A Cross-domain and Cross-language Knowledge-based Representation of Text and its Meaning

Tesis por compendioNatural Language Processing (NLP) is a field of computer science, artificial intelligence, and computational linguistics concerned with the interactions between computers and human languages. One of its most challenging aspects involves enabling computers to derive meaning from human natural language. To do so, several meaning or context representations have been proposed with competitive performance. However, these representations still have room for improvement when working in a cross-domain or cross-language scenario. In this thesis we study the use of knowledge graphs as a cross-domain and cross-language representation of text and its meaning. A knowledge graph is a graph that expands and relates the original concepts belonging to a set of words. We obtain its characteristics using a wide-coverage multilingual semantic network as knowledge base. This allows to have a language coverage of hundreds of languages and millions human-general and -specific concepts. As starting point of our research we employ knowledge graph-based features - along with other traditional ones and meta-learning - for the NLP task of single- and cross-domain polarity classification. The analysis and conclusions of that work provide evidence that knowledge graphs capture meaning in a domain-independent way. The next part of our research takes advantage of the multilingual semantic network and focuses on cross-language Information Retrieval (IR) tasks. First, we propose a fully knowledge graph-based model of similarity analysis for cross-language plagiarism detection. Next, we improve that model to cover out-of-vocabulary words and verbal tenses and apply it to cross-language document retrieval, categorisation, and plagiarism detection. Finally, we study the use of knowledge graphs for the NLP tasks of community questions answering, native language identification, and language variety identification. The contributions of this thesis manifest the potential of knowledge graphs as a cross-domain and cross-language representation of text and its meaning for NLP and IR tasks. These contributions have been published in several international conferences and journals.El Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN) es un campo de la informática, la inteligencia artificial y la lingüística computacional centrado en las interacciones entre las máquinas y el lenguaje de los humanos. Uno de sus mayores desafíos implica capacitar a las máquinas para inferir el significado del lenguaje natural humano. Con este propósito, diversas representaciones del significado y el contexto han sido propuestas obteniendo un rendimiento competitivo. Sin embargo, estas representaciones todavía tienen un margen de mejora en escenarios transdominios y translingües. En esta tesis estudiamos el uso de grafos de conocimiento como una representación transdominio y translingüe del texto y su significado. Un grafo de conocimiento es un grafo que expande y relaciona los conceptos originales pertenecientes a un conjunto de palabras. Sus propiedades se consiguen gracias al uso como base de conocimiento de una red semántica multilingüe de amplia cobertura. Esto permite tener una cobertura de cientos de lenguajes y millones de conceptos generales y específicos del ser humano. Como punto de partida de nuestra investigación empleamos características basadas en grafos de conocimiento - junto con otras tradicionales y meta-aprendizaje - para la tarea de PLN de clasificación de la polaridad mono- y transdominio. El análisis y conclusiones de ese trabajo muestra evidencias de que los grafos de conocimiento capturan el significado de una forma independiente del dominio. La siguiente parte de nuestra investigación aprovecha la capacidad de la red semántica multilingüe y se centra en tareas de Recuperación de Información (RI). Primero proponemos un modelo de análisis de similitud completamente basado en grafos de conocimiento para detección de plagio translingüe. A continuación, mejoramos ese modelo para cubrir palabras fuera de vocabulario y tiempos verbales, y lo aplicamos a las tareas translingües de recuperación de documentos, clasificación, y detección de plagio. Por último, estudiamos el uso de grafos de conocimiento para las tareas de PLN de respuesta de preguntas en comunidades, identificación del lenguaje nativo, y identificación de la variedad del lenguaje. Las contribuciones de esta tesis ponen de manifiesto el potencial de los grafos de conocimiento como representación transdominio y translingüe del texto y su significado en tareas de PLN y RI. Estas contribuciones han sido publicadas en diversas revistas y conferencias internacionales.El Processament del Llenguatge Natural (PLN) és un camp de la informàtica, la intel·ligència artificial i la lingüística computacional centrat en les interaccions entre les màquines i el llenguatge dels humans. Un dels seus majors reptes implica capacitar les màquines per inferir el significat del llenguatge natural humà. Amb aquest propòsit, diverses representacions del significat i el context han estat proposades obtenint un rendiment competitiu. No obstant això, aquestes representacions encara tenen un marge de millora en escenaris trans-dominis i trans-llenguatges. En aquesta tesi estudiem l'ús de grafs de coneixement com una representació trans-domini i trans-llenguatge del text i el seu significat. Un graf de coneixement és un graf que expandeix i relaciona els conceptes originals pertanyents a un conjunt de paraules. Les seves propietats s'aconsegueixen gràcies a l'ús com a base de coneixement d'una xarxa semàntica multilingüe d'àmplia cobertura. Això permet tenir una cobertura de centenars de llenguatges i milions de conceptes generals i específics de l'ésser humà. Com a punt de partida de la nostra investigació emprem característiques basades en grafs de coneixement - juntament amb altres tradicionals i meta-aprenentatge - per a la tasca de PLN de classificació de la polaritat mono- i trans-domini. L'anàlisi i conclusions d'aquest treball mostra evidències que els grafs de coneixement capturen el significat d'una forma independent del domini. La següent part de la nostra investigació aprofita la capacitat\hyphenation{ca-pa-ci-tat} de la xarxa semàntica multilingüe i se centra en tasques de recuperació d'informació (RI). Primer proposem un model d'anàlisi de similitud completament basat en grafs de coneixement per a detecció de plagi trans-llenguatge. A continuació, vam millorar aquest model per cobrir paraules fora de vocabulari i temps verbals, i ho apliquem a les tasques trans-llenguatges de recuperació de documents, classificació, i detecció de plagi. Finalment, estudiem l'ús de grafs de coneixement per a les tasques de PLN de resposta de preguntes en comunitats, identificació del llenguatge natiu, i identificació de la varietat del llenguatge. Les contribucions d'aquesta tesi posen de manifest el potencial dels grafs de coneixement com a representació trans-domini i trans-llenguatge del text i el seu significat en tasques de PLN i RI. Aquestes contribucions han estat publicades en diverses revistes i conferències internacionals.Franco Salvador, M. (2017). A Cross-domain and Cross-language Knowledge-based Representation of Text and its Meaning [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84285TESISCompendi

