Network Analysis on Incomplete Structures.

Over the past decade, networks have become an increasingly popular abstraction for problems in the physical, life, social and information sciences. Network analysis can be used to extract insights into an underlying system from the structure of its network representation. One of the challenges of applying network analysis is the fact that networks do not always have an observed and complete structure. This dissertation focuses on the problem of imputation and/or inference in the presence of incomplete network structures. I propose four novel systems, each of which, contain a module that involves the inference or imputation of an incomplete network that is necessary to complete the end task. I first propose EdgeBoost, a meta-algorithm and framework that repeatedly applies a non-deterministic link predictor to improve the efficacy of community detection algorithms on networks with missing edges. On average EdgeBoost improves performance of existing algorithms by 7% on artificial data and 17% on ego networks collected from Facebook. The second system, Butterworth, identifies a social network user's topic(s) of interests and automatically generates a set of social feed ``rankers'' that enable the user to see topic specific sub-feeds. Butterworth uses link prediction to infer the missing semantics between members of a user's social network in order to detect topical clusters embedded in the network structure. For automatically generated topic lists, Butterworth achieves an average top-10 precision of 78%, as compared to a time-ordered baseline of 45%. Next, I propose Dobby, a system for constructing a knowledge graph of user-defined keyword tags. Leveraging a sparse set of labeled edges, Dobby trains a supervised learning algorithm to infer the hypernym relationships between keyword tags. Dobby was evaluated by constructing a knowledge graph of LinkedIn's skills dataset, achieving an average precision of 85% on a set of human labeled hypernym edges between skills. Lastly, I propose Lobbyback, a system that automatically identifies clusters of documents that exhibit text reuse and generates ``prototypes'' that represent a canonical version of text shared between the documents. Lobbyback infers a network structure in a corpus of documents and uses community detection in order to extract the document clusters.PhDComputer Science and EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/133443/1/mattburg_1.pd

Using natural language processing for question answering in closed and open domains

