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研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクス人文学
学科の分類
情報科学部情報メディア学科

大規模言語モデルが切り拓く新しい語彙学習法

情報科学部

情報メディア学科

計量言語学研究室

中西淳 講師

大規模言語モデル外国語学習学習支援システム

現在、外国語学習者向けの語彙選択問題の自動生成・評価システム(CAVES)を開発しています。CAVESは、語彙の使い分けトレーニングに特化した学習支援システムです。大規模言語モデルを活用しており、GPTによる無限の問題生成と学習者レベルに合わせた調整、BERTによる確率に基づいた詳細な採点が特徴です。システムの使用方法は簡単で、単語選択、難易度設定、問題生成、解答、評価の流れで進みます。今後の精度向上により、語学学習の効率化と個別化が期待されています。

語彙選択の難しさ

「公園に集合する」と「公園で集合する」、どちらが正しいのでしょうか? この問いに明確な答えを出すのは難しいかもしれません。一方、「電車で集合する」や「公園に行く」のように、周りの語彙が変わると、適切な語彙選択が明確になることもあります。日本語を学習する人にとって、この細かいニュアンスの違いを習得するのは簡単ではありません。

英語の場合も同様の難しさがあります。例えば、以下の文では、inとatのどちらが適切でしょうか?

 

(1) I’ll meet you (in/at) the library.

(2) I’ll meet you (in/at) the entrance.

 

47名の英語母語話者への調査では、(1)の場合32名が「at」、11名が「in」、4名が「どちらでも可」と回答しましたが、(2)の場合45名が「at」、0名が「in」、2名が「どちらでも可」と回答しました。

この結果は、文脈によって適切な語彙の選択が大きく変わることを示しており、このような語彙の使い分けは、母語話者でも迷うことがあり、外国語学習者にとってはさらに大きな課題となります。

語彙選択問題の自動生成・評価システム(CAVES)の開発

本記事では、外国語学習者の課題に対する革新的なアプローチとして、現在開発中の語彙選択問題の自動生成・自動評価システム(CAVES: Contextual Adaptive Vocabulary Enhancement System)をご紹介します。

適切な語彙選択ができるようになるには、多くの用例に触れ、文脈に応じた最適な語を考察することが重要です。従来、語彙の使い分けトレーニングには空所補充形式の語彙選択問題が広く用いられてきましたが、以下のような課題がありました。

 

(a) 教員が1問1問作成しなければならないため、問題数に限界がある

(b) 教員の主観で正解か不正解かを決め、○×で評価をする必要がある

 

これらの課題を解決するため、本研究では大規模言語モデルを活用した語彙選択問題の自動生成・自動評価システムを開発しています。本システムの特徴は以下の2点です。

 

(a) GPTによる問題の自動作成

–無限の問題生成が可能

–学習者のレベルに合わせた問題調整

 

(b) BERTを用いた文脈適応確率による詳細な採点

–単純な○×ではなく、確率に基づいた詳細な評価

–細かいニュアンスの違いの理解度確認が可能

CAVESの使用方法

では、実際にCAVESの使用方法を見ていきます。下の図は、CAVESの操作画面です。ユーザは1〜5の手順で語彙の使い分け問題に解答し、評価を得ることができます。

1. 学習したい単語(最大4語)を選択

2. 難易度(CEFRレベル)を設定

3. 「Generate Question」ボタンをクリック

4. 生成された問題に解答

5. 「Evaluate」ボタンで自動評価

今後の展望

現在、システムの精度向上と信頼性の検証を進めています。将来的には、このシステムが語学学習者の強力なツールとなり、語彙力向上に大きく貢献することが期待されます。

大規模言語モデルの活用により、語学学習の効率化と個別化が進むことで、より多くの学習者が効果的に語彙力を向上させることができるでしょう。さらに、このシステムは教育者にとっても、学習者の進捗を詳細に把握し、個別指導に活かせる有用なツールとなる可能性があります。

論文

「ニューラルネットワークを活用した類語検索システムの開発—シソーラスにお ける形容詞goodの記述との比較—」(2023)中西淳『e-Learning教育研究』17p.13-24.

「【最優秀論文賞受賞】外国語学習者のための語彙学習支援ツールの開発―文章生成 AI の活用による新たな試み―」(2023)中西淳『2023PCカンファレンス論文集』p.128-131.

