SIMULANDO A DINÂMICA DA TRANSIÇÃO V-V

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1 Anais do 5º Encontro do Celsul, Curitiba-PR, 2003 ( ) Edson FRANÇOZO (Unicamp) Orlando Bisacchi COELHO (FMU/Unicamp) Eleonora Cavalcante ALBANO (Unicamp) Laudino ROCES (Unicamp) Pablo ARANTES (Unicamp) Renato BASSO (Unicamp) SIMULANDO A DINÂMICA DA TRANSIÇÃO V-V ABSTRACT The current work presents a connectionist model of an aspect of vowel-to-vowel phonotactics, namely the tendency for vowels to share or avoid repetition of phonic properties, known as harmony and OCP constraints, respectively. The simulation presented herein shows that a recurrent network is able to discriminate between the dynamics of contour and OCP. KEYWORDS: connectionism; simple recurrent network; cognition; phonotactics; harmony; OCP. 0. Introdução Duas importantes restrições operam na transição entre vogais: a tendência a compartilhar a repetição de propriedades fônicas ou a evitá-las. Em um conjunto de estudos distribucionais, Albano (2001a., 2001b e 2002) mostrou que, quanto às combinações de segmentos, o léxico do português brasileiro mostra uma tendência à economia articulatória e à saliência auditiva. Em alguns setores do vocabulário, é clara a tendência à harmonia (ou metafonia) como a que foi morfologizada no sistema verbal e, em parte, na flexão de gênero (por exemplo, na alternância novo/nova ). Em outros setores, a harmonia é evitada de forma semelhante ao que acontece no sistema consonantal onde só as posições adjacentes (e.g. nos encontros tauto- e heterossilábicos) tendem à homorganicidade. As seqüências de consoantes com vogais intercaladas são uma versão probabilística do que se conhece na literatura fonológica como o princípio do contorno obrigatório (OCP), i.e., a tendência a evitar a repetição seqüencial de propriedades fônicas. No presente trabalho, perguntamos se as restrições fonotáticas são suficientemente robustas para que a partir dela se infira o padrão fônico de uma lingua. Isto é, perguntamos se a informação fonética é codificada nos viéses distribucionais presentes no léxico. A resposta a essas perguntas, articulada com base na descrição estatística das regularidades distribucionais presentes em uma base lexical do português brasileiro, faz uso de uma simulação conexionista que focaliza um conjunto representativo das interrelações vocálicas que ocorrem, no PB, nas seqüências fônicas da forma V(C). substantivos trissilábicos; especificamente, a simulação conexionista examina as transições intervocálicas que tendem à harmonia ou que operam sob o princípio do contorno obrigatório. 1. O modelo computacional Como a tendência à harmonia e à operação de OCP (doravante, contorno) são restrições que incidem sobre vogais consecutivas em uma palavra, ela é um fenômeno dinâmico que deve ser estudado através de um modelo apto a dar conta das transições entre vogais no curso de seu desenvolvimento temporal. Uma rede recorrente simples (SRN; Elman 1995) é um modelo desse gênero. A rede recorrente simples é uma rede neural (McClelland & Rumelhart 1986; Elman et al. 1996), isto é, um modelo computacional que incorpora algumas das características do sistema nervoso central humano. Ela consiste de unidades (similares ao neurônio) dispostas em camadas extensivamente conectadas entre si. Estas conexões, que podem ser excitatórias ou inibitórias, fazem com que a ativação de uma unidade influencie na ativação de outras unidades, de modo que a computação que ocorre na rede é cooperativa. De modo semelhante ao que ocorre com o ser humano, as redes neurais são capazes de aprender; isto é, elas são capazes de modificar as suas conexões, de forma autoorganizada, de modo a incorporar, nas suas conexões, características relevantes do meio-ambiente. Um dos algoritmos de aprendizagem utilizados em redes neurais, chamado backpropagation (Rumelhart & McClelland 1986), consiste em modificar as conexões da rede de modo a aprender a correspondência correta entre as entradas que a rede recebe, a partir do seu meio ambiente, e as saídas que se espera que a rede produza a partir dessas entradas. A rede recorrente simples é uma rede multicamadas em que existe um grupo de conexões recorrentes. Estas conexões fornecem uma cópia do valor da ativação de cada unidade da camada

