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Kontextbasierte Web-Kontextbasierte Web-Navigationsunterstützung mit Markov-Navigationsunterstützung mit Markov-
ModellenModellen
Sebastian StoberSebastian Stober
21. Dezember 200521. Dezember 2005
Verteidigung der DiplomarbeitVerteidigung der Diplomarbeit
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 2
GliederungGliederung
►EinführungEinführung MotivationMotivation KontextKontext Markov-ModelleMarkov-Modelle
►UmsetzungUmsetzung►ErgebnisseErgebnisse►ZusammenfassungZusammenfassung►DemonstrationDemonstration
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 3
MotivationMotivation
► Suchmaschinen & Verzeichnisse bieten einem Suchmaschinen & Verzeichnisse bieten einem Nutzer einen guten Einstiegspunkt bei der Suche Nutzer einen guten Einstiegspunkt bei der Suche nach Informationennach Informationen
► Beim Browsen im weiteren Verlauf der Suche ist Beim Browsen im weiteren Verlauf der Suche ist der Nutzer aber immer noch auf sich allein der Nutzer aber immer noch auf sich allein gestelltgestellt
► Idee: Durch Vorhersage, welchem Link ein Idee: Durch Vorhersage, welchem Link ein Nutzer wahrscheinlich folgen wird, kann der Nutzer wahrscheinlich folgen wird, kann der Nutzer bei der Navigation im Web unterstützt Nutzer bei der Navigation im Web unterstützt werden.werden.
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 4
KontextKontext
Kontext:Kontext:
BrowserBrowser BrowserfensterBrowserfenster Inhalt des DokumentsInhalt des Dokuments Titel des DokumentsTitel des Dokuments AbsatzAbsatz WortfensterWortfenster AnkertexteAnkertexte AnkertextAnkertext
--OptionenOptionen
TF/iDF- TF/iDF-
DokumentvektorDokumentvektor
--RepräsentationRepräsentation
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 5
HistoryHistory
KontexttKontextt-1Kontextt-n+1 …
aktueller Kontext
History der letzten n Kontexte
Kandidaten
History der letzten 2 Kontexte
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 6
Markov-ModelleMarkov-Modelle
► Beschreiben stochastische Prozesse mit der Beschreiben stochastische Prozesse mit der Markov-Eigenschaft: Markov-Eigenschaft: Die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Die Wahrscheinlichkeitsverteilung des
Folgezustands hängt zu jedem Zeitpunkt Folgezustands hängt zu jedem Zeitpunkt tt nur nur von den von den nn letzten Zuständen ab: letzten Zuständen ab:
P(sP(st+1t+1|s|stt, … ,s, … ,st-n+1t-n+1,s,st-nt-n, … ,s, … ,s00)=P(s)=P(st+1t+1|s|stt, … ,s, … ,st-n+1t-n+1))► Problem bei Modellen höherer Ordnung:Problem bei Modellen höherer Ordnung:
exponentielle Speicherkomplexität exponentielle Speicherkomplexität O(kO(k(n+1)(n+1)) ) für die für die Übergangswahrscheinlichkeiten (Übergangswahrscheinlichkeiten (kk – Anzahl der – Anzahl der Zustände, Zustände, nn – Ordnung des Modells) – Ordnung des Modells)
► Sparsity-Problem bei Betrachtung des Sparsity-Problem bei Betrachtung des gesamten World Wide Webgesamten World Wide Web
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Schlußfolgerungen Schlußfolgerungen
►Betrachtung der History der letzten n Betrachtung der History der letzten n Kontexte Kontexte Markov Modell n-ter Markov Modell n-ter OrdnungOrdnung
►Reduktion der Modellgröße notwendigReduktion der Modellgröße notwendig►Eineindeutige Abbildung von Eineindeutige Abbildung von
Kontexten auf Zustände des Modells Kontexten auf Zustände des Modells ist nicht praktikabelist nicht praktikabel
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GliederungGliederung
►EinführungEinführung►UmsetzungUmsetzung
SystemüberblickSystemüberblick Lernen des ModellsLernen des Modells VorhersageVorhersage
►ErgebnisseErgebnisse►ZusammenfassungZusammenfassung►DemonstrationDemonstration
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SystemüberblickSystemüberblick
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SystemüberblickSystemüberblick
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Recommender-ModulRecommender-Modul
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Lernen des Modells: ClusternLernen des Modells: Clustern
C1C3
C2
► Zusammenfassen ähnlicher Kontexte (Clustern)Zusammenfassen ähnlicher Kontexte (Clustern)
Reduktion der Größe des ZustandsraumesReduktion der Größe des Zustandsraumes Sparsity-ProblemSparsity-Problem
K1 K3 K5
K1 K2 K4 K5
C1 C2 C3
C1 C1 C2 C3