研究者INFO: 情報科学部 情報メディア学科 計量言語学研究室 中西淳 講師

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SDGs
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中西 真悟

セカンダリーの貴金属比が奏でる数理情報デザイン

セカンダリーの貴金属比を類似比と読み替えてお楽しみください.黄金比とピタゴラスの定理を魅了させるケプラー三角形に、一般化されたフィボナッチ数列を応用した新たな貴金属比の類似比の魅力を提案しました。発表後に定義式には第2類似比がカッパー比、第3類似比がニッケル比と1990年代後半に命名されていたことがわかったのですが、命名者も際立った数学的・芸術的魅力は言及しませんでした。一方で、従来の貴金属比の第4貴金属比にもカッパー比、第5貴金属比にもニッケル比が記載されることがあり、名称の由来や情報とその信憑性に確信を持てませんでした。したがって、発表時のコンセプトの通りに従来の第2貴金属比である白銀比、第3貴金属比である青銅比を基準に対比しながら今回の発表を公開して、ご閲覧いただく皆様のご意見を聴くことにしました。科学・技術ならびに芸術の世界に役立つ発展に繋がれば嬉しいです。ところで、白銀比に必要な直角二等辺三角形と、ペル数列の代わりにヤコブスタール数列を活用した貴金属比の類似比には、従来の貴金属比とは導出こそ異なるけれども、とても美しい数理と芸術の可能性が隠されていました。貴金属比の類似比の幾何学的特徴を調べながら、有名な数学者の功績を加えて調和させていくと、その美に魅せられます。下記は、提案から1年間の成果のギャラリーです。ご堪能ください。

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黒川 尚彦

発話理解の奥深さ

私たちはことばをどのように理解しているのか。家に招いた客人に「暑いね」と言われたとしよう。「そうだね」と同意するだけでもよいが、たいてい「冷たいもの飲む?」や「エアコンつけようか?」などと返答するだろう。これは、相手が発した発話を「この部屋は暑い」と理解し、「冷たいものを飲む」ことや「エアコンで涼しくしてほしい」という要望であることを推論するからである。発話という断片的な情報から、私たちはどのように相手の真意をつかむのだろうか。

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酒井 恵子

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順序関係分析(酒井・Yanagida・松居・戸田, 2018)は,心理測定尺度の尺度項目間の順序構造を樹状図により表現する,項目分析の一手法である。分析にはRプログラム“SSRA” (Yanagida & Sakai, 2016)を利用できる。ある心理特性を測る尺度項目間の連続した順序構造(シークエンス)に着目することで, その特性が低い場合・中程度の場合・高い場合にそれぞれどのような特徴が出現するか,すなわちその特性の「意味」(「〇〇特性」とは何であるか)を明らかにすることができる。

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中西 真悟

標準正規分布の幾何学的対称性

連続な確率変数の確率密度関数の積分形は、0から1までで評価できる累積分布関数です。では、累積分布関数を積分するとき、積分形の関数の一階の導関数は、累積確率として0から1までの傾きになります。つまり、直角三角形を用いた三平方の定理による評価が可能になります。そこで、標準正規分布の幾何学的対称性を応用しながら三平方の定理を用いてみると、新たな確率評価基準が思考できます。

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杉川 智

リアクティブスケジューリングのための数理モデル

システム開発や建設業などのプロジェクトにおいて,スケジュール作成時点では,わからない不確定な事象によってスケジュールの変更を余儀なくされることがある.さらに,昨今の社会では即応性が求められるため,十分に吟味されないままスケジュールを作成し後で変更することもあります.本研究は,それらのスケジュール立案後の変更を考慮したスケジューリングモデルのための基本的な考え方,分類,数理モデルを提案します.本モデルによりスケジュールの変更をふまえた新しいスケジュールを作成すること,新しい解法を提案することが可能になります.

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島野 顕継

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文部科学省高等学校次期学習指導要領解説情報編(平成30年度改訂)では,情報分野を学ぶ上で専門的な知識に触れ,それがどの様な仕組みであるかを知るための教育を重要視している.本研究では情報の科学的な理解を深め,情報分野に対する興味・関心を引き出すことをねらいとする高等学校情報科科目「情報I」で実際に活用でき,特定の環境を用意できる現場を助ける教材開発及びシラバスの作成を行った.

