Une approche universelle pour l’abstraction automatique d’alternances morphophonologiques (A universal algorithm for the automatical abstraction of morphophonological alternations) (2017)

Abstract: Cet article présente un algorithme implémenté pour l’inférence de patrons d’alternances morphophonologiques entre mots-formes. Il est universel au sens où il permet d’obtenir des classifications comparables d’une langue à l’autre sans préjuger des types d’alternances. Les patrons constituent une première étape pour les travaux quantitatifs dans l’approche Mot et Paradigme de la morphologie.

## introduction l'étude quantitative et typologique de la morphologie présuppose l'extraction des données morphophonologiques à partir de lexiques. les travaux existant en morphologie quantitative reposent sur des grammaires élaborées manuellement @xcite difficilement comparables d'une langue à l'autre, ou sur des heuristiques fixant des biais linguistiquement motivés qui ne se prêtent pas aux comparaisons typologiques @xcite . cet article présente un algorithme pour l'abstraction de patrons morphophonologiques permettant de caractériser des alternances entre mots-formes. il est implémenté et distribué sous licence libre 1 . il est universel au sens où il permet d'obtenir des classifications comparables d'une langue à l'autre sans préjuger des types d'alternances. il a été développé dans le cadre de l'approche « mot et paradigme » pour l'analyse des paradigmes de flexion et peut être utilisé pour décrire d'autres alternances morphophonologique entre mots-formes. nous utilisons le vocabulaire standard en morphologie flexionnelle @xcite . un paradigme est l'ensemble des formes d'un lexème, structuré en fonction des propriétés morphosyntaxiques exprimées par ces formes (par exemple « présent première personne » ou prs.1sg). on appelle case du paradigme un ensemble de propriétés à exprimer. dans ce contexte, un système flexionnel peut être représenté sous la forme d'une table à double entrée, où chaque ligne représente le paradigme d'un lexème et chaque colonne une case de paradigme. les modèles « mot et paradigme » (wp) suivent la tradition grammaticale européenne et considèrent le mot et non le morphème comme l'unité fondamentale de la morphologie @xcite . ces modèles décrivent traditionnellement les systèmes de flexion en se fondant sur l'analogie à un petit nombre de paradigmes exemplaires. les développements récents mettent au centre de l'attention les relations implicatives entre cases du paradigme @xcite et la mesure quantitative de la fiabilité de ces implications @xcite @xcite @xcite . la formulation précise de ces implications nécessite d'identifier des patrons d'alternance entre formes de surface @xcite . les patrons d'alternances tels que nous les formulons ici prennent la forme d'alternances bidirectionnelles du type « x alterne avec y dans le contexte z », noté x ↩ y /z, comme illustré en figure 1. x et y constituent l'alternance et z constitue le contexte d'application du patron. l'une des questions centrales étudiées dans ce cadre est celle du problème de remplissage des cases de paradigme (« paradigm cell filling problem » ou pcfp). étant donnée la distribution zipfienne des mots, comment les locuteurs qui n'ont rencontré que certaines formes d'un lexème peuvent-ils produire les formes inconnues ? @xcite évaluent la difficulté de ce problème à travers l'entropie des distributions de patrons d'alternance dans les systèmes flexionnels. les résultats de ce type de calcul dépendent crucialement de la façon dont les patrons sont inférés. nous présentons d'abord ( §2) les stratégies existantes pour extraire des alternances morphophonologiques. puis ( §3) nous présentons le problème comme une recherche d'alignements entre formes qui soient optimaux à la fois localement à ces formes et globalement à travers le système. l'algorithme ( §4) procède en trois étapes : aligner localement les formes, généraliser les patrons, sélectionner les patrons globalement. enfin nous évaluons la qualité des généralisations capturées par les patrons ( §5) dans le cadre d'un problème du type pcfp idéalisé. ## état de l'art deux traditions ont contribué à l'inférence automatique à grande échelle de règles morphologiques à même de capter les implications paradigmatiques. en linguistique, le minimal generalization learner (mgl, @xcite @xcite constitue le premier modèle quantitatif des tests psycholinguistiques d'élicitations morphologiques dits wug tests, et a inspiré des travaux qui s'appuient sur des biais