K1
K2
K3 K4
K5
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Recommender-ModulRecommender-Modul
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 14
Induktion des Modells 1. Induktion des Modells 1. OrdnungOrdnung
SF
AC
B
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
33
33
Übergangshäufigkeit
künstlicher Start- und Endzustand
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 15
Induktion des Modells 1. Induktion des Modells 1. OrdnungOrdnung
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
SF
AC
B
D
55
33
22
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 16
Induktion des Modells 1. Induktion des Modells 1. OrdnungOrdnung
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
SF
AC
B
D
55
44
22
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
E
11
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 17
Induktion des Modells 1. Induktion des Modells 1. OrdnungOrdnung
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
SF
AC
B
D
55
44
33
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
E
22
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 18
Modell 1. OrdnungModell 1. Ordnung
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
SF
AC
B
D
6 (0,38)6 (1)
6 (0,38) 6 (1)
10 (0,62)
4 (0,40)
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
H
E
G
5 (1)
5 (1)5 (0,31)
5 (0,31)
6 (0,60)
6 (1)
Übergangswahrscheinlichkeit P(C|B)
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 19
Induktion des Modells 2. Induktion des Modells 2. OrdnungOrdnung
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
SF
AC
B
D
6 (0,38)6 (1)
6 (0,38) 6 (1)
10 (0,62)
4 (0,40)
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
H
E
G
5 (1)
5 (1)5 (0,31)
5 (0,31)
6 (0,60)
6 (1)
CC DD
A,BA,B 0.50.5 0.50.5
E,BE,B 0.20.2 0.80.8
G,BG,B 0.40.4 0.60.6
Überprüfung der induzierten Übergangswahrscheinlichkeiten aller Eingangspfade eines Zustands
B muß geklont werden!ähnlich!
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 20
Modell 2. OrdnungModell 2. Ordnung
Beispiel aus: José Borges and Mark Levene. Generating Dynamic Higher-Order Markov Models in Web Usage Mining, PKDD, 2005.
FolgeFolge ##
A,B,CA,B,C 33
A,B,DA,B,D 22
E,B,CE,B,C 11
E,B,DE,B,D 11
G,B,CG,B,C 22
G,B,DG,B,D 11
A,B,D,HA,B,D,H 11
E,B,D,HE,B,D,H 33
G,B,D,HG,B,D,H 22
SF
AC
D
6 (0,38)
6 (1) 5 (0,45)
6 (0,55)
1 (0,2)
4 (0,8)
B’
B
6 (1)
4 (0,40)
H
E
G 5 (1)
5 (1)
5 (0,31)
5 (0,31)
6 (0,60)
6 (1)
Einfügen des Klons B‘ von B und Anpassen der eingehenden und ausgehenden Kanten
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 21
Recommender-ModulRecommender-Modul
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 22
RecommendationRecommendation
► Bei jeder Änderung der History:Bei jeder Änderung der History: Abbilden der History auf das ModellAbbilden der History auf das Modell
►Finden ähnlicher PfadeFinden ähnlicher Pfade►Berechnung von PfadgewichtenBerechnung von Pfadgewichten
(Minimum der Zustandsähnlichkeiten)(Minimum der Zustandsähnlichkeiten) Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung
für den Folgezustand bei gegebener Historyfür den Folgezustand bei gegebener History► Für jeden Kandidaten:Für jeden Kandidaten:
Abbilden auf das Modell (Finden ähnlicher Abbilden auf das Modell (Finden ähnlicher Zustände)Zustände)
Vorschlagen, wenn die Wahrscheinlichkeit für Vorschlagen, wenn die Wahrscheinlichkeit für einen der ähnlichen Zustände mindestens einen der ähnlichen Zustände mindestens θθ istist
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 23
Recommendation-BeispielRecommendation-Beispiel Finde ähnliche Finde ähnliche
Zustände für Zustände für KKt-1t-1
►A,C,C‘A,C,C‘ Finde Nachfolger von Finde Nachfolger von AA, ,
CC und und C‘C‘, die , die KKtt ähneln ähneln►B,EB,E
Bestimme Bestimme PfadgewichtePfadgewichte►wwA,BA,B = min(0,7 , 0,9) = 0,7 = min(0,7 , 0,9) = 0,7►wwC,BC,B = min(0,9 , 0,9) = 0,9 = min(0,9 , 0,9) = 0,9►wwC‘,EC‘,E = min(0,9 , 0,8) = 0,8 = min(0,9 , 0,8) = 0,8►wwBB = 0,9 = 0,9►wwEE = 0,8 = 0,8
C
F
ADB
C’
6
4
HE
G
5 (0,5)
2 (0,4)
1
5 (0,5)
4 3 (0,6)0,8
0,9
0,9
0,9
0,7
► Abbilden der History Abbilden der History (K(Kt-1t-1,K,Ktt)) auf das Modell auf das Modell (mit Schwellwert (mit Schwellwert λλ=0,7=0,7):):
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 24
