Реализација окружења за сарадничко претраживање

информацијаваријантом методе најближег

суседаи профилима мултиграма

Поповић ЗоранЦентар за мултидисциплинарне

студијеУниверзитет у Београду

http://www.cms.bg.ac.rs

О раду● Основни циљ овог рада је конструкција прототипа

система за претраживање информација (ПИ) који користи СПИ, употребом одабраних метода и алата.

● Неопходно је да прототип буде практично употребљив, предвидљиво ефикасан и флексибилан.

● Mотив за то је конструкција окружења за СПИ које нуди практичне примене и могуће комерцијалне примере у даљем развоју, које се може интегрисати са другим информационим системима, као и даље испитивање модела и метода који се користе у раду.

О раду● Према циљевима, одабраним методама и

њиховим математичким основама које се даље образлажу, као начини решавања одабрани су:

– модуларна и слојевита структура прототипа која

– подразумева базу података као слој којим се реализујеБулов модел ПИ и модел профила мултиграма

– развојни алати, хардверска и извршна програмскаплатформа оријентисана ка решењима отвореног кôда

– пробни подаци и методе мерења перформанси

Сарадничко претраживање информација (СПИ)

Основни појмови

● Информација је релевантан податак (корисник му даје значaj, није неопходна интерпретација у односу на неки контекст тј. знање).

● Домен претраге: документи, објекти претраге (О).

● Потреба (Need): упити (Q), имплицитно задате информације (I) специфичне за сваког корисника (U) посебно, и изведене информације L(I).

● Претраживање информација (ПИ) је релација релевантности: ρ⊆O×Q×LI

Основни појмови● Ако корисничка потреба за информацијама

(Information Need) не зависи од корисника, у питању је класично ПИ (Content Filtering), у супротном је сарадничко ПИ (Collaborative Filtering).

● Резултат је подскуп домена претраге, скуп релевантних докумената према одабраној методи у односу на дати упит или корисничку потребу.

● У општијем случају, релација релевантности може бити фази (корисно и као метод рангирања резултата). Рангирање је посебан процес.

IN=Q×L I

Модел корисник-О-А-В● или модел корисник-документ-особина-вредност

(проширени О-А-В модел), где документ има особине (атрибуте), на пример:

– субјективна оцена релевантности документа за корисника(потреба),

– садржај документа (нпр. речи, N-грами), као и изведенеособине (плитко или дубоко структуриране),

– мета-особине (нпр. описане веб онтологијама), итд.

● У таквом моделу, конкретна инстанца документа има конкретне вредности својих особина (могу бити и вишеструке), за сваког корисника понаособ.

Примери система СПИ на вебу

● Аутоматско предлагање садржаја(Aumatic Content Recommendation):Google, Amazon, Pandora, Last.fm, Ebay, ...

● Друштвене мреже: Facebook, Twitter, LinkedIn, ...

Профили мултиграма и репрезентација докумената

N-грами и профили мултиграма

● Документ као ниска речи дужине L.● Свака његова подниска дужине N

зове се (i-ти) N-грам:

– има их L-N+1 у датој нисци,

– једнаки (исти) су ако су једнаки као ниске,

– број понављања истог N-грама је његова фреквенција у документу, односно у колекцији докумената

t1 , ... , t L

t i , ... , t iN−1

N-грами и профили мултиграма

● Пресликавање N-грама документа (или колекције докумената) у њихове фреквенције јесте профил N-грама документа (или глобални профил у случају колекције докумената).

● Ако то пресликавање користи различите дужине N-грама (N=1,2,3,...) онда је у питању профил мултиграма.

● Прототип користи и инверзну фреквенцију N-грама (однос броја докумената који га садрже и укупног броја докумената у колекцији) поред опсега рангова (као праг одсецања профила код класификације)

Репрезентација документа

● Скуп кластера докумената:

● и одговарајући скуп Dрепрезената кластера серади једноставности честопоистовећују и зову документима:

● Репрезенти код прототипа су профили мултиграма

D

D={D1, ... , Dm }⊆P O

D

O1

O2

Om

......

D1D2

Dm

D={ O1, ... , Om }

N-грами као особине докумената● Редослед речи у упиту код Буловог модела не

утиче на резултат● N-грами подразумевају и редослед речи:

За упит ,,Винстон је увече”, прототип са профилима мултиграма који укључују N=3 наградиће (1) више него (2), у супротном ће бити једнако рангирани. Редослед речи упита ће имати значаја и са , док са N=1 неће.