linguistiquement motivés pour inférer efficacement des patrons d'alternance dans un ensemble de données spécifique. en tal, le pcfp se pose dans le contexte de la complétion automatique de lexiques et s'est traduit par la formulation d'une tâche de réinflection. le mgl est un programme qui infère incrémentalement, à partir de couples de formes, un ensemble de patrons d'alternance unidirectionnels. il infère d'abord des patrons spécifiques à une seule paire de formes, puis crée des patrons de généralité croissante au fil de la découverte de nouvelle formes. pour chaque paire de formes dans les données d'apprentissage, on obtient un ensemble de patrons de généralité variable à même de les dériver. l'ensemble de ces règles sont scorées pour l'application aux formes inconnues. les patrons générés par le mgl sont capables de découvrir un changement unique dans les formes d'entrées, cherchant dans l'ordre un changement suffixal, préfixal puis interne. @xcite ; @xcite combinent l'idée directrice du mgl et celle d' @xcite , en évaluant la prédictibilité au sein des paradigmes au moyen de l'entropie conditionnelle sur la base de patrons d'alternance bidirectionnels. un seul patron est alors associé à toute paire de cases afin de fournir une classification des lexèmes. ce choix permet d'appliquer ces programmes à des larges ensembles de données et nombre d'alternances, ce qui n'était pas envisageable pour le mgl. pour identifier les alternances, ces modèles s'appuient sur des biais adaptés à un ou plusieurs ensembles de données. ces stratégies nécessitent la conception d'un nouveau programme ad hoc pour chaque nouveau système. elles ne se prêtent donc pas à la typologie quantitative. l'extraction de lexiques à partir de corpus produit des paradigmes incomplets en raison de la distribution zipfienne des formes. des efforts se sont donc tournés vers l'inférence des formes manquantes en s'appuyant sur la structure implicative des paradigmes @xcite @xcite . la campagne d'évaluation @xcite a formalisé une famille de tâches de tal dites de « réinflection » répondant à cette manifestation concrète du pcfp. le problème qui nous intéresse le plus consiste à prédire une forme cible à partir d'une forme déjà fléchie. les approches par réseaux neuronaux sont les plus performantes @xcite . d'autres systèmes, suivant @xcite , extraient des opérations d'édition de chaînes puis entraînent des transducteurs à les appliquer. enfin certains reposent sur des heuristiques linguistiques et extraient soit des segmentations affixales @xcite soit des « paradigmes abstraits », règles morphologiques formulées pour l'ensemble du paradigme @xcite . le meilleur modèle parvient à 95% d'exactitude en s'entraînant uniquement sur des paires de formes, montrant que l'information nécessaire à la résolution du pcfp peut être extraite de données éparses. cependant, aucun de ces systèmes ne permet d'extraire le type de représentations dont nous avons besoin, c'est-à-dire des patrons d'alternance entre deux cases, interprétables de façon transparente comme des règles linguistiques, calculables pour toutes les paires de cases sur de larges lexiques, ne s'appuyant pas sur des données externes à la paire de case concernée, et fournissant une classification catégorique des lexèmes selon leur comportement morphophonologique. nous proposons donc une méthode à même d'inférer automatiquement de telles représentations. ## les patrons dépendent d'alignements entre formes déterminer le patron qui relie une paire de formes revient à trouver un alignement optimal entre ces formes : si deux segments alignés ensemble sont identiques, ils font partie du contexte, sinon ils font partie de l'alternance. cet alignement ne peut pas, dans une perspective multi-lingue, être fixé à l'avance. différents types d'alternances requièrent des stratégies d'alignements distinctes. les alternances suffixales, par exemple dans la flexion verbale du français (figure 2 ), sont captées par un alignement à gauche. une alternance préfixale nécessiterait un alignement à droite. certaines alternances discontinues nécessitent un alignement qui ne peut être pré-défini (flexion verbale de l'arabe, figure 2 ). il existe parfois plusieurs alignements plausibles (bonami, 2014, pp.104-106). la figure 3 présente trois alignements des formes imaginaires /baba/ et /ba/ et trois patrons qui offrent respectivement une analyse préfixale, suffixale ou infixale. seul l'examen d'autres formes permet de décider de l'analyse préférable. pour chacun des systèmes a, b et c de la figure 3, une seule