Proposal of a trust and reputation model to provide recommendation in open quality oriented environments

El auge y penetracion de las nuevas tecnologias junto con la llamada Web Social estan cambiando la forma en la que accedemos a la medicina. Cada vez mas pacientes y profesionales de la medicina estan creando y consumiendo recursos digitales de contenido clinico a traves de Internet, surgiendo el problema de como asegurar la fiabilidad de estos recursos. Ademas, un nuevo concepto esta apareciendo, el de pervasive healthcare o sanidad ubicua, motivado por pacientes que demandan un acceso a los servicios sanitarios en todo momento y en todo lugar. Este nuevo escenario lleva aparejado un problema de confianza en los proveedores de servicios sanitarios. Las plataformas de eLearning se estan erigiendo como paradigma de esta nueva Medicina 2.0 ya que proveen un servicio abierto a la vez que controlado/supervisado a recursos digitales, y facilitan las interacciones y consultas entre usuarios, suponiendo una buena aproximacion para esta sanidad ubicua. En estos entornos los problemas de fiabilidad y confianza pueden ser solventados mediante la implementacion de mecanismos de recomendacion de recursos y personas de manera confiable. Tradicionalmente las plataformas de eLearning ya cuentan con mecanismos de recomendacion, si bien estan mas enfocados a la recomendacion de recursos. Para la recomendacion de usuarios es necesario acudir a mecanismos mas elaborados como son los sistemas de confianza y reputacion (trust and reputation) En ambos casos, tanto la recomendacion de recursos como el calculo de la reputacion de los usuarios se realiza teniendo en cuenta criterios principalmente subjetivos como son las opiniones de los usuarios. En esta tesis doctoral proponemos un nuevo modelo de confianza y reputacion que combina evaluaciones automaticas de los recursos digitales en una plataforma de eLearning, con las opiniones vertidas por los usuarios como resultado de las interacciones con otros usuarios o despues de consumir un recurso. El enfoque seguido presenta la novedad de la combinacion de una parte objetiva con otra subjetiva, persiguiendo mitigar el efecto de posibles castigos subjetivos por parte de usuarios malintencionados, a la vez que enriquecer las evaluaciones objetivas con informacion adicional acerca de la capacidad pedagogica del recurso o de la persona. El resultado son recomendaciones siempre adaptadas a los requisitos de los usuarios, y de la maxima calidad tanto tecnica como educativa. Esta nueva aproximacion requiere una nueva herramienta para su validacion in-silico, al no existir ninguna aplicacion que permita la simulacion de plataformas de eLearning con mecanismos de recomendacion de recursos y personas, donde ademas los recursos sean evaluados objetivamente. Este trabajo de investigacion propone pues una nueva herramienta, basada en el paradigma de programacion orientada a agentes inteligentes para el modelado de comportamientos complejos de usuarios en plataformas de eLearning. Ademas, la herramienta permite tambien la simulacion del funcionamiento de este tipo de entornos dedicados al intercambio de conocimiento. La evaluacion del trabajo propuesto en este documento de tesis se ha realizado de manera iterativa a lo largo de diferentes escenarios en los que se ha situado al sistema frente a una amplia gama de comportamientos de usuarios. Se ha comparado el rendimiento del modelo de confianza y reputacion propuesto frente a dos modos de recomendacion tradicionales: a) utilizando solo las opiniones subjetivas de los usuarios para el calculo de la reputacion y por extension la recomendacion; y b) teniendo en cuenta solo la calidad objetiva del recurso sin hacer ningun calculo de reputacion. Los resultados obtenidos nos permiten afirmar que el modelo desarrollado mejora la recomendacion ofrecida por las aproximaciones tradicionales, mostrando una mayor flexibilidad y capacidad de adaptacion a diferentes situaciones. Ademas, el modelo propuesto es capaz de asegurar la recomendacion de nuevos usuarios entrando al sistema frente a la nula recomendacion para estos usuarios presentada por el modo de recomendacion predominante en otras plataformas que basan la recomendacion solo en las opiniones de otros usuarios. Por ultimo, el paradigma de agentes inteligentes ha probado su valia a la hora de modelar plataformas virtuales complejas orientadas al intercambio de conocimiento, especialmente a la hora de modelar y simular el comportamiento de los usuarios de estos entornos. La herramienta de simulacion desarrollada ha permitido la evaluacion del modelo de confianza y reputacion propuesto en esta tesis en una amplia gama de situaciones diferentes. ABSTRACT Internet is changing everything, and this revolution is especially present in traditionally offline spaces such as medicine. In recent years