The Application of Semantic Web Technologies to Content Analysis in Sociology

In der Soziologie werden Texte als soziale Phänomene verstanden, die als Mittel zur Analyse von sozialer Wirklichkeit dienen können. Im Laufe der Jahre hat sich eine breite Palette von Techniken in der soziologischen Textanalyse entwickelt, du denen quantitative und qualitative Methoden, sowie vollständig manuelle und computergestützte Ansätze gehören. Die Entwicklung des World Wide Web und sozialer Medien, aber auch technische Entwicklungen wie maschinelle Schrift- und Spracherkennung tragen dazu bei, dass die Menge an verfügbaren und analysierbaren Texten enorm angestiegen ist. Dies führte in den letzten Jahren dazu, dass auch Soziologen auf mehr computergestützte Ansätze zur Textanalyse setzten, wie zum Beispiel statistische ’Natural Language Processing’ (NLP) Techniken. Doch obwohl vielseitige Methoden und Technologien für die soziologische Textanalyse entwickelt wurden, fehlt es an einheitlichen Standards zur Analyse und Veröffentlichung textueller Daten. Dieses Problem führt auch dazu, dass die Transparenz von Analyseprozessen und Wiederverwendbarkeit von Forschungsdaten leidet. Das ’Semantic Web’ und damit einhergehend ’Linked Data’ bieten eine Reihe von Standards zur Darstellung und Organisation von Informationen und Wissen. Diese Standards werden von zahlreichen Anwendungen genutzt, darunter befinden sich auch Methoden zur Veröffentlichung von Daten und ’Named Entity Linking’, eine spezielle Form von NLP. Diese Arbeit versucht die Frage zu diskutieren, in welchem Umfang diese Standards und Tools aus der SemanticWeb- und Linked Data- Community die computergestützte Textanalyse in der Soziologie unterstützen können. Die dafür notwendigen Technologien werden kurz vorgsetellt und danach auf einen Beispieldatensatz der aus Verfassungstexten der Niederlande von 1883 bis 2016 bestand angewendet. Dabei wird demonstriert wie aus den Dokumenten RDF Daten generiert und veröffentlicht werden können, und wie darauf zugegriffen werden kann. Es werden Abfragen erstellt die sich zunächst ausschließlich auf die lokalen Daten beziehen und daraufhin wird demonstriert wie dieses lokale Wissen durch Informationen aus externen Wissensbases angereichert werden kann. Die vorgestellten Ansätze werden im Detail diskutiert und es werden Schnittpunkte für ein mögliches Engagement der Soziologen im Semantic Web Bereich herausgearbeitet, die die vogestellten Analysen und Abfragemöglichkeiten in Zukunft erweitern können

Statistical Extraction of Multilingual Natural Language Patterns for RDF Predicates: Algorithms and Applications

The Data Web has undergone a tremendous growth period. It currently consists of more then 3300 publicly available knowledge bases describing millions of resources from various domains, such as life sciences, government or geography, with over 89 billion facts. In the same way, the Document Web grew to the state where approximately 4.55 billion websites exist, 300 million photos are uploaded on Facebook as well as 3.5 billion Google searches are performed on average every day. However, there is a gap between the Document Web and the Data Web, since for example knowledge bases available on the Data Web are most commonly extracted from structured or semi-structured sources, but the majority of information available on the Web is contained in unstructured sources such as news articles, blog post, photos, forum discussions, etc. As a result, data on the Data Web not only misses a significant fragment of information but also suffers from a lack of actuality since typical extraction methods are time-consuming and can only be carried out periodically. Furthermore, provenance information is rarely taken into consideration and therefore gets lost in the transformation process. In addition, users are accustomed to entering keyword queries to satisfy their information needs. With the availability of machine-readable knowledge bases, lay users could be empowered to issue more specific questions and get more precise answers. In this thesis, we address the problem of Relation Extraction, one of the key challenges pertaining to closing the gap between the Document Web and the Data Web by four means. First, we present a distant supervision approach that allows finding multilingual natural language representations of formal relations already contained in the Data Web. We use these natural language representations to find sentences on the Document Web that contain unseen instances of this relation between two entities. Second, we address the problem of data actuality by presenting a real-time data stream RDF extraction framework and utilize this framework to extract RDF from RSS news feeds. Third, we present a novel fact validation algorithm, based on natural language representations, able to not only verify or falsify a given triple, but also to find trustworthy sources for it on the Web and estimating a time scope in which the triple holds true. The features used by this algorithm to determine if a website is indeed trustworthy are used as provenance information and therewith help to create metadata for facts in the Data Web. Finally, we present a question answering system that uses the natural language representations to map natural language question to formal SPARQL queries, allowing lay users to make use of the large amounts of data available on the Data Web to satisfy their information need