● N-грами могу увести комбинаторну експлозију.

(1) Винстон је увече имао више посла него икад ...(2) Винстон је стајао окренут телекрану леђима ...      Oбично je увече код куће ...(3) Винстон крете ка степеницама ... То можда не би било опасније     него један изостанак увече из центра ... Улица је била ћорсокак ...

N≤2

Метода најближих суседа

МНС класификација

Oдaбирaњeм из скупа обучавања нajближих k сусeдa (инстанци) пo нeкoj мeтрици (на пример Eуклидскoj) вeктoру кojи сe тeстирa, бирa сe кaтeгoриja кoja je нajбрojниja кao oцeнa кaтeгoриje.

f : X=X 1×...×X nВ={v i }

S={ xi , y i ∣ xi∈X , y i∈B }

f xq =argmaxv∈B∑i=1

kwi v , f x i ,

xq∉{x i∣ x i , y i∈S }, wi≡1

d xq , xi2

xq

(скуп обучавања)

МНС као метода оцене релевантности документа● У непрекидном случају , важи:

● Оцене релевантности документа j корисника u могу се посматрати као ова врста проблема класификације. Ако је скуп (околина корисника u) и сличност међу корисницима

, где је:

● тада је оценарелевантности по МНС:

● уместо k (за МНС)

Du, v=∑i=1

∣D∣R u, i−R v ,i

2

∣D∣W i , j=1−

Di , j

2

Ru , j=∑i∈S u

W u ,i Ri , j

∑i∈SuW u, i

Su={v∣Du ,v2}

B=ℝ f xq =∑i=1

kwi f x i

∑i=1

kw i

Ru , j

Модификована МНС

● За потребе прототипа, рангирање се врши према следећем изразу, за корисника u и документ резултата ј, сортирањем у опадајућем редоследу:

где је фреквенција N-грама i у документу j, а је ранг тог N-грама ( ) у глобалном профилу.

Su, j=max k rangk ∑i=1

n [ f i j1R u, j]N i

rangi

f ijrang i N=N i

Претраживање интернета као претраживање информација

  Интерфејс  Интерфејс

  Репозиторијум  Репозиторијум

Претраживање интернета

 Модул за индексирање

 Модул за индексирање

ШетачШетач

упитпотреба  Модул за

 упитивање

 Модул за упитивање

 Модул за рангирање

 Модул за рангирање ИндексиИндекси

КорисникКорисник

 WWW

резултат

● Класичне методе - инверзни индекс:

● Језички ресурси: зауставна листа, речници, стеминг● Канонски модел претраживања веба:

реч: документ: <позиција, позиција,...> ; документ: <позиција,... >; ...

Булов модел ПИ● Механизам реализације Буловог модела ПИ је

нешто што се подразумева у већини данашњих веб претраживача, као и код класичних система за управљање релационим базама података.

● Прототип користи упите само у облику простих коњункција (без негативних литерала) и реализацију Буловог модела ПИ проширену мултиграмима (уместо литерала).

● Реализација се ослања на базу података која као слој игра улогу инверзног индекса и репозиторијума у канонском прототипу ПИ.

Позната решења за ПИ● Решења отвореног кôда:– Apache Lucene - систем за текстуелно ПИ

– Terrier (TERabyte RetrIEveR) - комплетан систем ПИреализован потпуно у Java окружењу

– Xapian - комплетан класичан систем ПИ за Posixплатформе (могуће га је портирати на cygwin/gcc)

– ht://Dig - класичан систем ПИ на вебу за Posix OS

● Комерцијална решења:– SAP TREX, Oracle UltraSearch, MS Indexing Service /

Desktop Search, ...– EDMS: EMC Documentum, Oracle UCM, SAP Content

Server, PBS, Knowledge Tree, ...