health consumers and health service providers are actively creating and consuming Web contents stimulated by the emergence of the Social Web. Reliability stands out as the main concern when accessing the overwhelming amount of information available online. Along with this new way of accessing the medicine, new concepts like ubiquitous or pervasive healthcare are appearing. Trustworthiness assessment is gaining relevance: open health provisioning systems require mechanisms that help evaluating individuals’ reputation in pursuit of introducing safety to these open and dynamic environments. Technical Enhanced Learning (TEL) -commonly known as eLearning- platforms arise as a paradigm of this Medicine 2.0. They provide an open while controlled/supervised access to resources generated and shared by users, enhancing what it is being called informal learning. TEL systems also facilitate direct interactions amongst users for consultation, resulting in a good approach to ubiquitous healthcare. The aforementioned reliability and trustworthiness problems can be faced by the implementation of mechanisms for the trusted recommendation of both resources and healthcare services providers. Traditionally, eLearning platforms already integrate recommendation mechanisms, although this recommendations are basically focused on providing an ordered classifications of resources. For users’ recommendation, the implementation of trust and reputation systems appears as the best solution. Nevertheless, both approaches base the recommendation on the information from the subjective opinions of other users of the platform regarding the resources or the users. In this PhD work a novel approach is presented for the recommendation of both resources and users within open environments focused on knowledge exchange, as it is the case of TEL systems for ubiquitous healthcare. The proposed solution adds the objective evaluation of the resources to the traditional subjective personal opinions to estimate the reputation of the resources and of the users of the system. This combined measure, along with the reliability of that calculation, is used to provide trusted recommendations. The integration of opinions and evaluations, subjective and objective, allows the model to defend itself against misbehaviours. Furthermore, it also allows ‘colouring’ cold evaluation values by providing additional quality information such as the educational capacities of a digital resource in an eLearning system. As a result, the recommendations are always adapted to user requirements, and of the maximum technical and educational quality. To our knowledge, the combination of objective assessments and subjective opinions to provide recommendation has not been considered before in the literature. Therefore, for the evaluation of the trust and reputation model defined in this PhD thesis, a new simulation tool will be developed following the agent-oriented programming paradigm. The multi-agent approach allows an easy modelling of independent and proactive behaviours for the simulation of users of the system, conforming a faithful resemblance of real users of TEL platforms. For the evaluation of the proposed work, an iterative approach have been followed, testing the performance of the trust and reputation model while providing recommendation in a varied range of scenarios. A comparison with two traditional recommendation mechanisms was performed: a) using only users’ past opinions about a resource and/or other users; and b) not using any reputation assessment and providing the recommendation considering directly the objective quality of the resources. The results show that the developed model improves traditional approaches at providing recommendations in Technology Enhanced Learning (TEL) platforms, presenting a higher adaptability to different situations, whereas traditional approaches only have good results under favourable conditions. Furthermore the promotion period mechanism implemented successfully helps new users in the system to be recommended for direct interactions as well as the resources created by them. On the contrary OnlyOpinions fails completely and new users are never recommended, while traditional approaches only work partially. Finally, the agent-oriented programming (AOP) paradigm has proven its validity at modelling users’ behaviours in TEL platforms. Intelligent software agents’ characteristics matched the main requirements of the simulation tool. The proactivity, sociability and adaptability of the developed agents allowed reproducing real users’ actions and attitudes through the diverse situations defined in the evaluation framework. The result were independent users, accessing to different resources and communicating amongst them to fulfil their needs, basing these interactions on the recommendations provided by the reputation engine.