Cross-view Embeddings for Information Retrieval

In this dissertation, we deal with the cross-view tasks related to information retrieval using embedding methods. We study existing methodologies and propose new methods to overcome their limitations. We formally introduce the concept of mixed-script IR, which deals with the challenges faced by an IR system when a language is written in different scripts because of various technological and sociological factors. Mixed-script terms are represented by a small and finite feature space comprised of character n-grams. We propose the cross-view autoencoder (CAE) to model such terms in an abstract space and CAE provides the state-of-the-art performance. We study a wide variety of models for cross-language information retrieval (CLIR) and propose a model based on compositional neural networks (XCNN) which overcomes the limitations of the existing methods and achieves the best results for many CLIR tasks such as ad-hoc retrieval, parallel sentence retrieval and cross-language plagiarism detection. We empirically test the proposed models for these tasks on publicly available datasets and present the results with analyses. In this dissertation, we also explore an effective method to incorporate contextual similarity for lexical selection in machine translation. Concretely, we investigate a feature based on context available in source sentence calculated using deep autoencoders. The proposed feature exhibits statistically significant improvements over the strong baselines for English-to-Spanish and English-to-Hindi translation tasks. Finally, we explore the the methods to evaluate the quality of autoencoder generated representations of text data and analyse its architectural properties. For this, we propose two metrics based on reconstruction capabilities of the autoencoders: structure preservation index (SPI) and similarity accumulation index (SAI). We also introduce a concept of critical bottleneck dimensionality (CBD) below which the structural information is lost and present analyses linking CBD and language perplexity.En esta disertación estudiamos problemas de vistas-múltiples relacionados con la recuperación de información utilizando técnicas de representación en espacios de baja dimensionalidad. Estudiamos las técnicas existentes y proponemos nuevas técnicas para solventar algunas de las limitaciones existentes. Presentamos formalmente el concepto de recuperación de información con escritura mixta, el cual trata las dificultades de los sistemas de recuperación de información cuando los textos contienen escrituras en distintos alfabetos debido a razones tecnológicas y socioculturales. Las palabras en escritura mixta son representadas en un espacio de características finito y reducido, compuesto por n-gramas de caracteres. Proponemos los auto-codificadores de vistas-múltiples (CAE, por sus siglas en inglés) para modelar dichas palabras en un espacio abstracto, y esta técnica produce resultados de vanguardia. En este sentido, estudiamos varios modelos para la recuperación de información entre lenguas diferentes (CLIR, por sus siglas en inglés) y proponemos un modelo basado en redes neuronales composicionales (XCNN, por sus siglas en inglés), el cual supera las limitaciones de los métodos existentes. El método de XCNN propuesto produce mejores resultados en diferentes tareas de CLIR tales como la recuperación de información ad-hoc, la identificación de oraciones equivalentes en lenguas distintas y la detección de plagio entre lenguas diferentes. Para tal efecto, realizamos pruebas experimentales para dichas tareas sobre conjuntos de datos disponibles públicamente, presentando los resultados y análisis correspondientes. En esta disertación, también exploramos un método eficiente para utilizar similitud semántica de contextos en el proceso de selección léxica en traducción automática. Específicamente, proponemos características extraídas de los contextos disponibles en las oraciones fuentes mediante