2 442 SIMULANDO A DINÂMICA DA TRANSIÇÃO V-V escondida para a unidade correspondente na camada de contexto (veja Figura 1, abaixo). Assim as ativações das unidades da camada de contexto, num dado instante de tempo, correspondem às ativações da camada escondida no instante anterior. Desta forma, toda vez que a rede recorrente simples processa uma nova entrada, ela o faz no contexto das ativações produzidas anteriormente. Treinada com o algorítimo backpropagation esta rede é capaz de capturar informação temporal presente no conjunto de treinamento. Para tal a tarefa de treinamento utilizada é a previsão: a rede aprende a produzir para cada item do conjunto de treinamento o item imediatamente posterior. Desta forma, a rede aprende a focar nas relações temporais existentes entre os elementos do conjunto de treinamento. ACBEDFGB HIJLK MONQPNGR [;\!]#^G_W`a;abc\ S;T UWVGXYZVGT Figura 1 Arquitetura da rede recorrente simples usada na simulação. Na simulação aqui relatada, usamos uma versão modificada da arquitetura básica das redes recorrentes simples. Para reduzir o número de pesos a serem treinados, uma camada de compressão foi usada entre as camadas de entrada e escondida. A rede foi treinada para predizer o próximo fone em uma palavra, a partir de um conjunto de treinamento que incluía apenas substantivos trissilábicos paroxítonos (num total de palavras). Os fones que constituíam cada palavra eram apresentados à rede um a um; ao fim de cada palavra, a camada de ativação era zerada. Os fones foram codificados como 35 vetores ortogonais, de forma que nehuma informação fonética era fornecida à rede nem mesmo informação relativa às fronteiras de sílaba. 2. Procedimentos de Análise Depois do treinamento, dois procedimentos foram usados para testar o desempenho da rede. Primeiro, as ativações desenvolvidas pelas unidades da camada escondida para cada um dos 35 fones (isoladamente) usados na simulação foram estudados com a ferramenta estatística da análise de clusters. Este é um procedimento que verifica quanto conhecimento fonético a rede é capaz de capturar (probabilisticamente), unicamente a partir dos viéses distribucionais incorporados no léxico. Em seguida, para investigar se a rede é capaz de capturar a dinâmica que controla harmonia e contorno, estudamos as ativações das unidades escondidas à medida em que os fones eram apresentados à rede. Neste segundo procedimento, centrado apenas na transição entre pré-tônicas e tônicas, três tipos de seqüências de fones foram usados. Dois deles foram conjuntos de logatomas (/pv.! #"%$& (')*,+ -)./ :;6<,6=> todas as vogais pré-tônicas (i,e,a,o,u) e as tônicas (i,e,?,a,@,o,u), e foram planejados para controlar o efeito das consoantes sobre a transição entre as vogais. O terceiro consistiu em 12 substantivos trissílabos paróxitonos, nunca antes apresentados para a rede, e que foram planejados para maximizar seja a harmonia seja o contorno na transição entre as vogais sob estudo. Usando a ferramenta estatística da análise de componentes principais, investigamos o espaço das ativações das unidades da camada escondida, procurando pelas dimensões em que o espaço dos componentes principais discriminasse entre harmonia e contorno. 3. Resultados `)dfew_g hgg O estudo das ativações das 35 unidades da camada escondida, através de uma análise de clusters hierárquicos, mostra que, mesmo sem dispor de informação sobre propriedades fonéticas em sua camada de entrada, a rede foi capaz de adquirir significativo conhecimento fonético apenas com base nos viéses distribucionais incorporados no léxico. Por exemplo, na Figura 2 1 fica claro que a rede (i) diferencia correntamente entre vogais e consoantes e (ii) distingue, consistentemente, vogais átonas de tônicas. No campo dos segmentos consonantais, contudo, o comportamento da rede é, visivelmente, menos estruturado. 1 Devido a restrições do programa estatístico, não é possível usar as convenções IPA na geração dos gráficos.