With regard to the growth in the amount of social, environmental, and biomedical information available digitally, there is a growing need for Question Answering (QA) systems that can empower users to master this new wealth of information. Despite recent progress in QA, the quality of interpretation and extraction of the desired answer is not adequate. We believe that striving for higher accuracy in QA systems is subject to on-going research, i.e., it is better to have no answer is better than wrong answers. However, there are diverse queries, which the state of the art QA systems cannot interpret and answer properly. The problem of interpreting a question in a way that could preserve its syntactic-semantic structure is considered as one of the most important challenges in this area. In this work we focus on the problems of semantic-based QA systems and analyzing the effectiveness of NLP techniques, query mapping, and answer inferencing both in closed (first scenario) and open (second scenario) domains. For this purpose, the architecture of Semantic-based closed and open domain Question Answering System (hereafter “ScoQAS”) over ontology resources is presented with two different prototyping: Ontology-based closed domain and an open domain under Linked Open Data (LOD) resource. The ScoQAS is based on NLP techniques combining semantic-based structure-feature patterns for question classification and creating a question syntactic-semantic information structure (QSiS). The QSiS provides an actual potential by building constraints to formulate the related terms on syntactic-semantic aspects and generating a question graph (QGraph) which facilitates making inference for getting a precise answer in the closed domain. In addition, our approach provides a convenient method to map the formulated comprehensive information into SPARQL query template to crawl in the LOD resources in the open domain. The main contributions of this dissertation are as follows: 1. Developing ScoQAS architecture integrated with common and specific components compatible with closed and open domain ontologies. 2. Analysing user’s question and building a question syntactic-semantic information structure (QSiS), which is constituted by several processes of the methodology: question classification, Expected Answer Type (EAT) determination, and generated constraints. 3. Presenting an empirical semantic-based structure-feature pattern for question classification and generalizing heuristic constraints to formulate the relations between the features in the recognized pattern in terms of syntactical and semantical. 4. Developing a syntactic-semantic QGraph for representing core components of the question. 5. Presenting an empirical graph-based answer inference in the closed domain. In a nutshell, a semantic-based QA system is presented which provides some experimental results over the closed and open domains. The efficiency of the ScoQAS is evaluated using measures such as precision, recall, and F-measure on LOD challenges in the open domain. We focus on quantitative evaluation in the closed domain scenario. Due to the lack of predefined benchmark(s) in the first scenario, we define measures that demonstrate the actual complexity of the problem and the actual efficiency of the solutions. The results of the analysis corroborate the performance and effectiveness of our approach to achieve a reasonable accuracy.Con respecto al crecimiento en la cantidad de información social, ambiental y biomédica disponible digitalmente, existe una creciente necesidad de sistemas de la búsqueda de la respuesta (QA) que puedan ofrecer a los usuarios la gestión de esta nueva cantidad de información. A pesar del progreso reciente en QA, la calidad de interpretación y extracción de la respuesta deseada no es la adecuada. Creemos que trabajar para lograr una mayor precisión en los sistemas de QA es todavía un campo de investigación abierto. Es decir, es mejor no tener respuestas que tener respuestas incorrectas. Sin embargo, existen diversas consultas que los sistemas de QA en el estado del arte no pueden interpretar ni responder adecuadamente. El problema de interpretar una pregunta de una manera que podría preservar su estructura sintáctica-semántica es considerado como uno de los desafíos más importantes en esta área. En este trabajo nos centramos en los problemas de los sistemas de QA basados en semántica y en el análisis de la efectividad de las técnicas de PNL, y la aplicación de consultas e inferencia respuesta tanto en dominios cerrados (primer escenario) como abiertos (segundo escenario). Para este propósito, la arquitectura del sistema de búsqueda de respuestas en dominios cerrados y abiertos basado en semántica (en adelante "ScoQAS") sobre ontologías se presenta con dos prototipos diferentes: en dominio cerrado basado en el uso de ontologías y un dominio abierto dirigido a repositorios de Linked Open Data (LOD). El ScoQAS se basa en técnicas de PNL que combinan patrones de características de estructura semánticas para la clasificación de preguntas y la creación de una estructura de información sintáctico-semántica de preguntas (QSiS). El QSiS proporciona una manera la construcción de restricciones para formular los términos relacionados en aspectos sintáctico-semánticos y generar un grafo de preguntas (QGraph) el cual facilita derivar inferencias para obtener una respuesta precisa en el dominio cerrado. Además, nuestro enfoque proporciona un método adecuado para aplicar la información integral formulada en la plantilla de consulta SPARQL para navegar en los recursos LOD en el dominio abierto. Las principales contribuciones de este trabajo son los siguientes: 1. El desarrollo de la arquitectura ScoQAS integrada con componentes comunes y específicos compatibles con ontologías de dominio cerrado y abierto. 2. El análisis de la pregunta del usuario y la construcción de una estructura de información sintáctico-semántica de las preguntas (QSiS), que está constituida por varios procesos de la metodología: clasificación de preguntas, determinación del Tipo de Respuesta Esperada (EAT) y las restricciones generadas. 3. La presentación de un patrón empírico basado en la estructura semántica para clasificar las preguntas y generalizar las restricciones heurísticas para formular las relaciones entre las características en el patrón reconocido en términos sintácticos y semánticos. 4. El desarrollo de un QGraph sintáctico-semántico para representar los componentes centrales de la pregunta. 5. La presentación de la respuesta inferida a partir de un grafo empírico en el dominio cerrado. En pocas palabras, se presenta un sistema semántico de QA que proporciona algunos resultados experimentales sobre los dominios cerrados y abiertos. La eficiencia del ScoQAS se evalúa utilizando medidas tales como una precisión, cobertura y la medida-F en desafíos LOD para el dominio abierto. Para el dominio cerrado, nos centramos en la evaluación cuantitativa; su precisión se analiza en una ontología empresarial. La falta de un banco la pruebas predefinidas es uno de los principales desafíos de la evaluación en el primer escenario. Por lo tanto, definimos medidas que demuestran la complejidad real del problema y la eficiencia real de las soluciones. Los resultados del análisis corroboran el rendimient

Theory and Applications for Advanced Text Mining

Due to the growth of computer technologies and web technologies, we can easily collect and store large amounts of text data. We can believe that the data include useful knowledge. Text mining techniques have been studied aggressively in order to extract the knowledge from the data since late 1990s. Even if many important techniques have been developed, the text mining research field continues to expand for the needs arising from various application fields. This book is composed of 9 chapters introducing advanced text mining techniques. They are various techniques from relation extraction to under or less resourced language. I believe that this book will give new knowledge in the text mining field and help many readers open their new research fields

A picture is worth a thousand words : content-based image retrieval techniques

In my dissertation I investigate techniques for improving the state of the art in content-based image retrieval. To place my work into context, I highlight the current trends and challenges in my field by analyzing over 200 recent articles. Next, I propose a novel paradigm called __artificial imagination__, which gives the retrieval system the power to imagine and think along with the user in terms of what she is looking for. I then introduce a new user interface for visualizing and exploring image collections, empowering the user to navigate large collections based on her own needs and preferences, while simultaneously providing her with an accurate sense of what the database has to offer. In the later chapters I present work dealing with millions of images and focus in particular on high-performance techniques that minimize memory and computational use for both near-duplicate image detection and web search. Finally, I show early work on a scene completion-based image retrieval engine, which synthesizes realistic imagery that matches what the user has in mind.LEI Universiteit LeidenNWOImagin

Combining granularity-based topic-dependent and topic-independent evidences for opinion detection

