导读:很多朋友问到关于人工智能情感测量在哪里的相关问题,本文首席CTO笔记就来为大家做个详细解答,供大家参考,希望对大家有所帮助!一起来看看吧!
关于人工智能是否有感情?
人工智能现在没有感情,但是人工智能是可以拥有感情的。
我们所认为的感情一般都是内心感受到的喜怒哀乐,是一种高级的动物才能拥有的反应,一般是通过外界刺激使我们体内分泌激素,最后我们能感受到感情,比如你悲伤的时候,肾上腺素这些都会有变化,让你感受到悲伤的这种感觉,快乐的时候激素分泌也会有变化,让你感受到快乐。
我们总会认为机器是不会有感情的,因为它没有心智,不过我们刚才说了感情和感受的产生是可以根据刺激-反应来调节或者控制,如果我们给机器设置一个遇到外界刺激之后的反应,机器表现出这个反应之后,其实和我们表现出的“感情”是差不多的。
比如我们在接受夸奖“你真棒”之后,感受到的是正面的刺激,会让我们觉得开心,而开心的表现之一就是微笑,同样,在机器人听到“你真棒”之后,也可以表现出开心的举动,这算不算是机器人的感情呢?
还有另一个问题,是如何判断人工智能是否真正有情感,因为通过统计的方式,我们可以让人工智能模拟人的行为,但是我们不认为这种模拟背后有真正的情感。这似乎只有对比了人的情感模式和人工智能的程序之后,我们才有可能判断一个人工智能是不是真正拥有情感。
但是由于我们几乎对于人脑是怎么产生情感的一无所知,所以就算我们有一天创造出来了一个真正意义上拥有情感的人工智能,我们似乎也很难论证它真正拥有情感,除非这个东西本身就是通过模拟人脑的结构做出来的。
人工智能能体现人类的感情吗?
沿智能这条路走下去,是永远不会有情感的,因为两者根本不是一回事。
在心理学上,智能是认知和加工信息的能力,主要靠神经元中电信号来完成。情感的基础是情绪,是由生物化学过程形成的生理驱动力。两者在生理基础上就不一样。前者永远不产生后者,只是影响后者。
举个例子,你家里电脑的运算速度比人类第一台计算机快了不知道多少个数量级。甚至你手机的运算速度都远远快于十年前你的家用电脑,但是你会害怕它们造反吗?肯定不会。不过,一只蚊子飞过你面前,你会毫不犹豫拍死它!
并不是蚊子的智力有多高,而是它有生存欲望。它要把卵产在你的血液里,从而给你传染疾病。这里面没有什么智力因素,只受简单的生存欲望支配。
在心理学看来,人的基本情绪只有那么几种:生理欲望获得满足时会愉快,得不到满足时会痛苦,面临危险时会恐惧,行为遇到挫折时会愤怒。在爬行动物身上,已经能找到这几种基本情绪的影子。哺乳动物基本都有这几种基本情绪。
发展到人类,孩子一出生就有这几种基本情绪,这时候他还没有什么智力。随着年纪增加,这些基本情绪与复杂的知识相融合,形成了高级情感。比如“尴尬”这种情感婴幼儿就不会有,需要人际环境方面的知识。但那几条基本情绪——乐、痛、恐、怒,总是最有力的。
某种意义上讲,情绪和自我是一回事,没有自我也就没有情绪,有自我必然有情绪。而自我产生于动物个体的生存动力——我得活下去!我得寻找食物,我要获得安全,我要繁殖后代。如果智能高,可以让动物个体更好地完成这些任务,但是智能并不启动这些任务。动物和婴儿不是因为学了什么知识才懂得要寻找食物。
所以,科幻小说中人工智能因为太聪明而拥有自我,那是不会实现的。
回到人工智能上来,如果我们给机器人或者计算机输入这样的程序——从现在开始你得自己寻找能源,寻找零配件,不再有技术人员给你维护。从这一刻起它就有了自我,会主动地追求什么,避开什么,也算是有了情绪。
这与智能高低完全无关,是将生存问题赋予人工智能。当然,我想不出人类工程师为什么会做这种事,所以人工智能会一直乖乖地为人服务。
人工智能技术应用:情感分析概述
