Exploiting linked data in exploratory search
Authors: Φαφαλιός Παύλος 
Published: August 2021

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια έκρηξη στη δημοσίευση δεδομένων στον Παγκόσμιο Ιστό, κυρίως με τη μορφή Διασυνδεδεμένων Δεδομένων (Linked Data). Ένα βασικό ερώτημα όμως είναι πως αυτός ο συνεχώς αυξανόμενος πλούτος γνώσεων μπορεί να αξιοποιηθεί από απλούς χρήστες για καλύτερη αναζήτηση πληροφοριών. Αν και τα υπάρχοντα συστήματα σημασιολογικής αναζήτησης αποκρύπτουν την πολυπλοκότητα τους αξιοποιώντας φιλικά στη χρήση μέσα αλληλεπίδρασης, δεν έχουν καταφέρει ακόμα να καλύψουν κοινές – γενικού σκοπού – ανάγκες αναζήτησης και διασύνδεσης πληροφοριών. Παράλληλα, σύμφωνα με διάφορες μελέτες, ένα μεγάλο ποσοστό των αναζητήσεων είναι εξερευνητικού χαρακτήρα. Σε τέτοιου είδους πληροφοριακές ανάγκες οι παραδοσιακές απαντήσεις που έχουν τη μορφή γραμμικής λίστας αποτελεσμάτων συνήθως δεν είναι ικανοποιητικές. Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η παροχή προηγμένων υπηρεσιών εξερευνητικής αναζήτησης οι οποίες γεφυρώνουν το χάσμα μεταξύ των κλασσικών απαντήσεων μη σημασιολογικών συστημάτων αναζήτησης (επαγγελματικής ή μη φύσεως) και σημασιολογικής πληροφορίας εκφρασμένης με τη μορφή Ανοιχτών Διασυνδεδεμένων Δεδομένων (ΑΔΔ). Προς αυτή τη κατεύθυνση, εισάγουμε και εξετάζουμε μια προσέγγιση κατά την οποία επώνυμες οντότητες (όπως για παράδειγμα πρόσωπα, περιοχές, χημικές ουσίες, κτλ.) αξιοποιούνται ως ο συνδετικός κρίκος για την αυτόματη διασύνδεση εγγράφων (αποτελεσμάτων αναζήτησης) με δεδομένα και γνώση. Μελετούμε μια προσέγγιση όπου αυτή η – βασισμένη σε οντότητες – ενοποίηση πραγματοποιείται σε πραγματικό χρόνο, κατά τη στιγμή της αναζήτησης, χωρίς εμπλοκή του χρήστη, αλλά και χωρίς την ανάγκη προκατασκευασμένων ευρετηρίων. Αυτό επιτρέπει την παροχή «φρέσκιας» πληροφορίας, την εύκολη παραμετροποίηση αυτής της λειτουργικότητας σύμφωνα με τις ανάγκες του υποκείμενου συστήματος αναζήτησης, αλλά και την εύκολη αξιοποίηση της από τα υπάρχοντα εργαλεία ανάκτησης πληροφοριών. Η παροχή της παραπάνω λειτουργικότητας έχει διάφορες προκλήσεις. Αρχικά, τα ΑΔΔ που είναι διαθέσιμα στον Παγκόσμιο Ιστό έχουν μεγάλο μέγεθος, είναι κατανεμημένα σε πολλές Βάσεις Γνώσεων, αυξάνονται και ενημερώνονται συνεχώς, και καλύπτουν πολλές θεματικές περιοχές. Εκ τούτου, προκύπτει η ανάγκη για ένα μοντέλο διαλειτουργικότητας που να επιτρέπει τον προσδιορισμό των οντοτήτων ενδιαφέροντος και των σχετικών σημασιολογικών δεδομένων (από διάφορες βάσεις γνώσεων). Συνάμα ο αριθμός των εξορύξιμων οντοτήτων από τα αποτελέσματα αναζήτησης μπορεί να είναι αρκετά μεγάλος και το ίδιο ισχύει για το μέγεθος της σημασιολογικής πληροφορίας που μπορεί να ανακτηθεί από τα ΑΔΔ για αυτές τις οντότητες (ήτοι το πλήθος των χαρακτηριστικών τους και των συσχετίσεών τους με άλλες οντότητες). Εκ τούτου προκύπτει η ανάγκη για μεθόδους που να μπορούν να εκτιμήσουν τις πιο σημαντικές οντότητες, καθώς και τη σημαντική σχετική σημασιολογική πληροφορία, για τα αποτελέσματα της εκάστοτε αναζήτησης. Για την επιτυχή αντιμετώπιση των παραπάνω προκλήσεων, η διατριβή προτείνει μία διαδικασία ανάλυσης αποτελεσμάτων αναζήτησης κατά την οποία τα αποτελέσματα συνδέονται με δεδομένα και γνώσεις σε πραγματικό χρόνο, χωρίς τη μεσολάβηση του χρήστη. Για την περιγραφή