理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    應用時間結構資訊之分佈式語音特徵參數正規化技術於強健性語音辨識之研究
    (2013) 高予真; Yu-chen Kao
    近年來,在強健性語音辨識的領域中,統計圖等化法(histogram equalization, HEQ)由於其簡單又擁有優良效能的特性,已成為一個十分熱門的研究課題。在本論文中,我們提出兩種優化的統計圖等化法的技術:分別是利用多項式迴歸改進在調變頻譜(modulation spectrum)上統計圖等化法的效能,以及利用空間與時間的前後文資訊打破傳統作用在梅爾倒頻譜係數特徵的統計圖等化法之假設。這些方法有兩個主要的特色:其一是利用高次方的多項式進行語音特徵的正規化,並加入時間與空間(不同維度)上的前後文資訊,打破傳統統計圖等化法假設時間與空間分別獨立的狀況;其二是將時間上的差分資訊引入語音特徵的正規化中,此舉能更巧妙運用前後文資訊,並對語音辨識的效能有一定的提升。本論文使用Aurora-2語料庫來進行驗證不同強健性語音特徵擷取技術在小詞彙語音辨識任務之效能,並在Aurora-4語料庫來進一步驗證不同強健性語音特徵擷取技術在大詞彙語音辨識任務之效能;而這些試驗的結果證實了本論文所提出兩種優化的統計圖等化法的技術,可以有效降低語音辨識的詞錯誤率,並且對其它進階的特徵(如ETSI advanced front end, AFE)也能產生正面的效果。
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    運用調變頻譜分解技術於強健語音特徵擷取之研究
    (2014) 汪逸婷
    近年來,語音特徵調變頻譜的研究,由於其簡單又能針對語音特徵提供整體變化分析的特性,在強健性自動語音辨識的領域獲得了廣大的迴響;本論文著重於二個部分:其一為非負矩陣分解法之延伸,非負矩陣分解法由於能有效擷取調變頻譜中關鍵且不受雜訊影響的資訊,而得到許多關注,本論文將延續這個領域的研究,提出對語音進行分群處理的分群式非負矩陣分解法,以及加上稀疏性之條件的稀疏化非負矩陣分解法。其二為壓縮感知法之延伸,壓縮感知法為一種用較相關之資訊以較精簡的方式來還原訊號,本論文提出一個展新的想法,將壓縮感知法應用在語音特徵調變頻譜。分群式非負矩陣分解法為運用分群處理的技術將不同特性的語句分開處理,使非負矩陣分解法能夠更精準地擷取語音中的重要資訊,而不受語句之間的變異性干擾;稀疏化非負矩陣分解法為探索非負矩陣分解法中稀疏性帶來的影響,以期取得較集中且不重覆的基底調變頻譜。本論文所有的實驗皆使用常見的Aurora-2語料庫進行驗證,並進一步在大詞彙語料庫Aurora-4進行驗證。實驗的結果說明了:本論文所提出的兩種延伸方法,確實能在改進語音辨識的強健性上發揮其效力,並得到比其他調變頻譜應用技術更佳的辨識正確率。
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    探索調變頻譜特徵之低維度結構應用於強健性語音辨識
    (2017) 顏必成; Yan, Bi-Cheng
    語音強健技術(Robustness)在自動化語音辨識系統(Automatic Speech Recognition, ASR)中扮演著相當重要的角色,尤其是環境的影響(Environment effect )下,更能突顯其重要性。近年來的研究指出,探索語音特徵的低維度結構(Low-dimensional Structure)有助於萃取出較具有強健性的語音特徵。有鑒於上述觀點,我們研究多種考量語音特徵固有(Intrinsic)的低維度結構,並找尋俱有特定結構的子空間以涵蓋原本高維度的語音特徵空間,以此希望能獲得較具強健性的語音特徵。 在本篇論文中,我們探索了一系列的低維度結構方法並應用在語音條變頻譜域(Modulation Spectra),希望能淬煉出強健性語音特徵。首先,我們使用基於稀疏表示(Sparse Representation)的方法來廣泛地分析高維度語音特徵,再從中去找出一冗贅(Residual)的基底(Basis)後並加以去除。接著我們提出了基於低秩表示法(Low-rank Representation)來探索語音條變頻譜的子空間結構,從而減輕噪音所造成的負面影響。最後,我們探索語音特徵調變頻譜上固有的幾何低維度流形結構(Geometric Low-dimensional Manifold Structures),希望能將帶有噪音的音訊投影到此流形結構上,以獲得更具有強健性的語音特徵。此外,為了獲得更好的語音辨識效能,我們將所提出的方法與常見的語音正規化特徵結合,其結果都有良好的表現。所有實驗都在Aurora-4數據庫和任務上進行和驗證。
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    調變頻譜分解之改良於強健性語音辨識
    (2015) 張庭豪; Chang, Ting-Hao
    自動語音辨識(Automatic Speech Recognition, ASR)系統常因環境變異而導致效能嚴重地受影響;所以長久以來語音強健(Robustness)技術的發展是一個極為重要且熱門的研究領域。本論文旨在探究語音強健性技術,希望能透過有效的語音特徵調變頻譜處理來求取較具強健性的語音特徵。為此,我們使用非負矩陣分解(Nonnegative Matrix Factorization, NMF)以及一些改進方法來分解調變頻譜強度成分,以獲得較具強健性的語音特徵。本論文有下列幾項貢獻。首先,結合稀疏性的概念,期望能夠求取到具調變頻譜局部性的資訊以及重疊較少的NMF基底向量表示。其次,基於局部不變性的概念,希望發音內容相似的語句之調變頻譜強度成分,在NMF空間有越相近的向量表示以維持語句間的關連程度。再者,在測試階段經由正規化NMF之編碼向量,更進一步提升語音特徵之強健性。最後,我們也結合上述NMF的改進方法。本論文的所有實驗皆於國際通用的Aurora-2連續數字資料庫進行;實驗結果顯示相較於僅使用梅爾倒頻譜特徵之基礎實驗,我們所提出的改進方法皆能顯著地降低語音辨識錯誤率。此外,也嘗試將我們所提出的改進方法與一些知名的特徵強健技術做比較和結合,以驗證這些改進方法之實用性。實驗平台使用HTK與KALDI兩種語音辨識系統。前者用來實驗上述所提出NMF改良之效能;後者用來實驗類神經網路(Neural Network)技術於語音辨識之聲學模型的效能,並探討調變頻譜正規化法與其結合之效果。