3 Edson FRANÇOZO, Orlando Bisacchi COELHO, Eleonora Cavalcante ALBANO, Laudino ROCES, Pablo ARANTES & Renato BASSO 443 Figura 2 Representações dos fones na camada escondida, a partir da análise de clusters hierárquicos. Por outro lado, já que estamos interessados em modelar um fenômeno dinâmico, é necessário utilizar uma ferramenta de análise que nos ajude a entender o que ocorre ao longo das transições entre fones. A análise de componentes principais, aplicada aos vetores de ativação das unidades da camada escondida da rede, permite identificar as dimensões que melhor representam 2 as relações temporais entre fones. A análise do espaço de representação, no nível das ativações das unidades da camada escondida, mostra que alguns dos componentes principais são capazes de codificar informações relativas a harmonia e contorno. Por exemplo, as trajetórias associadas às transições no sub-espaço coberto pelo quinto (PC 5) e pelo décimo (PC 10) componentes (veja a Figura 3) quando a rede processa logatomas formados com /p/ mostram que a dinâmica para harmonia é oposta à relacionada ao contorno. 2 No sentido conexionista de representação distribuída.

4 444 SIMULANDO A DINÂMICA DA TRANSIÇÃO V-V Figura 3 Dinâmica de harmonia e contorno em PC 5 e PC 10 para logatomas em /p/. Examinando-se agora a transição V-V em certos componentes pricipais, pode-se notar que o componente principal 6 (PC 6), que codifica harmonia, é influenciado pela consoante do logatoma nas Figuras 4a-4d estão representadas as transições entre as pré-tônicas (marcadas como V1) e as tônicas (V2) nos componentes PC6 e PC 1. Figura 4a Transição entre V1 e V2 em PC 6 e PC 1 para logatomas em /p/.

5 Edson FRANÇOZO, Orlando Bisacchi COELHO, Eleonora Cavalcante ALBANO, Laudino ROCES, Pablo ARANTES & Renato BASSO 445 Figura 4b Transição entre V1 e V2 em PC 6 e PC 1 para logatomas em /p/. Compare, nas Figuras 4a e 4b, o comportamento da harmonia e do contorno em PC 6 e PC 1 com logatomas formados a partir de /p/ e o comportamento, nas Figuras 4c e 4d, da mesma dinâmica com logatomas formados a partir de /g/: claramente, a trajetória de harmonia muda junto com a vogal. Por outro lado, a codificação de contorno em PC 6 e tanto a de contorno quanto a de harmonia em PC 1 não se alteram devido à mudança da consoante. Figura 4c Transição entre V1 e V2 em PC 6 e PC 1 para logatomas em /g/

6 446 SIMULANDO A DINÂMICA DA TRANSIÇÃO V-V Figura 4d Transição entre V1 e V2 em PC 6 e PC 1 para logatomas em /g/ Vejamos agora uma situação diferente. As Figuras 5a-5d ilustram a dinâmica da rede quando testada com palavras do PB que não pertencem ao conjunto daquelas usadas no treinamento. A codificação de harmonia nos substantivos, em PC 5, é robusta isto é, não se altera pela mudança da palavra. O mesmo não pode ser dito para a codificação de contorno em PC 5 ou a codificação de ambas as restrições em PC 10. Figura 5a Transições entre V1 e V2 em PC 5 e PC 10 para o par fachada/devoto.

7 Edson FRANÇOZO, Orlando Bisacchi COELHO, Eleonora Cavalcante ALBANO, Laudino ROCES, Pablo ARANTES & Renato BASSO 447 Figura 5b Transições entre V1 e V2 em PC 5 e PC 10 para o par fachada/dureza. Note que o sentido e a direção da reta que representa a transição de harmonia em PC 5, nas Figuras 5c e 5d são os mesmos que nas Figuras 5a e 5b, embora abaixo se representa a dinâmica de harmonia de um par diferente de vogais (e/e contra a/a). Figura 5c Transições entre V1 e V2 em PC 5 e PC 10 para o par defesa/devoto.