与其他的人工智能技术相比,情感分析(Sentiment Analysis)显得有些特殊,因为其他的领域都是根据客观的数据来进行分析和预测,但情感分析则带有强烈的个人主观因素。情感分析的目标是从文本中分析出人们对于实体及其属性所表达的情感倾向以及观点,这项技术最早的研究始于2003年Nasukawa和Yi两位学者的关于商品评论的论文。
随着推特等社交媒体以及电商平台的发展而产生大量带有观点的内容,给情感分析提供了所需的数据基础。时至今日,情感识别已经在多个领域被广泛的应用。例如在商品零售领域,用户的评价对于零售商和生产商都是非常重要的反馈信息,通过对海量用户的评价进行情感分析,可以量化用户对产品及其竞品的褒贬程度,从而了解用户对于产品的诉求以及自己产品与竞品的对比优劣。在社会舆情领域,通过分析大众对于社会热点事件的点评可以有效的掌握舆论的走向。在企业舆情方面,利用情感分析可以快速了解社会对企业的评价,为企业的战略规划提供决策依据,提升企业在市场中的竞争力。在金融交易领域,分析交易者对于股票及其他金融衍生品的态度,为行情交易提供辅助依据。
目前,绝大多数的人工智能开放平台都具备情感分析的能力,如图所示是玻森中文语义开放平台的情感分析功能演示,可以看出除了通用领域的情感分析外,还有汽车、厨具、餐饮、新闻和微博几个特定领域的分析。
那么到底什么是情感分析呢?从自然语言处理技术的角度来看,情感分析的任务是从评论的文本中提取出评论的实体,以及评论者对该实体所表达的情感倾向,自然语言所有的核心技术问题,例如:词汇语义,指代消解,此役小气,信息抽取,语义分析等都会在情感分析中用到。因此,情感分析被认为是一个自然语言处理的子任务,我们可以将人们对于某个实体目标的情感统一用一个五元组的格式来表示:(e,a,s,h,t)
以图为例,e是指某餐厅,a为该餐厅的性价比属性,s是对该餐厅的性价比表示了褒义的评价,h为发表评论者本人,t是19年7月27日。所以这条评论的情感分析可以表示为五元组(某餐厅,性价比,正向褒义,评论者,19年7月27日)。
情感分析根据处理文本颗粒度的不同,大致可以分为三个级别的任务,分别是篇章级、句子级和属性级。我们分别来看一下。
1. 篇章级情感分析
篇章级情感分析的目标是判断整篇文档表达的是褒义还是贬义的情感,例如一篇书评,或者对某一个热点时事新闻发表的评论,只要待分析的文本超过了一句话的范畴,即可视为是篇章级的情感分析。
对于篇章级的情感分析而言有一个前提假设,那就是全篇章所表达的观点仅针对一个单独的实体e,且只包含一个观点持有者h的观点。这种做法将整个文档视为一个整体,不对篇章中包含的具体实体和实体属性进行研究,使得篇章级的情感分析在实际应用中比较局限,无法对一段文本中的多个实体进行单独分析,对于文本中多个观点持有者的观点也无法辨别。
例如评价的文本是:“我觉得这款手机很棒。”评价者表达的是对手机整体的褒义评价,但如果是:“我觉得这款手机拍照功能很不错,但信号不是很好”这样的句子,在同一个评论中出现了褒义词又出现了贬义词,篇章级的分析是无法分辨出来的,只能将其作为一个整体进行分析。
不过好在有很多的场景是不需要区分观点评价的实体和观点持有者,例如在商品评论的情感分析中,可以默认评论的对象是被评论的商品,评论的观点持有者也是评论者本人。当然,这个也需要看被评论的商品具体是什么东西,如果是亲子旅游这样的旅游服务,那么评论中就很有可能包含一个以上的观点持有者。
在实际工作中,篇章级的情感分析无法满足我们对于评价更细致,如果需要对评论进行更精确,更细致的分析,我们需要拆分篇章中的每一句话,这就是句子级的情感分析研究的问题。
2. 句子级情感分析
