Open-domain web-based multiple document : question answering for list questions with support for temporal restrictors

Tese de doutoramento, Informática (Ciências da Computação), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015With the growth of the Internet, more people are searching for information on the Web. The combination of web growth and improvements in Information Technology has reignited the interest in Question Answering (QA) systems. QA is a type of information retrieval combined with natural language processing techniques that aims at finding answers to natural language questions. List questions have been widely studied in the QA field. These are questions that require a list of correct answers, making the task of correctly answering them more complex. In List questions, the answers may lie in the same document or spread over multiple documents. In the latter case, a QA system able to answer List questions has to deal with the fusion of partial answers. The current Question Answering state-of-the-art does not provide yet a good way to tackle this complex problem of collecting the exact answers from multiple documents. Our goal is to provide better QA solutions to users, who desire direct answers, using approaches that deal with the complex problem of extracting answers found spread over several documents. The present dissertation address the problem of answering Open-domain List questions by exploring redundancy and combining it with heuristics to improve QA accuracy. Our approach uses the Web as information source, since it is several orders of magnitude larger than other document collections. Besides handling List questions, we develop an approach with special focus on questions that include temporal information. In this regard, the current work addresses a topic that was lacking specific research. A additional purpose of this dissertation is to report on important results of the research combining Web-based QA, List QA and Temporal QA. Besides the evaluation of our approach itself we compare our system with other QA systems in order to assess its performance relative to the state-of-the-art. Finally, our approaches to answer List questions and List questions with temporal information are implemented into a fully-fledged Open-domain Web-based Question Answering System that provides answers retrieved from multiple documents.Com o crescimento da Internet cada vez mais pessoas buscam informações usando a Web. A combinação do crescimento da Internet com melhoramentos na Tecnologia da Informação traz como consequência o renovado interesse em Sistemas de Respostas a Perguntas (SRP). SRP combina técnicas de recuperação de informação com ferramentas de apoio à linguagem natural com o objetivo de encontrar respostas para perguntas em linguagem natural. Perguntas do tipo lista têm sido largamente estudadas nesta área. Neste tipo de perguntas é esperada uma lista de respostas corretas, o que torna a tarefa de responder a perguntas do tipo lista ainda mais complexa. As respostas para este tipo de pergunta podem ser encontradas num único documento ou espalhados em múltiplos documentos. No último caso, um SRP deve estar preparado para lidar com a fusão de respostas parciais. Os SRP atuais ainda não providenciam uma boa forma de lidar com este complexo problema de coletar respostas de múltiplos documentos. Nosso objetivo é prover melhores soluções para utilizadores que desejam buscar respostas diretas usando abordagens para extrair respostas de múltiplos documentos. Esta dissertação aborda o problema de responder a perguntas de domínio aberto explorando redundância combinada com heurísticas. Nossa abordagem usa a Internet como fonte de informação uma vez que a Web é a maior coleção de documentos da atualidade. Para além de responder a perguntas do tipo lista, nós desenvolvemos uma abordagem para responder a perguntas com restrição temporal. Neste sentido, o presente trabalho aborda este tema onde há pouca investigação específica. Adicionalmente, esta dissertação tem o propósito de informar sobre resultados importantes desta pesquisa que combina várias áreas: SRP com base na Web, SRP especialmente desenvolvidos para responder perguntas do tipo lista e também com restrição temporal. Além da avaliação da nossa própria abordagem, comparamos o nosso sistema com outros SRP, a fim de avaliar o seu desempenho em relação ao estado da arte. Por fim, as nossas abordagens para responder a perguntas do tipo lista e perguntas do tipo lista com informações temporais são implementadas em um Sistema online de Respostas a Perguntas de domínio aberto que funciona diretamente sob a Web e que fornece respostas extraídas de múltiplos documentos.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), SFRH/BD/65647/2009; European Commission, projeto QTLeap (Quality Translation by Deep Language Engineering Approache

Robust question answering