MuSE – Multigram Search Engine

Окружење● Прототип одликују мултигтрами као особине уместо

речи и релевантност резултата по кориснику

● Развојни алати и извршно окружење:– Eclipse 3.4.0, Oracle/Sun Java SDK 1.5 (RMI/IIOP)– Weka 3.5.8, jchardet (Mozilla alg. port)– Oracle 10g XE RDBMS / APEX– Apache Tomcat 5.5– Selenic Mercurial (hg)

● Решења отвореног кôда:– многи произвођачи (Oracle, SAP) их подржавају

(захтев за отворениим стандардима, заједница)– ефикаснији развој и интеграција са ИС

  Интерфејс q  Интерфејс q

  Интерфејс 1  Интерфејс 1

MuSE - прототип● Структура - слојеви:– База– Сервер: шетач (Crawler), ажурирање профила

(индекса), део ф-налности модула за упитивање, ...– Интерфејс (JSP)– browser

qServer 1

qServer 2

qServer p

База КориснициКорисници

orbd

База – релациони модел● Модели: профила мултиграма (фразни индекс,

профили мултиграма), к-О-А-В, Булов модел

URLS

NIDNGRAMTAGCOUNTRANKSELECTEDNTYPE

NNGRAM_IDBAG_IDCOUNTNTYPECATEGORY

USERNAMEBAG_IDATTRIBUTECATEGORYATYPERANK

BAG_IDURLHASHDATUMNTYPEHUBAUTHORITYDESCRTITLE

BAG_IDURLHASHDATUMNTYPEHUBAUTHORITYDESCRTITLE

PROPERTIESTSHAREDNSHARED

LURLS

LINKS

from_id bag_id

URLDEPTHEXECUTEDSUCCESS

WORD

STOPWORDS

QUEUE

Демонстрација

Демонстрација

Преглед резултата и могућих побољшања

Резултати

● Мерења:– Укупан број преузетих страна (време извршавања

шетача варира највише у односу на платформу) – око1000 докумената (веб страница са сликама)

– Укупан пораст заузећа простора у бази (у приближноједнаким размацима)

– Време извршења базног упита (модула за упитивање)

● Мерење 2 је са оптимизованим базним индексима, за разлику од мерења 1.

Резултати● Заузеће простора у бази у односу на број докумената

(од тога бинарне датотеке најмање 50%, индекси 60%):

(30% укупне величине преузетог садржаја код Apache Lucene-а)

0M 0.65M 15.35M 34.65M 47.7M 63.2М 83.7М0

50

100

150

200

250

300

350

400

Мерење 1. (M)Мерење 2. (M)100% (M)

Резултати● Динамички базни упит се са истим подацима извршава за 0.06

секунди (и далеко мање зависи од броја кључних речи):

0.65M 15.35M 34.65M 47.7M 63.2M0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Мерење 1.Мерење 2. (секунде)

Побољшања● Одсецање профила (према информационом добитку,

потреби корисника, евалуацијом, итд), простор у бази директно утиче на перформансе.

● Класификација и додатне особине (проширена МНС где се оцењује и релевантност атрибута):

N idf Max rang % исправних / не N-грама секунди

4 0.34 500 98.48 / 1.52 2094646 6.27

4 0.5 500 94.83 / 5.16 2094646 6.16

4 0.5 500 94.83 / 5.16 1048576 6.28

3 0.34 500 97.17 / 2.83 1807820 6.81

4 0.34 800 98.10 / 1.90 2094646 8.14

5 0.34 800 97.12 / 2.88 2247852 8.38

4 0.34 1000 94.76 / 5.24 2094646 8.28

2 0.34 800 92.16 / 7.84 65536 7.25

1 0.34 800 93.10 / 6.90 256 1.73

1 0.66 800 73.68 / 26.32 256 0.77

4 0.25 250 96.37 / 3.63 2094646 6.47

Побољшања

● Побољшања сервера: зауставне листе, формална евалуација резултата, експанзија упита, рангирање и конективизам (HITS, SALSA, PageRank)

● Језички алати (етикете и стемови уместо речи)● Техничка побољшања:– рачунање у меморији, JADE уместо RMI/IIOP, HA– употреба напредних опција Oracle RDBMS

(партиционисање и паралелизам, RAC, компресија)– дедупликација на нивоу уређаја за складиштење

податакa (virtual appliance уместо специјалног хардвера)– обављање периодичних послова на серверу

Закључак

Закључак● Показује се да је прототип веома погодан код претраге

великих мултимедијалних датотека (нпр. систем за одржавање медијатеке) ако се упит може постављати подношењем (једног дела) датотеке преко веб клијента.

● Техничка архитектура прототипа омогућава и употребу уређаја који не морају бити специјализовани.

● Решења отвореног кôда и Java платформа омогућавају једноставну интеграцију са неким пословним системима.

● Могуће је проучавање особина предложеног модела ПИ, и даљи развој и истраживање.

● Добијени резултати показују да се прототип и предложена методологија могу практично користити.

Дискусија - питања

?