与篇章级的情感分析类似,句子级的情感分析任务是判断一个句子表达的是褒义还是贬义的情感,虽然颗粒度到了句子层级,但是句子级分析与篇章级存在同样的前提假设是,那就是一个句子只表达了一个观点和一种情感,并且只有一个观点持有人。如果一个句子中包含了两种以上的评价或多个观点持有人的观点,句子级的分析是无法分辨的。好在现实生活中,绝大多数的句子都只表达了一种情感。
既然句子级的情感分析在局限性上与篇章级是一样的,那么进行句子级的情感分析意义何在呢?关于这个问题,需要先解释一下语言学上主观句与客观句的分别。在我们日常用语当中,根据语句中是否带有说话人的主观情感可以将句子分为主观句和客观句,例如:“我喜欢这款新手机。”就是一个主观句,表达了说话人内心的情感或观点,而:“这个APP昨天更新了新功能。”则是一个客观句,陈述的是一个客观事实性信息,并不包含说话人内心的主观情感。通过分辨一个句子是否是主观句,可以帮助我们过滤掉一部分不含情感的句子,让数据处理更有效率。
但是在实操过程中,我们会发现这样的分类方法似乎并不是特别准确,因为一个主观句也可能没有表达任何的情感信息,知识表达了期望或者猜测,例如:“我觉得他现在已经在回家的路上了。”这句话是一个主观句,表达了说话人的猜测,但是并没有表达出任何的情感。而客观句也有可能包含情感信息,表明说话者并不希望这个事实发生,例如:“昨天刚买的新车就被人刮花了。”这句话是一个客观句,但结合常识我们会发现,这句话中其实是包含了说话人的负面情感。
所以,仅仅对句子进行主客观的分类还不足以达到对数据进行过滤的要求,我们需要的是对句子是否含有情感信息进行分类,如果一个句子直接表达或隐含了情感信息,则认为这个句子是含有情感观点的,对于不含情感观点的句子则可以进行过滤。目前对于句子是否含有情感信息的分类技术大多都是采用有监督的学习算法,这种方法需要大量的人工标注数据,基于句子特征来对句子进行分类。
总之,我们可以将句子级的情感分析分成两步,第一步是判断待分析的句子是否含有观点信息,第二步则是针对这些含有观点信息的句子进行情感分析,发现其中情感的倾向性,判断是褒义还是贬义。关于分析情感倾向性的方法与篇章级类似,依然是可以采用监督学习或根据情感词词典的方法来处理,我们会在后续的小节详细讲解。
句子级的情感分析相较于篇章级而言,颗粒度更加细分,但同样只能判断整体的情感,忽略了对于被评价实体的属性。同时它也无法判断比较型的情感观点,例如:“A产品的用户体验比B产品好多了。”对于这样一句话中表达了多个情感的句子,我们不能将其简单的归类为褒义或贬义的情感,而是需要更进一步的细化颗粒度,对评价实体的属性进行抽取,并将属性与相关实体之间进行关联,这就是属性级情感分析。
3. 属性级情感分析
上文介绍的篇章级和句子级的情感分析,都无法确切的知道评价者喜欢和不喜欢的具体是什么东西,同时也无法区分对某一个被评价实体的A属性持褒义倾向,对B属性却持贬义倾向的情况。但在实际的语言表达中,一个句子中可能包含了多个不同情感倾向的观点,例如:“我喜欢这家餐厅的装修风格,但菜的味道却很一般。”类似于这样的句子,很难通过篇章级和句子级的情感分析了解到对象的属性层面。
为了在句子级分析的基础上更加细化,我们需要从文本中发现或抽取评价的对象主体信息,并根据文本的上下文判断评价者针对每一个属性所表达的是褒义还是贬义的情感,这种就称之为属性级的情感分析。属性级的情感分析关注的是被评价实体及其属性,包括评价者以及评价时间,目标是挖掘与发现评论在实体及其属性上的观点信息,使之能够生成有关目标实体及其属性完整的五元组观点摘要。具体到技术层面来看,属性级的情感分析可以分为以下6个步骤:
关于文本中的实体抽取和指代消解问题,我们已经在知识图谱的相关章节中做了介绍,这里就不再赘述。针对篇章级、句子级、属性级这三种类型的情感分析任务,人们做了大量的研究并提出了很多分类的方法,这些方法大致可以分为基于词典和基于机器学习两种,下面我们进行详细的讲解。