Tese de Doutoramento em Informática na especialidade de Informática apresentada à Universidade AbertaUm sistema automático de pergunta resposta tem como objectivo dar uma resposta curta e precisa a uma pergunta formulada em língua natural, pesquisando uma base de conhecimento constituída por texto em língua natural. As fontes deste tipo de conhecimento são numerosas, dado que o texto escrito constitui uma forma preferencial de comunicação humana. A informação varia desde o tradicional texto editado, como é o caso das enciclopédias e dos artigos de jornal, até texto obtido através de modernos processos automáticos, como os reconhecedores automáticos de fala. O trabalho descrito no presente documento centra-se na língua Portuguesa e em sistemas de pergunta resposta de domínio aberto, o que significa que nem a pergunta nem a colecção de textos se restringem a uma área específica. Ambas as formas de texto escrito referidas no parágrafo anterior sãoo consideradas. Dado que a recuperação de informação é essencial num sistema de pergunta resposta, as técnicas mais actuais utilizadas nestas duas áreas neste tipo de sistema são objecto de um estudo aprofundado, tanto no que diz respeito aos seus aspectos mais práticos, como as suas motivações teóricas. Uma vez que um sistema nunca pode ser simples demais, desde que cumpra as especificações e produza resultados de elevada qualidade, é feita uma análise de custo benefício das técnicas passíveis de serem utilizadas, dando preferência a soluções simples. O principal objectivo do presente trabalho é assim estudar e desenvolver componentes inovadores para recuperação de informação e pergunta resposta, e a construção de um sistema de pergunta resposta completo, eficiente e robusto, capaz de competir com os sistemas mais avançados existentes actualmente. Uma opção importante tomada foi a utilização da língua Portuguesa, uma língua falada por um vasto número de pessoas, o que constitui um requisito importante para um sistema de pergunta resposta, quer pela existência de um volume importante de texto escrito disponível nesta língua, quer pelo número de possíveis utilizadores de uma aplicação específica para o Português. Há no entanto que ter em conta a existiência de menor número de recursos linguísticos para a língua Portuguesa, especialmente se comparada com a língua Inglesa, que é correntemente a "língua franca" da investigação científica. É precisamente este o motivo do presente documento estar escrito na língua Inglesa: permitir a participação nos trabalhos e a validação de resultados internacionalmente, sendo este facto totalmente compatível com a focalização do estudo e dos trabalhos na língua Portuguesa, alargando inclusivamente a sua divulgação para públicos não falantes da mesma. Na abordagem para a realização deste trabalho esta opção foi tomada em conjunto com uma outra que foi explorar as potencialidades da Wikipedia como recurso de base de QA, e que se revelou de extrema utilidade em várias vertentes do trabalho desenvolvido. As caracteristicas da Wikipedia que se consideraram mais relevantes foram o facto da informação estar disponível gratuitamente, e de resultar do esforço conjunto de um elevado número de utilizadores, o que viabiliza o desenvolvimento de aplicações para as quais seja util conhecimento enciclopédico e conhecimento de natureza ontológica. Ambas as vertentes foram utilizadas de forma inovadora no presente sistema. Apresenta-se neste trabalho o sistema de pergunta resposta, que foi desenvolvido de raiz, e que provou estar ao nível dos melhores sistemas de pergunta resposta, dado que foi submetido a avaliação em 2008 no Fórum de Avaliação Internacional CLEF (Cross Language Evaluation F orum) e se classificou em terceiro lugar entre os seis participantes concorrentes na categoria de sistemas de pergunta resposta em Português, onde era o único sistema a participar pela primeira vez. A taxa de primeiras respostas correctas foi de 32,5%. Este resultado permitiu obter o 5º lugar entre os 21 sistemas participantes nas 11 línguas disponíveis, sendo de referir o elevado nível dos sistemas concorrentes para o Português, dado que nos três primeiros lugares se classificaram dois sistemas para o Português, com o sistema da companhia Portuguesa Priberam ocupando a primeira posição com uma taxa de primeiras respostas correctas de 63,5% e o sistema da Universidade de Evora classificado em terceiro lugar, com uma taxa de primeiras respostas correctas de 46,5%. Os melhoramentos introduzidos após a análise dos resultados obtidos, que foi feita considerando quer as respostas do próprio sistema, quer as respostas produzidas pelos restantes sistemas, resultaram num considerável aumento da taxa de primeiras respostas correctas, para 50,5%, o que se seria correspondente a um segundo lugar nos resultados para o Português. O sistema desenvolvido é eficiente na indexação e resposta a perguntas, levando, na sua versão melhorada, apenas 4 horas para indexar toda a colecção de textos utilizada na tarefa do QA@CLEF 2008, e cerca de dois minutos