el uso de auto-codificadores. El uso de las características propuestas demuestra mejoras estadísticamente significativas sobre sistemas de traducción robustos para las tareas de traducción entre inglés y español, e inglés e hindú. Finalmente, exploramos métodos para evaluar la calidad de las representaciones de datos de texto generadas por los auto-codificadores, a la vez que analizamos las propiedades de sus arquitecturas. Como resultado, proponemos dos nuevas métricas para cuantificar la calidad de las reconstrucciones generadas por los auto-codificadores: el índice de preservación de estructura (SPI, por sus siglas en inglés) y el índice de acumulación de similitud (SAI, por sus siglas en inglés). También presentamos el concepto de dimensión crítica de cuello de botella (CBD, por sus siglas en inglés), por debajo de la cual la información estructural se deteriora. Mostramos que, interesantemente, la CBD está relacionada con la perplejidad de la lengua.En aquesta dissertació estudiem els problemes de vistes-múltiples relacionats amb la recuperació d'informació utilitzant tècniques de representació en espais de baixa dimensionalitat. Estudiem les tècniques existents i en proposem unes de noves per solucionar algunes de les limitacions existents. Presentem formalment el concepte de recuperació d'informació amb escriptura mixta, el qual tracta les dificultats dels sistemes de recuperació d'informació quan els textos contenen escriptures en diferents alfabets per motius tecnològics i socioculturals. Les paraules en escriptura mixta són representades en un espai de característiques finit i reduït, composat per n-grames de caràcters. Proposem els auto-codificadors de vistes-múltiples (CAE, per les seves sigles en anglès) per modelar aquestes paraules en un espai abstracte, i aquesta tècnica produeix resultats d'avantguarda. En aquest sentit, estudiem diversos models per a la recuperació d'informació entre llengües diferents (CLIR , per les sevas sigles en anglès) i proposem un model basat en xarxes neuronals composicionals (XCNN, per les sevas sigles en anglès), el qual supera les limitacions dels mètodes existents. El mètode de XCNN proposat produeix millors resultats en diferents tasques de CLIR com ara la recuperació d'informació ad-hoc, la identificació d'oracions equivalents en llengües diferents, i la detecció de plagi entre llengües diferents. Per a tal efecte, realitzem proves experimentals per aquestes tasques sobre conjunts de dades disponibles públicament, presentant els resultats i anàlisis corresponents. En aquesta dissertació, també explorem un mètode eficient per utilitzar similitud semàntica de contextos en el procés de selecció lèxica en traducció automàtica. Específicament, proposem característiques extretes dels contextos disponibles a les oracions fonts mitjançant l'ús d'auto-codificadors. L'ús de les característiques proposades demostra millores estadísticament significatives sobre sistemes de traducció robustos per a les tasques de traducció entre anglès i espanyol, i anglès i hindú. Finalment, explorem mètodes per avaluar la qualitat de les representacions de dades de text generades pels auto-codificadors, alhora que analitzem les propietats de les seves arquitectures. Com a resultat, proposem dues noves mètriques per quantificar la qualitat de les reconstruccions generades pels auto-codificadors: l'índex de preservació d'estructura (SCI, per les seves sigles en anglès) i l'índex d'acumulació de similitud (SAI, per les seves sigles en anglès). També presentem el concepte de dimensió crítica de coll d'ampolla (CBD, per les seves sigles en anglès), per sota de la qual la informació estructural es deteriora. Mostrem que, de manera interessant, la CBD està relacionada amb la perplexitat de la llengua.Gupta, PA. (2017). Cross-view Embeddings for Information Retrieval [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/78457TESI

A Systematic Study of Knowledge Graph Analysis for Cross-language Plagiarism Detection