των οντοτήτων ενδιαφέροντος και της σχετικής σημασιολογικής πληροφορίας προτείνεται ένα γενικό μοντέλο παραμετροποίησης Συστημάτων Εξαγωγής Οντοτήτων (ΣΕΟ), ενώ για τον ακριβή προσδιορισμό της σημασιολογίας αυτού του μοντέλου, εισάγουμε ένα RDF/S λεξιλόγιο με όνομα "Open Named Entity Extraction (NEE) Configuration Model", το οποίο επιτρέπει ένα ΣΕΟ να περιγράψει (και να δημοσιεύει ως ΑΔΔ) τις δυνατότητες του. Για να καταστήσουμε δυνατή τη συσχέτιση του αποτελέσματος της διαδικασίας εξαγωγής οντοτήτων με τις παραμέτρους που χρησιμοποιήθηκαν, προτείνουμε μια επέκταση του μοντέλου "Open Annotation" η οποία επιτρέπει και τη δημοσίευση των αποτελεσμάτων της εξόρυξης ως ΑΔΔ. Για την διερεύνηση της επιτευξιμότητας αυτού του μοντέλου αναπτύχθηκε το σύστημα X-Link το οποίο σε αντίθεση με τα υπάρχοντα ΣΕΟ επιτρέπει με εύκολο τρόπο τον προσδιορισμό των κατηγοριών οντοτήτων και των σημασιολογικών δεδομένων που ενδιαφέρουν την υποκείμενη εφαρμογή αξιοποιώντας μια ή περισσότερες σημασιολογικές Βάσεις Γνώσεων. Για τον εντοπισμό των πιο σημαντικών σημασιολογικών πληροφοριών που σχετίζονται με τα αποτελέσματα μιας αναζήτησης, εισάγουμε και μελετάμε μια μέθοδο κατάταξης βασισμένη στο μοντέλο Τυχαίου Περιπάτου (Random Walk) που αξιοποιεί τις εξηγμένες οντότητες και τη διασύνδεσή τους. Η αξιοποίηση αυτών των σημασιολογικών πληροφοριών γίνεται είτε με την οπτικοποίηση του σχετικού γράφου ή/και στα πλαίσια ενός πολυδιάστατου μοντέλου αλληλεπίδρασης που επιτρέπει στον χρήστη να περιορίσει τον πληροφοριακό του χώρο αυξητικά. Πέραν αυτού, η διατριβή αυτή μελέτησε την αξιοποίηση τέτοιων γράφων και για την ανακατάταξη της λίστας αποτελεσμάτων με σκοπό την βελτίωση της, συγκεκριμένα για την προώθηση εγγράφων που αν και είναι συναφή με την επερώτηση δεν είναι στις πρώτες θέσεις της κατάταξης. Η διατριβή αναφέρει εκτενή αποτελέσματα αξιολόγησης των προτεινόμενων λειτουργιών και μεθόδων. Αναφορικά με το σύστημα X-Link, η αξιολόγηση με χρήστες έδειξε την ευκολία παραμετροποίησης, ενώ μια μελέτη περίπτωσης έδειξε την απόδοση των υποστηριζόμενων λειτουργιών του. Η συγκριτική αξιολόγηση του προτεινόμενου αλγορίθμου κατάταξης των οντοτήτων και της σχετικής σημασιολογικής πληροφορίας έδειξε ότι η προτεινόμενη προσέγγιση είναι πιο αποτελεσματική σε σχέση με άλλες μεθόδους ανακατάταξης. Αναφορικά με τον τρόπο παρουσίασης των σημαντικών οντοτήτων (και των διασυνδέσεων τους) που σχετίζονται με μία απάντηση, τα αποτελέσματα μιας αξιολόγησης που έγινε με χρήστες στην περιοχή της αναζήτησης θαλάσσιων ειδών, έδειξε ότι η πλειονότητα των συμμετεχόντων (περισσότεροι από το 70%) προτιμούν μια γραφική απεικόνιση των οντοτήτων που σχετίζονται με τα αποτελέσματα αναζήτησης, ανεξαρτήτως του τύπου επερώτησης. Η αξιολόγηση του προτεινόμενου πιθανοτικού αλγορίθμου ανακατάταξης των επιστρεφόμενων αποτελεσμάτων που έγινε με συλλογές αξιολόγησης από το TREC (Text Retrieval Conference) που αφορούν τον τομέα της ιατρικής, κατέδειξε ότι η προσέγγιση αυτή μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη λίστα αποτελεσμάτων προωθώντας συναφή έγγραφα σε υψηλότερες θέσεις. Τέλος η υλοποίηση και τα πειραματικά αποτελέσματα της προτεινόμενης διαδικασίας αναζήτησης κατέδειξαν την επιτευξιμότητα και την απόδοσή της, και μας επέτρεψαν συνάμα να εντοπίσουμε τους περιορισμούς της.