Fouille des opinion, une sous-discipline dans la recherche d'information (IR) et la linguistique computationnelle, fait référence aux techniques de calcul pour l'extraction, la classification, la compréhension et l'évaluation des opinions exprimées par diverses sources de nouvelles en ligne, social commentaires des médias, et tout autre contenu généré par l'utilisateur. Il est également connu par de nombreux autres termes comme trouver l'opinion, la détection d'opinion, l'analyse des sentiments, la classification sentiment, de détection de polarité, etc. Définition dans le contexte plus spécifique et plus simple, fouille des opinion est la tâche de récupération des opinions contre son besoin aussi exprimé par l'utilisateur sous la forme d'une requête. Il y a de nombreux problèmes et défis liés à l'activité fouille des opinion. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur quelques problèmes d'analyse d'opinion. L'un des défis majeurs de fouille des opinion est de trouver des opinions concernant spécifiquement le sujet donné (requête). Un document peut contenir des informations sur de nombreux sujets à la fois et il est possible qu'elle contienne opiniâtre texte sur chacun des sujet ou sur seulement quelques-uns. Par conséquent, il devient très important de choisir les segments du document pertinentes à sujet avec leurs opinions correspondantes. Nous abordons ce problème sur deux niveaux de granularité, des phrases et des passages. Dans notre première approche de niveau de phrase, nous utilisons des relations sémantiques de WordNet pour trouver cette association entre sujet et opinion. Dans notre deuxième approche pour le niveau de passage, nous utilisons plus robuste modèle de RI i.e. la language modèle de se concentrer sur ce problème. L'idée de base derrière les deux contributions pour l'association d'opinion-sujet est que si un document contient plus segments textuels (phrases ou passages) opiniâtre et pertinentes à sujet, il est plus opiniâtre qu'un document avec moins segments textuels opiniâtre et pertinentes. La plupart des approches d'apprentissage-machine basée à fouille des opinion sont dépendants du domaine i.e. leurs performances varient d'un domaine à d'autre. D'autre part, une approche indépendant de domaine ou un sujet est plus généralisée et peut maintenir son efficacité dans différents domaines. Cependant, les approches indépendant de domaine souffrent de mauvaises performances en général. C'est un grand défi dans le domaine de fouille des opinion à développer une approche qui est plus efficace et généralisé. Nos contributions de cette thèse incluent le développement d'une approche qui utilise de simples fonctions heuristiques pour trouver des documents opiniâtre. Fouille des opinion basée entité devient très populaire parmi les chercheurs de la communauté IR. Il vise à identifier les entités pertinentes pour un sujet donné et d'en extraire les opinions qui leur sont associées à partir d'un ensemble de documents textuels. Toutefois, l'identification et la détermination de la pertinence des entités est déjà une tâche difficile. Nous proposons un système qui prend en compte à la fois l'information de l'article de nouvelles en cours ainsi que des articles antérieurs pertinents afin de détecter les entités les plus importantes dans les nouvelles actuelles. En plus de cela, nous présentons également notre cadre d'analyse d'opinion et tâches relieés. Ce cadre est basée sur les évidences contents et les évidences sociales de la blogosphère pour les tâches de trouver des opinions, de prévision et d'avis de classement multidimensionnel. Cette contribution d'prématurée pose les bases pour nos travaux futurs. L'évaluation de nos méthodes comprennent l'utilisation de TREC 2006 Blog collection et de TREC Novelty track 2004 collection. La plupart des évaluations ont été réalisées dans le cadre de TREC Blog track.Opinion mining is a sub-discipline within Information Retrieval (IR) and Computational Linguistics. It refers to the computational techniques for extracting, classifying, understanding, and assessing the opinions expressed in various online sources like news articles, social media comments, and other user-generated content. It is also known by many other terms like opinion finding, opinion detection, sentiment analysis, sentiment classification, polarity detection, etc. Defining in more specific and simpler context, opinion mining is the task of retrieving opinions on an issue as expressed by the user in the form of a query. There are many problems and challenges associated with the field of opinion mining. In this thesis, we focus on some major problems of opinion mining

Using natural language processing for question answering in closed and open domains