做情感分析离不开情感词,情感词是承载情感信息最基本的单元,除了基本的词之外,一些包含了情感含义的短语和成语我们也将其统称为情感词。基于情感词典的情感分析方法,主要是基于一个包含了已标注的情感词和短语的词典,在这个词典中包括了情感词的情感倾向以及情感强度,一般将褒义的情感标注为正数,贬义的情感标注为负数。
具体的步骤如图所示,首先将待分析的文本先进行分词,并对分词后的结果做去除停用词和无用词等文本数据的预处理。然后将分词的结果与情感词典中的词进行匹配,并根据词典标注的情感分对文本进行加法计算,最终的计算结果如果为正则是褒义情感,如果为负则是贬义情感,如果为0或情感倾向不明显的得分则为中性情感或无情感。
情感词典是整个分析流程的核心,情感词标注数据的好坏直接决定了情感分类的结果,在这方面可以直接采用已有的开源情感词典,例如BosonNLP基于微博、新闻、论坛等数据来源构建的情感词典,知网(Hownet)情感词典,台湾大学简体中文情感极性词典(NTSUSD),snownlp框架的词典等,同时还可以使用哈工大整理的同义词词林拓展词典作为辅助,通过这个词典可以找到情感词的同义词,拓展情感词典的范围。
当然,我们也可以根据业务的需要来自己训练情感词典,目前主流的情感词词典有三种构建方法:人工方法、基于字典的方法和基于语料库的方法。对于情感词的情感赋值,最简单的方法是将所有的褒义情感词赋值为+1,贬义的情感词赋值为-1,最后进行相加得出情感分析的结果。
但是这种赋值方式显然不符合实际的需求,在实际的语言表达中,存在着非常多的表达方式可以改变情感的强度,最典型的就是程度副词。程度副词分为两种,一种是可以加强情感词原本的情感,这种称之为情感加强词,例如“很好”相较于“好”的情感程度会更强烈,“非常好”又比“很好”更强。另外一种是情感减弱词,例如“没那么好”虽然也是褒义倾向,但情感强度相较于“好”会弱很多。如果出现了增强词,则需要在原来的赋值基础上增加情感得分,如果出现了减弱词则需要减少相应的情感得分。
另一种需要注意的情况是否定词,否定词的出现一般会改变情感词原本的情感倾向,变为相反的情感,例如“不好”就是在“好”前面加上了否定词“不”,使之变成了贬义词。早期的研究会将否定词搭配的情感词直接取相反数,即如果“好”的情感倾向是+1,那么“不好”的情感倾向就是-1。但是这种简单粗暴的规则无法对应上真实的表达情感,例如“太好”是一个比“好”褒义倾向更强的词,如果“好”的值为+1,那么“太好”可以赋值为+3,加上否定词的“不太好”变成-3则显然有点过于贬义了,将其赋值为-1或者-0.5可能更合适。
基于这种情况,我们可以对否定词也添加上程度的赋值而不是简单的取相反数,对于表达强烈否定的词例如“不那么”赋值为±4,当遇到与褒义词的组合时褒义词则取负数,与贬义词的组合则取正数,例如贬义词“难听”的赋值是-3,加上否定词变成“不那么难听”的情感得分就会是(-3+4=1)。
第三种需要注意的情况是条件词,如果一个条件词出现在句子中,则这个句子很可能不适合用来做情感分析,例如“如果我明天可以去旅行,那么我一定会非常开心。”,在这句话中有明显的褒义情感词,但是因为存在条件词“如果”,使得这个句子的并没有表达观点持有者的真实情感,而是一种假设。
除了条件句之外,还有一种语言表达也是需要在数据预处理阶段进行排除的,那就是疑问句。例如“这个餐厅真的有你说的那么好吗?”,虽然句子中出现了很强烈的褒义情感词“那么好”,但依然不能将它分类为褒义句。疑问句通常会有固定的结尾词,例如“……吗?”或者“……么?”,但是也有的疑问句会省略掉结尾词,直接使用标点符号“?”,例如“你今天是不是不开心?”,这个句子中含有否定词和褒义词组成的“不开心”,但不能将其分类为贬义情感。