A provenance-based semantic approach to support understandability, reproducibility, and reuse of scientific experiments

Understandability and reproducibility of scientific results are vital in every field of science. Several reproducibility measures are being taken to make the data used in the publications findable and accessible. However, there are many challenges faced by scientists from the beginning of an experiment to the end in particular for data management. The explosive growth of heterogeneous research data and understanding how this data has been derived is one of the research problems faced in this context. Interlinking the data, the steps and the results from the computational and non-computational processes of a scientific experiment is important for the reproducibility. We introduce the notion of end-to-end provenance management'' of scientific experiments to help scientists understand and reproduce the experimental results. The main contributions of this thesis are: (1) We propose a provenance modelREPRODUCE-ME'' to describe the scientific experiments using semantic web technologies by extending existing standards. (2) We study computational reproducibility and important aspects required to achieve it. (3) Taking into account the REPRODUCE-ME provenance model and the study on computational reproducibility, we introduce our tool, ProvBook, which is designed and developed to demonstrate computational reproducibility. It provides features to capture and store provenance of Jupyter notebooks and helps scientists to compare and track their results of different executions. (4) We provide a framework, CAESAR (CollAborative Environment for Scientific Analysis with Reproducibility) for the end-to-end provenance management. This collaborative framework allows scientists to capture, manage, query and visualize the complete path of a scientific experiment consisting of computational and non-computational steps in an interoperable way. We apply our contributions to a set of scientific experiments in microscopy research projects

SUMMARIZATION AND VISUALIZATION OF DIGITAL CONVERSATIONS

Digital conversations are all around us: recorded meetings, television debates, instant messaging, blogs, and discussion forums. With this work, we present some solutions for the condensation and distillation of content from digital conversation based on advanced language technology. At the core of this technology we have argumentative analysis, which allow us to produce high-quality text summaries and intuitive graphical visualizations of conversational content enabling easier and faster access to digital conversations

Spatial ontologies for architectural heritage

Informatics and artificial intelligence have generated new requirements for digital archiving, information, and documentation. Semantic interoperability has become fundamental for the management and sharing of information. The constraints to data interpretation enable both database interoperability, for data and schemas sharing and reuse, and information retrieval in large datasets. Another challenging issue is the exploitation of automated reasoning possibilities. The solution is the use of domain ontologies as a reference for data modelling in information systems. The architectural heritage (AH) domain is considered in this thesis. The documentation in this field, particularly complex and multifaceted, is well-known to be critical for the preservation, knowledge, and promotion of the monuments. For these reasons, digital inventories, also exploiting standards and new semantic technologies, are developed by international organisations (Getty Institute, ONU, European Union). Geometric and geographic information is essential part of a monument. It is composed by a number of aspects (spatial, topological, and mereological relations; accuracy; multi-scale representation; time; etc.). Currently, geomatics permits the obtaining of very accurate and dense 3D models (possibly enriched with textures) and derived products, in both raster and vector format. Many standards were published for the geographic field or in the cultural heritage domain. However, the first ones are limited in the foreseen representation scales (the maximum is achieved by OGC CityGML), and the semantic values do not consider the full semantic richness of AH. The second ones (especially the core ontology CIDOC – CRM, the Conceptual Reference Model of the Documentation Commettee of the International Council of Museums) were employed to document museums’ objects. Even if it was recently extended to standing buildings and a spatial extension was included, the integration of complex 3D models has not yet been achieved. In this thesis, the aspects (especially spatial issues) to consider in the documentation of monuments are analysed. In the light of them, the OGC CityGML is extended for the management of AH complexity. An approach ‘from the landscape to the detail’ is used, for considering the monument in a wider system, which is essential for analysis and reasoning about such complex objects. An implementation test is conducted on a case study, preferring open source applications

Binary RDF for Scalable Publishing, Exchanging and Consumption in the Web of Data

