义特征进行标注, 形成情感特征集合。情感词典是典型的情感特征集合,也是情感计算的基础。在大多数研究中,有关情感计算的研究通常是将情感词典直接引入自定义词典中。

运用情感词典计算出文本情感值是一种简单迅速的方法,但准确率有待提高。在实际的情感计算中,会因为具体的语言应用环境而有所不同。例如, “轻薄” 一词通常认为是否定词,但是在电脑、手机却被视为肯定词汇。同时,文本中常会出现否定前置、双重否定以及文本口语化和表情使用等,这些都将会对文本情感特征的提取和判断产生较大的影响。因此在进行文本情感提取时,需要对文本及其对应的上下文关系、 环境关系等进行分析。

2、情感特征提取 :文本包含的情感信息是错综复杂的,在赋予计算机以识别文本情感能力的研究中,从文本信号中抽取特征模式至关重要。在对文本预处理后,初始提取情感语义特征项。特征提取的基本思想是根据得到的文本数据, 决定哪些特征能够给出最好的情感辨识。通常算法是对已有的情绪特征词打分,接着以得分高低为序,超过一定阈值的特征组成特征子集。特征词集的质量直接影响最后结果,为了提高计算的准确性,文本的特征提取算法研究将继续受到关注。长远看来,自动生成文本特征技术将进一步提高,特征提取的研究重点也更多地从对词频的特征分析转移到文本结构和情感词上。

3、情感信息分类 :文本情感分类技术中,主要采用两种技术路线:基于规则的方法和基于统计的方法。在 20世纪 80 年代,基于规则的方法占据主流位置,通过语言学家的语言经验和知识获取句法规则,以此作为文本分类依据。但是,获取规则的过程复杂且成本巨大,也对系统的性能有负面影响,且很难找到有效的途径来提高开发规则的效率。 20 世纪 90 年代之后,人们更倾向于使用统计的方法,通过训练样本进行特征选择和参数训练,根据选择的特征对待分类的输入样本进行形式化,然后输入到分类器进行类别判定,最终得到输入样本的类别。

下表整理了10个文本情感分析API,供读者参考:

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1.2 语音情感计算 

最早的真正意义上的语音情感识别相关研究出现在 20 世纪 80 年代中期,它们开创了使用声学统计特征进行情感分类的先河。紧接着,随着 1985 年 Minsky 教授“让计算机具有情感能力” 观点的提出,以及人工智能领域的研究者们对情感智能重要性认识的日益加深,越来越多的科研机构开始了语音情感识别研究的探索。在 20 世纪 80 年代末至 90 年代初期,麻省理工学院多媒体实验室构造了一个“情感编辑器” 对外界各种情感信号进行采集,综合使用人体的生理信号、面部表情信号、语音信号来初步识别各种情感,并让机器对各种情感做出适当的简单反应; 1999 年, Moriyama 提出语音和情感之间的线性关联模型,并据此在电子商务系统中建造出能够识别用户情感的图像采集系统语音界面,实现了语音情感在电子商务中的初步应用。

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