最后一种需要注意的情况是转折词,典型词是“但是”,出现在转折词之前的情感倾向通常与转折词之后的情感倾向相反,例如:“我上次在这家酒店的住宿体验非常好,但是这次却让我很失望。”在这个转折句中,转折词之前的“非常好”是一个很强的褒义词,但真实的情感表达却是转折词之后的“很失望”,最终应该将其分类为贬义情感。当然,也存在出现了转折词,但语句本身的情感并没有发生改变的情况,例如“你这次考试比上次有了很大的进步,但是我觉得你可以做得更好”,这里的转折词没有转折含义,而是一种递进含义。在实际操作中,我们所以需要先判断转折句真实的情感表达到底是哪个,才能进行正确的分析计算。
构建情感词典是一件比较耗费人工的事情,除了上述需要注意的问题外,还存在精准度不高,新词和网络用语难以快速收录进词典等问题。同时基于词典的分析方法也存在很多的局限性,例如一个句子可能出现了情感词,但并没有表达情感。或者一个句子不含任何情感词,但却蕴含了说话人的情感。以及部分情感词的含义会随着上下文语境的变化而变化的问题,例如“精明”这个词可以作为褒义词夸奖他人,也可以作为贬义词批评他人。
尽管目前存在诸多问题,但基于字典的情感分析方法也有着不可取代的优势,那就是这种分析方法通用性较强,大多数情况下无需特别的领域数据标注就可以分析文本所表达的情感,对于通用领域的情感分析可以将其作为首选的方案。
我们在机器学习算法的章节介绍过很多分类算法,例如逻辑回归、朴素贝叶斯、KNN等,这些算法都可以用于情感识别。具体的做法与机器学习一样需要分为两个步骤,第一步是根据训练数据构建算法模型,第二步是将测试数据输入到算法模型中输出对应的结果,接下来做具体的讲解。
首先,我们需要准备一些训练用的文本数据,并人工给这些数据做好情感分类的标注,通常的做法下,如果是褒义和贬义的两分类,则褒义标注为1,贬义标注为0,如果是褒义、贬义和中性三分类,则褒义标注为1,中性标注为0,贬义标注为-1.
在这一环节中如果用纯人工方法来进行标注,可能会因为个人主观因素对标注的结果造成一定影响,为了避免人的因素带来的影响,也为了提高标注的效率,有一些其他取巧的方法来对数据进行自动标注。比如在电商领域中,商品的评论除了文本数据之外通常还会带有一个5星的等级评分,我们可以根据用户的5星评分作为标注依据,如果是1-2星则标注为贬义,如果是3星标注为中性,4-5星标注为褒义。又比如在社区领域中,很多社区会对帖子有赞和踩的功能,这一数据也可以作为情感标注的参考依据。
第二步是将标注好情感倾向的文本进行分词,并进行数据的预处理,前文已经对分词有了很多的介绍,这里就不再过多的赘述。第三步是从分词的结果中标注出具备情感特征的词,这里特别说一下,如果是对情感进行分类,可以参考情感词典进行标注,也可以采用TF-IDF算法自动抽取出文档的特征词进行标注。如果分析的是某个特定领域的,还需要标注出特定领域的词,例如做商品评价的情感分析,需要标注出商品名称,品类名称,属性名称等。第四步根据分词统计词频构建词袋模型,形成特征词矩阵,如表所示。在这一步可以根据业务需要给每个特征词赋予权重,并通过词频乘以权重得到特征词分数。最后一步就是根据分类算法,将特征词矩阵作为输入数据,得到最终的分类模型。
当训练好分类模型之后,就可以对测试集进行分类了,具体的流程与建模流程类似,先对测试的文本数据进行分词并做数据预处理,然后根据特征词矩阵抽取测试文本的特征词构建词袋矩阵,并将词袋矩阵的词频数据作为输入数据代入之前训练好的模型进行分类,得到分类的结果。
采用基于机器学习的方法进行情感分析有以下几个不足之处,第一是每一个应用领域之间的语言描述差异导致了训练得到的分类模型不能应用与其他的领域,需要单独构建。第二是最终的分类效果取决于训练文本的选择以及正确的情感标注,而人对于情感的理解带有主观性,如果标注出现偏差就会对最终的结果产生影响。