El actual diluvio de datos está inundando la web con grandes volúmenes de datos representados en RDF, dando lugar a la denominada 'Web de Datos'. En esta tesis proponemos, en primer lugar, un estudio profundo de aquellos textos que nos permitan abordar un conocimiento global de la estructura real de los conjuntos de datos RDF, HDT, que afronta la representación eficiente de grandes volúmenes de datos RDF a través de estructuras optimizadas para su almacenamiento y transmisión en red. HDT representa efizcamente un conjunto de datos RDF a través de su división en tres componentes: la cabecera (Header), el diccionario (Dictionary) y la estructura de sentencias RDF (Triples). A continuación, nos centramos en proveer estructuras eficientes de dichos componentes, ocupando un espacio comprimido al tiempo que se permite el acceso directo a cualquier dat

Evaluation Methodologies for Visual Information Retrieval and Annotation

Die automatisierte Evaluation von Informations-Retrieval-Systemen erlaubt Performanz und Qualität der Informationsgewinnung zu bewerten. Bereits in den 60er Jahren wurden erste Methodologien für die system-basierte Evaluation aufgestellt und in den Cranfield Experimenten überprüft. Heutzutage gehören Evaluation, Test und Qualitätsbewertung zu einem aktiven Forschungsfeld mit erfolgreichen Evaluationskampagnen und etablierten Methoden. Evaluationsmethoden fanden zunächst in der Bewertung von Textanalyse-Systemen Anwendung. Mit dem rasanten Voranschreiten der Digitalisierung wurden diese Methoden sukzessive auf die Evaluation von Multimediaanalyse-Systeme übertragen. Dies geschah häufig, ohne die Evaluationsmethoden in Frage zu stellen oder sie an die veränderten Gegebenheiten der Multimediaanalyse anzupassen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der system-basierten Evaluation von Indizierungssystemen für Bildkollektionen. Sie adressiert drei Problemstellungen der Evaluation von Annotationen: Nutzeranforderungen für das Suchen und Verschlagworten von Bildern, Evaluationsmaße für die Qualitätsbewertung von Indizierungssystemen und Anforderungen an die Erstellung visueller Testkollektionen. Am Beispiel der Evaluation automatisierter Photo-Annotationsverfahren werden relevante Konzepte mit Bezug zu Nutzeranforderungen diskutiert, Möglichkeiten zur Erstellung einer zuverlässigen Ground Truth bei geringem Kosten- und Zeitaufwand vorgestellt und Evaluationsmaße zur Qualitätsbewertung eingeführt, analysiert und experimentell verglichen. Traditionelle Maße zur Ermittlung der Performanz werden in vier Dimensionen klassifiziert. Evaluationsmaße vergeben üblicherweise binäre Kosten für korrekte und falsche Annotationen. Diese Annahme steht im Widerspruch zu der Natur von Bildkonzepten. Das gemeinsame Auftreten von Bildkonzepten bestimmt ihren semantischen Zusammenhang und von daher sollten diese auch im Zusammenhang auf ihre Richtigkeit hin überprüft werden. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie semantische Ähnlichkeiten visueller Konzepte automatisiert abgeschätzt und in den Evaluationsprozess eingebracht werden können. Die Ergebnisse der Arbeit inkludieren ein Nutzermodell für die konzeptbasierte Suche von Bildern, eine vollständig bewertete Testkollektion und neue Evaluationsmaße für die anforderungsgerechte Qualitätsbeurteilung von Bildanalysesystemen.Performance assessment plays a major role in the research on Information Retrieval (IR) systems. Starting with the Cranfield experiments in the early 60ies, methodologies for the system-based performance assessment emerged and established themselves, resulting in an active research field with a number of successful benchmarking activities. With the rise of the digital age, procedures of text retrieval evaluation were often transferred to multimedia retrieval evaluation without questioning their direct applicability. This thesis investigates the problem of system-based performance assessment of annotation approaches in generic image collections. It addresses three important parts of annotation evaluation, namely user requirements for the retrieval of annotated visual media, performance measures for multi-label evaluation, and visual test collections. Using the example of multi-label image annotation evaluation, I discuss which concepts to employ for indexing, how to obtain a reliable ground truth to moderate costs, and which evaluation measures are appropriate. This is accompanied by a thorough analysis of related work on system-based performance assessment in Visual Information Retrieval (VIR). Traditional performance measures are classified into four dimensions and investigated according to their appropriateness for visual annotation evaluation. One of the main ideas in this thesis adheres to the common assumption on the binary nature of the score prediction dimension in annotation evaluation. However, the predicted concepts and the set of true indexed concepts interrelate with each other. This work will show how to utilise these semantic relationships for a fine-grained evaluation scenario. Outcomes of this thesis result in a user model for concept-based image retrieval, a fully assessed image annotation test collection, and a number of novel performance measures for image annotation evaluation