Recommendation-BeispielRecommendation-Beispiel► Berechnung der Wahrscheinlichkeitsverteilung für den FolgezustandBerechnung der Wahrscheinlichkeitsverteilung für den Folgezustand
Gewichtete Überlagerung der Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die durch die verschiedenen Pfade induziert werden:Gewichtete Überlagerung der Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die durch die verschiedenen Pfade induziert werden:
► Behandlung eines Kandidaten Behandlung eines Kandidaten YY:: Finde ähnliche Zustände für Finde ähnliche Zustände für YY (mit Schwellwert (mit Schwellwert λλ=0,7=0,7))
►DD
Wenn Wenn P(D|KP(D|Kt-1t-1,K,Ktt) ) ≥≥ θθ wird wird YY vorgeschlagen vorgeschlagen
HFDX
wwwww
EXPwBXPwECXPwBCXPwBAXPw,KKXP
EBECBCBA
EBECBCBAtt-
,,für
,',,
,',,
,',,1
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 26
GliederungGliederung
►KonzeptKonzept►UmsetzungUmsetzung►ErgebnisseErgebnisse
DatensammlungDatensammlung ModellgrößeModellgröße VorschlagquoteVorschlagquote
►ZusammenfassungZusammenfassung►DemonstrationDemonstration
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 27
DatensammlungDatensammlung
► Nutzung des FrameworksNutzung des Frameworks► 18. Oktober 18. Oktober
bis 6. Dezember 2005bis 6. Dezember 2005► 8 Nutzer8 Nutzer► 632 Webseiten (106 Hosts)632 Webseiten (106 Hosts)► 216 Klicks (24 Hosts)216 Klicks (24 Hosts)► 75% der Klick-Sequenzen haben höchstens die Länge 375% der Klick-Sequenzen haben höchstens die Länge 3► 15% der Klick-Sequenzen haben mindestens die Länge 15% der Klick-Sequenzen haben mindestens die Länge
88► Datensammlung zu klein für eine Evaluierung der Datensammlung zu klein für eine Evaluierung der
VorhersagegüteVorhersagegüte► Modelle mit Ordnung größer als 3 nicht sinnvollModelle mit Ordnung größer als 3 nicht sinnvoll
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 28
ModellgrößeModellgröße
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ordnung des Modells
Grö
ße
des
Mo
del
ls
μ=1,0 γ=0,0 μ=0,7 γ=0,0 μ=0,5 γ=0,0 μ=0,2 γ=0,0 μ=0,2 γ=0,3
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 29
VorschlagquoteVorschlagquote
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
Vo
rsch
lag
qu
ote
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45 1,0
0,90,8
0,70,6
0,50,4
0,30,2
0,1
λ
θ
Modell 3. Ordnung mit μ=0,5 und γ=0,0
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 30
ZusammenfassungZusammenfassung
► Verwendung eines Markov Modells höherer Ordnung Verwendung eines Markov Modells höherer Ordnung zur Vorhersage, ob Link ein von einem Benutzer in zur Vorhersage, ob Link ein von einem Benutzer in einem bestimmten Kontext weiterverfolgt wird oder einem bestimmten Kontext weiterverfolgt wird oder nichtnicht Reduktion der Modellgröße durch Clustern von KontextenReduktion der Modellgröße durch Clustern von Kontexten Erweiterung eines existierenden Verfahrens zur Induktion von Erweiterung eines existierenden Verfahrens zur Induktion von
Modellen mit möglichst geringer GrößeModellen mit möglichst geringer Größe Parametrisiertes Verfahren zum Vorschlagen von KandidatenParametrisiertes Verfahren zum Vorschlagen von Kandidaten Evaluierung mangels genügend großer Datensammlung nicht Evaluierung mangels genügend großer Datensammlung nicht
möglichmöglich► Implementierung eines Frameworks zum clientseitigen Implementierung eines Frameworks zum clientseitigen
Loggen von Benutzeraktionen beim Browsen Loggen von Benutzeraktionen beim Browsen (verwendbar für weitere Arbeiten)(verwendbar für weitere Arbeiten)
► Aufbau einer kleinen DatensammlungAufbau einer kleinen Datensammlung
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 31
AusblickAusblick
► Aufbau einer größeren DatensammlungAufbau einer größeren Datensammlung zur Evaluierungzur Evaluierung für andere Arbeiten verwendbarfür andere Arbeiten verwendbar
► Benutzerstudie mit FeedbackBenutzerstudie mit Feedback► Erweiterung des Frameworks durch weitere Erweiterung des Frameworks durch weitere
ModuleModule► Recommendation mit globalem Wissen über Recommendation mit globalem Wissen über
die Datendie Daten► Graphentheoretisch Analyse des gelernten Graphentheoretisch Analyse des gelernten
ModellsModells
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21.12.2005 sebastian stober - kontextbasierte web-navigationsunterstützung mit markov-modellen 32
DemonstrationDemonstration
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