This is the author’s version of a work that was accepted for publication in Information Processing and Management. Changes resulting from the publishing process, such as peer review, editing, corrections, structural formatting, and other quality control mechanisms may not be reflected in this document. Changes may have been made to this work since it was submitted for publication. A definitive version was subsequently published in Information Processing and Management 52 (2016) 550–570. DOI 10.1016/j.ipm.2015.12.004Cross-language plagiarism detection aims to detect plagiarised fragments of text among documents in different languages. In this paper, we perform a systematic examination of Cross-language Knowledge Graph Analysis; an approach that represents text fragments using knowledge graphs as a language independent content model. We analyse the contributions to cross-language plagiarism detection of the different aspects covered by knowledge graphs: word sense disambiguation, vocabulary expansion, and representation by similarities with a collection of concepts. In addition, we study both the relevance of concepts and their relations when detecting plagiarism. Finally, as a key component of the knowledge graph construction, we present a new weighting scheme of relations between concepts based on distributed representations of concepts. Experimental results in Spanish–English and German–English plagiarism detection show state-of-the-art performance and provide interesting insights on the use of knowledge graphs. © 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.This research has been carried out in the framework of the European Commission WIQ-EI IRSES (No. 269180) and DIANA APPLICATIONS - Finding Hidden Knowledge in Texts: Applications (TIN2012-38603-C02-01) projects. We would like to thank Tomas Mikolov, Martin Potthast, and Luis A. Leiva for their support and comments during this research.Franco-Salvador, M.; Rosso, P.; Montes Gomez, M. (2016). A Systematic Study of Knowledge Graph Analysis for Cross-language Plagiarism Detection. Information Processing and Management. 52(4):550-570. https://doi.org/10.1016/j.ipm.2015.12.004S55057052

CHORUS Deliverable 2.1: State of the Art on Multimedia Search Engines

Based on the information provided by European projects and national initiatives related to multimedia search as well as domains experts that participated in the CHORUS Think-thanks and workshops, this document reports on the state of the art related to multimedia content search from, a technical, and socio-economic perspective. The technical perspective includes an up to date view on content based indexing and retrieval technologies, multimedia search in the context of mobile devices and peer-to-peer networks, and an overview of current evaluation and benchmark inititiatives to measure the performance of multimedia search engines. From a socio-economic perspective we inventorize the impact and legal consequences of these technical advances and point out future directions of research

Review of Semantic Importance and Role of using Ontologies in Web Information Retrieval Techniques

The Web contains an enormous amount of information, which is managed to accumulate, researched, and regularly used by many users. The nature of the Web is multilingual and growing very fast with its diverse nature of data including unstructured or semi-structured data such as Websites, texts, journals, and files. Obtaining critical relevant data from such vast data with its diverse nature has been a monotonous and challenging task. Simple key phrase data gathering systems rely heavily on statistics, resulting in a word incompatibility problem related to a specific word's inescapable semantic and situation variants. As a result, there is an urgent need to arrange such colossal data systematically to find out the relevant information that can be quickly analyzed and fulfill the users' needs in the relevant context. Over the years ontologies are widely used in the semantic Web to contain unorganized information systematic and structured manner. Still, they have also significantly enhanced the efficiency of various information recovery approaches. Ontological information gathering systems recover files focused on the semantic relation of the search request and the searchable information. This paper examines contemporary ontology-based information extraction techniques for texts, interactive media, and multilingual data types. Moreover, the study tried to compare and classify the most significant developments utilized in the search and retrieval techniques and their major disadvantages and benefits

Exploring Crosslingual Word Embeddings for Semantic Classification in Text and Dialogue

Current approaches to learning crosslingual word emebeddings provide a decent performance when based on a big amount of parallel data. Considering the fact, that most of the languages are under-resourced and lack structured lexical materials, it makes it difficult to implement them into such methods, and, respectively, into any human language technologies. In this thesis we explore whether crosslingual mapping between two sets of monolingual word embeddings obtained separately is strong enough to present competitive results on semantic classification tasks. Our experiment involves learning crosslingual transfer between German and French word vectors based on the combination of adversarial approach and the Procrustes algorithm. We evaluate embeddings on topic classification, sentiment analysis and humour detection tasks. We use a German subset of a multilingual data set for training, and a French subset for testing our models. Results across German and French languages prove that word vectors mapped into a shared vector space are able to obtain and transfer semantic information from one language to another successfully. We also show that crosslingual mapping does not weaken the monolingual connections between words in one language