除了基于词典和基于机器学习的方法,也有一些学者将两者结合起来使用,弥补两种方法的缺点,比单独采用一种方法的分类效果要更好,另外,也有学者尝试使用基于LSTM等深度学习的方法对情感进行分析,相信在未来,情感分析会应用在更多的产品中,帮助我们更好的理解用户需求,提升用户使用智能产品的体验。
随着深度神经网络等算法的应用,情感分析的研究方向已经有了非常大的进展,但依然存在着一些难题是目前尚未解决的,在实操过程中需特别注意以下几种类型数据:
情绪轮在用户体验设计上被广泛的应用,很多情感化设计都是基于情绪轮进行的。但是在人工智能领域,将情绪进行多分类比情感分析的三分类任务要难得多,目前大多数分类方法的结果准确性都不到50%。这是因为情绪本身包含了太多的类别,而且不同的类别之间又可能具有相似性,一个情绪词在不同的语境下有可能表达的是不同的情绪类别,算法很难对其进行分类。即使是人工对文本进行情绪类别标注也往往效果不佳,因为情绪是非常主观性的,不同的人对不同的文本可能产生不同的理解,这使得人工标注情绪类比的过程异常困难。如何让机器可以理解真实的情绪目前还是一个未能攻克的难题。
情感计算的人机交互中的“情感计算”
传统的人机交互,主要通过键盘、鼠标、屏幕等方式进行,只追求便利和准确,无法理解和适应人的情绪或心境。而如果缺乏这种情感理解和表达能力,就很难指望计算机具有类似人一样的智能,也很难期望人机交互做到真正的和谐与自然。由于人类之间的沟通与交流是自然而富有感情的,因此,在人机交互的过程中,人们也很自然地期望计算机具有情感能力。情感计算(Affective Computting)就是要赋予计算机类似于人一样的观察、理解和生成各种情感特征的能力,最终使计算机像人一样能进行自然、亲切和生动的交互。 有关人类情感的深入研究,早在19世纪末就进行了。然而,除了科幻小说当中,过去极少有人将“感情”和无生命的机器联系在一起。只有到了现代,随着数字信息技术的发展,人们才开始设想让机器(计算机)也具备“感情”。从感知信号中提取情感特征,分析人的情感与各种感知信号的关联,是国际上近几年刚刚兴起的研究方向(图1)。
人的情绪与心境状态的变化总是伴随着某些生理特征或行为特征的起伏,它受到所处环境、文化背景、人的个性等一系列因素的影响。要让机器处理情感,我们首先必须探讨人与人之间的交互过程。那么人是如何表达情感,又如何精确地觉察到它们的呢?人们通过一系列的面部表情、肢体动作和语音来表达情感,又通过视觉、听觉、触觉来感知情感的变化。视觉察觉则主要通过面部表情、姿态来进行;语音、音乐则是主要的听觉途径;触觉则包括对爱抚、冲击、汗液分泌、心跳等现象的处理。
情感计算研究的重点就在于通过各种传感器获取由人的情感所引起的生理及行为特征信号,建立“情感模型”,从而创建感知、识别和理解人类情感的能力,并能针对用户的情感做出智能、灵敏、友好反应的个人计算系统,缩短人机之间的距离,营造真正和谐的人机环境(图2)。 在生活中,人们很难保持一种僵硬的脸部表情,通过脸部表情来体现情感是人们常用的较自然的表现方式,其情感表现区域主要包括嘴、脸颊、眼睛、眉毛和前额等。人在表达情感时,只稍许改变一下面部的局部特征(譬如皱一下眉毛),便能反映一种心态。在1972年,著名的学者Ekman提出了脸部情感的表达方法(脸部运动编码系统FACS)。通过不同编码和运动单元的组合,即可以在脸部形成复杂的表情变化,譬如幸福、愤怒、悲伤等。该成果已经被大多数研究人员所接受,并被应用在人脸表情的自动识别与合成(图3)。