8 448 SIMULANDO A DINÂMICA DA TRANSIÇÃO V-V Figura 5d Transições entre V1 e V2 em PC 5 e PC 10 para o par defesa/dureza. Esses dados mostram, pois, que a análise de componentes principais é capaz de codificar aspectos relevantes da fonotaxe envolvida na transição entre pré-tônicas e tônicas em português brasileiro, a saber, a discriminação entre harmonia e contorno, sem que tais aspectos tenham sido explicitamente codificados ou marcados no conjunto de treinamento. Conclusão Uma boa maneira de descrever fenômenos fonotáticos é através de viéses não categoriais, probabilísticos, incorporados ao léxico como restrições que operam sobre as formas lexicais. Esses viéses são propriedades emergentes da operação de um conjunto de sistemas dinâmicos que dão forma ao comportamento lingüístico. Portanto, compreender a fonotaxe, da mesma forma que a cognição em geral, depende de adotar um ponto-de-vista dinâmico (Port & van Gelder 1995). O presente trabalho dá suporte à visão de que a estrutura superficial de uma lingua dispõe de informação rica o suficiente, incorporada no léxico, para permitir que uma rede conexionista dinâmica extraia a informação necessária para desempenhar várias tarefas lingüísticas (Elman et al. 1996). Nesse quadro não é de surpreender que a informação fonotática seja incorporada ao léxico por meio de viéses distribucionais, uma vez que a formação do léxico e a cristalização da fonotaxe podem ser vistos como processos que se desenvolvem conjunta e simultaneamente. RESUMO: O presenta trabalho apresenta o modelamento conexionista de um aspecto da fonotaxe da transição entre pré-tônicas e tônicas, isto é, a tendência de as vogais compartilharem ou evitarem a repetição de propriedades fônicas, chamadas de harmonia e princípio do contorno obrigatório (OCP), respectivamente. A simulação aqui apresentada mostra que uma rede recorrente simples é capaz de discriminar a dinâmica de harmonia daquela de OCP. PALAVRAS-CHAVE: conexionismo; rede recorrente simples; cognição; fonotaxe; harmonia; OCP. AGRADECIMENTOS. Pesquisa financiada pela FAPESP (01/ ). Agradecemos a contribuição, a este trabalho, de Beatriz R. de Medeiros, Leonardo C. F. de Oliveira e vários amigos do LAFAPE/IEL/UNICAMP.

9 Edson FRANÇOZO, Orlando Bisacchi COELHO, Eleonora Cavalcante ALBANO, Laudino ROCES, Pablo ARANTES & Renato BASSO 449 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBANO, Eleonora Cavalcante O gesto e suas bordas. Campinas, Mercado de Letras, 2001a. ALBANO, Eleonora Cavalcante. É possível integrar o discreto e o contínuo em um modelo de produção do rítmo da fala? Cadernos de Estudos Lingüísticos, 40: 29-38, 2001b. ALBANO, Eleonora Cavalcante. V-to-V phonotactics, syllable structure, and morphological productivity. Abstracts of the Eighth Conference on Laboratory Phonology ELMAN, Jay L. Language as a dynamical system. In R. F. Port & T. van Gelder (Eds.), Mind as motion. Cambridge, MA: The MIT Press, ELMAN, Jeff L., BATES, Elizabeth.A., JOHNSON, Mark H., KARMILLOF-SMITH, Annete., PARISI Domenico. & PLUNKETT, Kim. Rethinking innateness. Cambridge, MA: The MIT Press, MCCLELLAND, J.L. & RUMELHART, D.E. (Eds.) Parallel Distributed Distributed, Vol. 2. Cambridge, MA: The MIT Press, PORT, Robert.P. & van GELDER, Tim. (Eds.) Mind as motion. Cambridge, MA: The MIT Press, RUMELHART D.E. & MCCLELLAND, J.L. (Eds.) Parallel Distributed Distributed, Vol 1. Cambridge, MA: The MIT Press, 1986.