a responder as 200 perguntas da tarefa, o que corresponde a uma média de 0,6 segundos para responder a uma pergunta. De referir que nenhum participante divulgou dados sobre a eficiência do sistema. Apenas se encontraram publicados dados de eficiência para um sistema que não participou na avaliação, que reporta valores médios de resposta por pergunta de 22 segundos. O sistema foi ainda testado num caso de estudo envolvendo perguntas efectuadas sobre o conteúdo de peças faladas. A base de textos que é pesquisada neste caso, consiste nos textos obtidos de forma automática a partir do reconhecimento automático da fala. Dado que a tarefa do Fórum de Avaliação CLEF para sistemas automáticos a responder a perguntas sobre transcrições automáticas (QAST - Question Answering over Speech Transcripts) não incluí a língua Portuguesa, os dados tiveram que ser todos recolhidos e organizados tendo sido criado um recurso que permite fazer testes de sistemas para o Português. Este recurso tem como base um corpo constituído pelos Telejornais da Rádio Televisão Portuguesa, RTP, nas suas edições da noite dos canais 1 e 2, correspondente aos meses de Junho a Setembro de 2008. Este corpo consiste em cerca de 180 horas de duração, transcritas automaticamente e enriquecidas com colocação automática de pontuação. Foi feito um conjunto de 100 perguntas, baseadas em transcrições manuais, e que foi utilizado para testar o sistema. O sistema demonstrou ser robusto, pois mesmo na presença de texto com palavras incorrectamente reconhecidas, ou pontuação colocada fora dos locais correctos, o sistema obteve 30% de taxa de primeiras respostas correctas, 42% de taxa de respostas correctas nas três primeiras respostas, e uma taxa de 60% de localização do excerto onde se encontra a resposta correcta. Este ultimo valor tem uma aplicação interessante de localização de um determinado tema num conjunto de diversas horas de vídeo, através de uma pergunta formulada em língua natural. Os resultados obtidos estão ao nível dos melhores reportados nas avaliações QAST do QA@CLEF. Dado que o principal objectivo traçado para o presente projecto de doutoramento, era estudar e desenvolver componentes inovadores de recuperação de informação e pergunta resposta que conduzissem a construção de um sistema de pergunta resposta para o Português, completo eficiente e robusto, e com resultados ao nível dos melhores sistemas, considera-se que o objectivo foi plenamente atingido. Relativamente ao uso do Português como língua de trabalho, confirma-se o facto de que os resultados obtidos para esta língua na área de sistemas de pergunta resposta estão ao melhor nível dos sistemas actuais para outras línguas, provando-se ser possível ultrapassar o problema de escassez de recursos. Os resultados validam também o conceito da existência de corpus onde coexistem textos com origem em distintas variantes de Português, nomeadamente Europeia e Brasileira, mas não só. No que diz respeito a língua falada, os resultados obtidos no caso de estudo indicam uma necessidade de tratamento específico para estas duas diferentes variantes do Português.A Question Answering (QA) system should provide a short and precise answer to a question in natural language, by searching a large knowledge base consisting of natural language text. The sources of the knowledge base are widely available, for written natural language text is a preferential form of human communication. The information ranges from the more traditional edited texts, for example encyclopaedias or newspaper articles, to text obtained by modern automatic processes, as automatic speech recognizers. The work described in the present document focuses on the Portuguese language and open domain question answering, meaning that neither the questions nor the texts are restricted to a speci c area, and it aims to address both types of written text. Since information retrieval is essential for a QA system, a careful analysis of the current state-of-the-art in information retrieval and question answering components is conducted. A complete, e cient and robust question answering system is developed in this thesis, consisting of new modules for information retrieval and question answering, that is competitive with current QA systems. The system was evaluated at the Portuguese monolingual task of QA@CLEF 2008 and achieved the 3rd place in 6 Portuguese participants and 5th place among the 21 participants of 11 languages. The system was also tested in Question Answering over Speech Transcripts (QAST), but outside the o cial evaluation QAST of QA@CLEF, since Portuguese was not among the available languages for this task. For that reason, an entire test environment consisting of a corpus of transcribed broadcast news and a matching question set was built in the scope of this work, so that experiments could be made. The system proved to be robust in the presence of automatically transcribed data, with results in line with the best reported at QAST