des trois analyses, respectivement infixe, préfixe et suffixe, permet de rendre compte de l'ensemble des lexèmes. alignement patron b a b a a.infixe b _ _ a ↩ ab / b_a b.préfixe _ _ b a ↩ ba / _ba c.suffixe b a _ _ ↩ ba / ba_ a. sg pl ba baba ri rabi su sabu ne nabe b. sg pl ba baba ri bari su basu ne bane c. sg pl ba baba ri riba su suba ne neba figure 3 -trois alignements et systèmes imaginaires. ## méthode notre système prend en entrée des paradigmes dont les formes sont transcrites en notation phonétique ainsi qu'une spécification de la valeur des phonèmes utilisés en traits. il calcule, pour chaque paire de cases possible parmi l'ensemble des cases du paradigme, un ensemble de patrons d'alternance qui relient les paires de formes. malgré la complexité de cette combinatoire, les besoins de l'analyse linguistique de type mot et paradigme imposent de calculer les patrons pour toutes les paires de cases. cependant chaque patron se fonde strictement sur la connaissance des formes des deux cases qu'il relie. l'algorithme procède en trois étapes : produire pour chaque paire de formes l'ensemble des alignements localement optimaux et en déduire des patrons élémentaires ; généraliser les patrons élémentaires en fusionnant les alternances structurellement identiques ; choisir les patrons selon leur pouvoir descriptif global pour l'ensemble des lexèmes. nous commençons par trouver pour chaque paire de formes un ensemble d'alignements qui minimisent une distance d'édition. nous considérons deux mesures de distance. la plus simple est la distance de levenshtein, qui maximise les segments identiques alignés ensemble. les trois alignements linguistiquement motivés entre /ba/ et /baba/ sont aussi ceux qui présentent la plus petite distance de levenshtein. considérons cependant l'alternance en tchèque entre le nominatif singulier « čivava » prononcé /tsivava/ et le génitif pluriel du nom « čivav » (chihuahua), prononcé /tsivaf/. l'alignement intuitif pour un linguiste, en raison du dévoisement final, aligne [f] avec le deuxième @xcite . cependant, il existe un deuxième alignement, non linguistiquement fondé, qui suppose un infixe /-av-/ et présente la même distance de levenshtein. afin d'éviter ce type d'alignement fallacieux, et d'évaluer leur impact, nous implémentons également une seconde distance d'édition pondérée par la similarité phonologique @xcite . @xcite proposent une similarité phonologique fondée sur la proportion de classes naturelles partagées entre deux segments. en phonologie, une classe naturelle est un ensemble de segments phonologiques partageant un ou plusieurs traits @xcite la seconde étape consiste à fusionner les patrons présentant la même alternance structurelle de façon à capter des généralisations sur les contextes d'application et sur les alternances. les contextes sont alors exprimés sous la forme d'expressions régulières où les classes de caractères, entre crochets, correspondent à des classes naturelles de segments phonologiques et les quantificateurs « ?, +, * » rendent compte de la longueur des séquences concernées. nous fusionnons enfin les patrons dont les alternances constituent différentes instanciations d'une même opération phonologique régulière. ## évaluation notre algorithme vise à la comparaison quantitative de systèmes flexionnels. la pertinence des patrons inférés se jugera donc in fine aux généralisations trans-linguistiques qu'ils permettront de dégager. cependant, leur capacité à capter des généralisations internes à un système peut d'ores et déjà être évaluée au travers d'une tâche de prédiction. nous avons mené une évaluation pour les systèmes verbaux du français, de l'anglais, du portugais européen, du zenzontepec chatino et de l'arabe classique. les tables de paradigmes sont issues de lexiques flexionnels. au besoin, nous avons transcrit automatiquement les formes en alphabet phonétique international depuis d'autres notations (zenzontepec chatino, anglais, arabe). la nous comparons les résultats du même algorithme en faisant varier la stratégie d'alignement ( ## conclusion nous avons présenté un algorithme permettant d'inférer des patrons d'alternances à partir de paires de formes. cet algorithme est robuste et applicable à travers les langues sans présumer du type d'alternances. il peut constituer le fondement d'une analyse quantitative des alternances morphophonologiques, aussi bien dans le domaine de la flexion, pour lequel il a été développé, que pour l'étude des changements diachroniques, dialectaux, et des alternances dérivationnelles.