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小池 一歩

酸化物エピタキシャル薄膜の作製とプロトンゲートトランジスターへの応用

三酸化モリブデン(MoO₃)および酸化タングステン(WO₃)は、電気化学的にイオンを挿入・脱離することにより、電気的・光学的特性が大きく変化する特性を有する酸化物半導体です。近年、これらの材料特性を活かし、ニューロモルフィックデバイスへの応用が注目されています。我々はこれまで、格子整合性を有する酸化物単結晶基板上に分子線エピタキシー(MBE)法を用いてMoO₃およびWO₃のエピタキシャル薄膜を成長させ、電気化学的にプロトンを注入した際の構造変化および電気・光学特性の変化を詳細に検討してきました。例えば、膜厚わずか40 nmのMoO₃薄膜に対して、2.8 mC/cm²の電荷密度でプロトンを注入したところ、電気抵抗率が約5桁低下し、半導体から金属への相転移的挙動が観察されました。現在は、この知見を応用し、MoO₃およびWO₃薄膜表面にプロトンを含有するナフィオン膜を接着させたプロトンゲートトランジスタの開発に取り組んでいます。本研究シーズは、MoO₃およびWO₃エピタキシャル薄膜の高品質な結晶成長技術と、それに基づく材料物性の知見の提供です。

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姜 長安

非把持双腕ロボットによる摩擦力補償無しでの抱きかかえ制御

本研究では,力学的な本質を失わず,3次元運動を2次元運動に簡略化し,要介護者を二つの関節を持った3リンクの物体とみなす.そして,非把持双腕ロボットアームとリンクの間の静止摩擦を利用し,3リンク物体がロボットアームから滑り落ちないための安定領域を求め,その中に摩擦力が最も小さくなる姿勢を求める.得られた最適な角度を用いて,ロボットの抱きかかえ制御を行い,3リンク物体の安定支持が実現できることを示す.

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中西 真悟

修正パスカルの三角形を活用した二刀流のワン・スキップ型数列の可視化

パドヴァン数列は,初項から3つ1,1,1を並べて始まります.その後の数列の値は,二つ前と三つ前の数列の値の和です.ですので,いわゆるワン・スキップ型の数列です.ペラン数列等もこの数列の特徴を継承した数列です.今回はこのワンスキップ型の数列の二刀流の可視化を公開します.パドヴァン数列は,オリジナルのパスカルの三角形の値を将棋の桂馬や,チェスのナイトのような桂馬型の和から得られることが周知です.小生も修正パスカルの三角形を用いてペラン数列の可視化に成功し,パドヴァン数列などワン・スキップ型の数列の初項の変化に耐え得る可視化も実現してきました.今回は前作のパドヴァン数列の正六角形の数理的特徴がヒントとなり,パドヴァン数列を修正パスカル三角形上の4UP型の和として表せることも紹介します.以上,数列の二刀流の可視化を楽しんでください.

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村田 理尚

熱電発電に必要な高性能 n 型熱電フィルムを開発

未利用の排熱から発電する熱電発電技術に関して、大気安定な塗布膜としては高い性能をもつ有機系n型熱電フィルムの開発に成功しました。n型半導体の材料の水分散液にエチレングリコールを添加剤として加える独自の環境調和型の手法を開発しました。多様な形状に貼り付けて利用する柔らかい熱電変換素子としてIoT社会への貢献が期待されます。

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平 博順

日本語機能表現解析技術

私たちの研究室では、複数の形態素から構成され,一つの機能語として働く表現である日本語機能表現について、入力文中の機能表現と特定と意味解析を行う技術の精度向上に取り組んでいます。

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川上 雅士

通信機器におけるEMC/PI/SI協調設計手法

 電子機器は不要な電磁波を放射し,他の機器を妨害する可能性がある. このような問題をEMC(Electromagnetic Compatibility)問題と言う.EMC問題を解決することは,安心安全な電磁環境実現のために重要であり,高品質な電子情報化社会の確立への貢献につながる.本研究は,通信機器をターゲットにし,EMC,SI(Signal Integrity),PI(Power Integrity)についても同時に仕様を満足する協調設計手法の構築を行っている.  