随着计算机技术的飞速发展,为了满足通信的需要,人们进一步将人脸识别和合成的工作融入到通信编码中。最典型的便是MPEG4 V2视觉标准,其中定义了3个重要的参数集:人脸定义参数、人脸内插变换和人脸动画参数。表情参数中具体数值的大小代表人激动的程度,可以组合多种表情以模拟混合表情。
在目前的人脸表情处理技术中,多侧重于对三维图像的更加细致的描述和建模。通常采用复杂的纹理和较细致的图形变换算法,达到生动的情感表达效果。在此基础上,不同的算法形成了不同水平的应用系统(图4,图5) 人的姿态一般伴随着交互过程而发生变化,它们表达着一些信息。例如手势的加强通常反映一种强调的心态,身体某一部位不停地摆动,则通常具有情绪紧张的倾向。相对于语音和人脸表情变化来说,姿态变化的规律性较难获取,但由于人的姿态变化会使表述更加生动,因而人们依然对其表示了强烈的关注。
科学家针对肢体运动,专门设计了一系列运动和身体信息捕获设备,例如运动捕获仪、数据手套、智能座椅等。国外一些著名的大学和跨国公司,例如麻省理工学院、IBM等则在这些设备的基础上构筑了智能空间。同时也有人将智能座椅应用于汽车的驾座上,用于动态监测驾驶人员的情绪状态,并提出适时警告。意大利的一些科学家还通过一系列的姿态分析,对办公室的工作人员进行情感自动分析,设计出更舒适的办公环境。 在人类的交互过程中,语音是人们最直接的交流通道,人们通过语音能够明显地感受到对方的情绪变化,例如通过特殊的语气词、语调发生变化等等。在人们通电话时,虽然彼此看不到,但能从语气中感觉到对方的情绪变化。例如同样一句话“你真行”,在运用不同语气时,可以使之成为一句赞赏的话,也可以使之成为讽刺或妒忌的话。
目前,国际上对情感语音的研究主要侧重于情感的声学特征的分析这一方面。一般来说,语音中的情感特征往往通过语音韵律的变化表现出来。例如,当一个人发怒的时候,讲话的速率会变快,音量会变大,音调会变高等,同时一些音素特征(共振峰、声道截面函数等)也能反映情感的变化。中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室的专家们针对语言中的焦点现象,首先提出了情感焦点生成模型。这为语音合成中情感状态的自动预测提供了依据,结合高质量的声学模型,使得情感语音合成和识别率先达到了实际应用水平。 虽然人脸、姿态和语音等均能独立地表示一定的情感,但人在相互交流的过程中却总是通过上面信息的综合表现来进行的。所以,惟有实现多通道的人机界面,才是人与计算机最为自然的交互方式,它集自然语言、语音、手语、人脸、唇读、头势、体势等多种交流通道为一体,并对这些通道信息进行编码、压缩、集成和融合,集中处理图像、音频、视频、文本等多媒体信息。
目前,多模态技术本身也正在成为人机交互的研究热点,而情感计算融合多模态处理技术,则可以实现情感的多特征融合,能够有力地提高情感计算的研究深度,并促使出现高质量、更和谐的人机交互系统。
在多模态情感计算研究中,一个很重要的研究分支就是情感机器人和情感虚拟人的研究。美国麻省理工学院、日本东京科技大学、美国卡内基·梅隆大学均在此领域做出了较好的演示系统。目前中科院自动化所模式识别国家重点实验室已将情感处理融入到了他们已有的语音和人脸的多模态交互平台中,使其结合情感语音合成、人脸建模、视位模型等一系列前沿技术,构筑了栩栩如生的情感虚拟头像,并正在积极转向嵌入式平台和游戏平台等实际应用(图6)。 情感状态的识别和理解,则是赋予计算机理解情感并做出恰如其分反应的关键步骤。这个步骤通常包括从人的情感信息中提取用于识别的特征,例如从一张笑脸中辨别出眉毛等,接着让计算机学习这些特征以便日后能够准确地识别其情感。
为了使计算机更好地完成情感识别任务,科学家已经对人类的情感状态进行了合理而清晰的分类,提出了几类基本情感。目前,在情感识别和理解的方法上运用了模式识别、人工智能、语音和图像技术的大量研究成果。例如:在情感语音的声学分析的基础上,运用线性统计方法和神经网络模型,实现了基于语音的情感识别原型;通过对面部运动区域进行编码,采用HMM等不同模型,建立了面部情感特征的识别方法;通过对人姿态和运动的分析,探索肢体运动的情感类别等等。
不过,受到情感信息的捕获技术的影响,并缺乏大规模的情感数据资源,有关多特征融合的情感理解模型的研究还有待深入。随着未来的技术进展,还将提出更有效的机器学习机制。 情感计算与智能交互技术试图在人和计算机之间建立精确的自然交互方式,将会是计算技术向人类社会全面渗透的重要手段。未来随着技术的不断突破,情感计算的应用势在必行,其对未来日常生活的影响将是方方面面的,目前我们可以预见的有:
情感计算将有效地改变过去计算机呆板的交互服务,提高人机交互的亲切性和准确性。一个拥有情感能力的计算机,能够对人类的情感进行获取、分类、识别和响应,进而帮助使用者获得高效而又亲切的感觉,并有效减轻人们使用电脑的挫败感,甚至帮助人们便于理解自己和他人的情感世界。
它还能帮助我们增加使用设备的安全性(例如当采用此类技术的系统探测到司机精力不集中时可以及时改变车的状态和反应)、使经验人性化、使计算机作为媒介进行学习的功能达到最佳化,并从我们身上收集反馈信息。例如,一个研究项目在汽车中用电脑来测量驾车者感受到的压力水平,以帮助解决所谓驾驶者的“道路狂暴症”问题。
情感计算和相关研究还能够给涉及电子商务领域的企业带来实惠。已经有研究显示,不同的图像可以唤起人类不同的情感。例如,蛇、蜘蛛和枪的图片能引起恐惧,而有大量美元现金和金块的图片则可以使人产生非常强烈的积极反应。如果购物网站和股票交易网站在设计时研究和考虑这些因素的意义,将对客流量的上升产生非常积极的影响。
在信息家电和智能仪器中,增加自动感知人们的情绪状态的功能,可以提供更好的服务。
在信息检索应用中,通过情感分析的概念解析功能,可以提高智能信息检索的精度和效率。
在远程教育平台中,情感计算技术的应用能增加教学效果。
利用多模式的情感交互技术,可以构筑更贴近人们生活的智能空间或虚拟场景等等。
情感计算还能应用在机器人、智能玩具、游戏等相关产业中,以构筑更加拟人化的风格和更加逼真的场景。 由于缺乏较大规模的情感数据资源,情感计算的发展受到一定的限制,而且多局限在语音、身体语言等具体而零散的研究领域,仅仅依靠这些还难以准确地推断和生成一个人的情感状态,并进行有效的情感交互。目前,科学家们正在积极地探索多特征融合的情感计算理论模型。很多人认为,今后几年情感计算将在这些方面需要取得突破:
更加细致和准确的情感信息获取、描述及参数化建模。
多模态的情感识别、理解和表达(图像、语音、生理特征等)。
自然场景对生理和行为特征的影响。
更加适用的机器学习算法。
海量的情感数据资源库。 不久前,为了推动我国在这一领域的研究,探讨情感计算和智能交互技术的发展动态与趋势,促进我国科研人员在此领域的交流与合作,中国科学院自动化研究所、中国自动化学会、中国计算机学会、中国图象图形学会、中国中文信息学会、国家自然科学基金委员会和国家863计划计算机软硬件技术主题作为主办单位,在北京主办了第一届中国情感计算与智能交互学术会议。
事实证明,情感计算的概念尽管诞生不久,但已受到学术界和产业界的高度重视,相关领域的研究和应用正方兴未艾,国家自然科学基金委也将其列入重点项目的指南中。值得注意的是,近几年来,与情感计算有密切关系的普适计算和可穿戴式计算机的研究也已获得了蓬勃发展,并同样得到了国家的大力支持。这为情感信息的实时获取提供了极大的便利条件,也为情感计算在国内的发展提供了更好的发展平台。
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