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中西 真悟

直角三角形が活躍する正弦波螺旋と等角螺旋の関係や、パスカルの蝸牛形の考察

英語版のWikipediaによると、マクローリンが見つけた正弦波螺旋は螺旋と名付けられているが、螺旋とは関連がないものとして知られていたようです。しかし、等角螺旋の性質を調べると等角螺旋に関連する直角三角形を用いることにより説明できることがわかりました。同様にその関連する直角三角形がある時点で反転させるときにもパスカルの蝸牛形の幾何学的特徴が説明できました。本研究で紹介する画像を見ながらその様子を楽しんでください。

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井上 裕美子

VR空間における位置把握と視線との関係

 道に迷いやすい人と,1度で道順を覚えて目的地に移動できる人がいる.道に迷わない空間把握能力の高い人は,実空間においても,VR空間においても,同じように目的地まで迷わず行ける傾向がある.このような人は,どのように視覚情報を得て,道順を記憶し,移動しているのだろうか.これまでの研究で,この点について詳細は明らかではない.そこで本研究では,看板等のある都市部の街並みを模したVR空間内を移動し,目的地まで到達する間の視線を検討した.また,心理的指標の1つとして,移動中の心拍数の変化についても検討した.将来的には,実空間においても,記憶に残りやすい街並みや,空間を移動しながら行う探索型の教育コンテンツやゲームのVR空間において,迷わず進める空間作りの1つの基礎データとなることを期待し,本研究を行った.

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小西 将人

実行不要な命令を動的に排除する効率的なプロセッサ

プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして,ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。この研究の目的は,不要なロード命令の一部を動的に排除(スキップ)するようなプロセッサの構成を提案し,命令実行の効率性をあげようとするものである。シミュレーションによる評価からおおよそ15%程度のロード命令がスキップできる可能性があり、また全体のプログラム実行時間をおおよそ8%程度減少させることが期待できる。

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江口 翔一

時系列データを用いたモデル化

近年の計算機システムの発展と利用環境の向上により、諸科学や産業界のあらゆる分野でデータが蓄積されている。このようにして大量に蓄積されたデータから、 その背後にある自然現象や社会現象のような複雑かつ不確実な現象を読み解くには、データから本質的な情報を抽出するための手法の開発が不可欠である。このとき、不確実現象の解明と予測、知識獲得のために重要な役割を果たすのが現象のモデル化であり、時系列データを用いた現象のモデル化の問題に取り組む。

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廣井 富

手すりの上を移動する道案内ロボット

 本コミュニケーションロボットの特徴は、手すりの上を移動することである。ケータイや地図が読めない方でも問題なく、音声とジェスチャで指示してくれる。さらに人はロボットの手を握って誘導される。この時、ロボットの腕が伸び縮み可能なシステムを構築した。これにより、人の歩行速度に応じた無理のない道案内が可能である。本研究室でアルゴリズムを開発した「測域センサを用いた人検出システム」を応用しており、複数人が存在する環境内においても対象者を見失うことがなく、動作可能である。また、ロボットと案内される人の対話が破綻している場合等にオペレータが介入可能である。その介入頻度を簡易に制御可能であり、オペレータの負荷を軽減することが可能である。

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本田 澄

画像認識 AI はどこを見ているの?

さまざまな画像認識AIが提案されていますが、画像のどこを見て認識しているのでしょうか?本研究ではAIの認識箇所を特定する技術であるGrad-CAMを利用して認識箇所を可視化し、どこを見て認識しているかを調べました!その結果から次の提案を考えています。1)画像認識AIの精度比較のために、人間が画像を認識している特徴的な箇所とAIの認識箇所を利用する。2)長年の経験や勘が必要な画像識別技術をAIで再現し、無意識に利用していた画像の特定箇所を明らかにする。

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中西 真悟

貴金属比とその関連数列によるシングル,ダブル,トリプル型の正三角形螺旋と正六角形螺旋(2024年度の作品+α)

黄金比,白銀比,青銅比など貴金属比と関連するサブタイトルの数列を活用して,図余りと図足らずを許した場合の正三角形による螺旋図を考察しました.その結果,シングル,ダブル,トリプル型の正三角形螺旋図の特徴が分かりました.また,副産物として正三角形の特徴を有する正六角形の螺旋図も考案しました.どうぞお楽しみください!

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地嵜 頌子

組合せ構造の機械学習への応用

2017年より, 組合せ構造の深層学習への応用を研究している. 本シーズでは, 二部グラフをブロックとしてもつ組合せ構造spanning bipartite block designの構成法について紹介する.

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