With regard to the growth in the amount of social, environmental, and biomedical information available digitally, there is a growing need for Question Answering (QA) systems that can empower users to master this new wealth of information. Despite recent progress in QA, the quality of interpretation and extraction of the desired answer is not adequate. We believe that striving for higher accuracy in QA systems is subject to on-going research, i.e., it is better to have no answer is better than wrong answers. However, there are diverse queries, which the state of the art QA systems cannot interpret and answer properly. The problem of interpreting a question in a way that could preserve its syntactic-semantic structure is considered as one of the most important challenges in this area. In this work we focus on the problems of semantic-based QA systems and analyzing the effectiveness of NLP techniques, query mapping, and answer inferencing both in closed (first scenario) and open (second scenario) domains. For this purpose, the architecture of Semantic-based closed and open domain Question Answering System (hereafter “ScoQAS”) over ontology resources is presented with two different prototyping: Ontology-based closed domain and an open domain under Linked Open Data (LOD) resource. The ScoQAS is based on NLP techniques combining semantic-based structure-feature patterns for question classification and creating a question syntactic-semantic information structure (QSiS). The QSiS provides an actual potential by building constraints to formulate the related terms on syntactic-semantic aspects and generating a question graph (QGraph) which facilitates making inference for getting a precise answer in the closed domain. In addition, our approach provides a convenient method to map the formulated comprehensive information into SPARQL query template to crawl in the LOD resources in the open domain. The main contributions of this dissertation are as follows: 1. Developing ScoQAS architecture integrated with common and specific components compatible with closed and open domain ontologies. 2. Analysing user’s question and building a question syntactic-semantic information structure (QSiS), which is constituted by several processes of the methodology: question classification, Expected Answer Type (EAT) determination, and generated constraints. 3. Presenting an empirical semantic-based structure-feature pattern for question classification and generalizing heuristic constraints to formulate the relations between the features in the recognized pattern in terms of syntactical and semantical. 4. Developing a syntactic-semantic QGraph for representing core components of the question. 5. Presenting an empirical graph-based answer inference in the closed domain. In a nutshell, a semantic-based QA system is presented which provides some experimental results over the closed and open domains. The efficiency of the ScoQAS is evaluated using measures such as precision, recall, and F-measure on LOD challenges in the open domain. We focus on quantitative evaluation in the closed domain scenario. Due to the lack of predefined benchmark(s) in the first scenario, we define measures that demonstrate the actual complexity of the problem and the actual efficiency of the solutions. The results of the analysis corroborate the performance and effectiveness of our approach to achieve a reasonable accuracy.Con respecto al crecimiento en la cantidad de información social, ambiental y biomédica disponible digitalmente, existe una creciente necesidad de sistemas de la búsqueda de la respuesta (QA) que puedan ofrecer a los usuarios la gestión de esta nueva cantidad de información. A pesar del progreso reciente en QA, la calidad de interpretación y extracción de la respuesta deseada no es la adecuada. Creemos que trabajar para lograr una mayor precisión en los sistemas de QA es todavía un campo de investigación abierto. Es decir, es mejor no tener respuestas que tener respuestas incorrectas. Sin embargo, existen diversas consultas que los sistemas de QA en el estado del arte no pueden interpretar ni responder adecuadamente. El problema de interpretar una pregunta de una manera que podría preservar su estructura sintáctica-semántica es considerado como uno de los desafíos más importantes en esta área. En este trabajo nos centramos en los problemas de los sistemas de QA basados en semántica y en el análisis de la efectividad de las técnicas de PNL, y la aplicación de consultas e inferencia respuesta tanto en dominios cerrados (primer escenario) como abiertos (segundo escenario). Para este propósito, la arquitectura del sistema de búsqueda de respuestas en dominios cerrados y abiertos basado en semántica (en adelante "ScoQAS") sobre ontologías se presenta con dos prototipos diferentes: en dominio cerrado basado en el uso de ontologías y un dominio abierto dirigido a repositorios de Linked Open Data (LOD). El ScoQAS se basa en técnicas de PNL que combinan patrones de características de estructura semánticas para la clasificación de preguntas y la creación de una estructura de información sintáctico-semántica de preguntas (QSiS). El QSiS proporciona una manera la construcción de restricciones para formular los términos relacionados en aspectos sintáctico-semánticos y generar un grafo de preguntas (QGraph) el cual facilita derivar inferencias para obtener una respuesta precisa en el dominio cerrado. Además, nuestro enfoque proporciona un método adecuado para aplicar la información integral formulada en la plantilla de consulta SPARQL para navegar en los recursos LOD en el dominio abierto. Las principales contribuciones de este trabajo son los siguientes: 1. El desarrollo de la arquitectura ScoQAS integrada con componentes comunes y específicos compatibles con ontologías de dominio cerrado y abierto. 2. El análisis de la pregunta del usuario y la construcción de una estructura de información sintáctico-semántica de las preguntas (QSiS), que está constituida por varios procesos de la metodología: clasificación de preguntas, determinación del Tipo de Respuesta Esperada (EAT) y las restricciones generadas. 3. La presentación de un patrón empírico basado en la estructura semántica para clasificar las preguntas y generalizar las restricciones heurísticas para formular las relaciones entre las características en el patrón reconocido en términos sintácticos y semánticos. 4. El desarrollo de un QGraph sintáctico-semántico para representar los componentes centrales de la pregunta. 5. La presentación de la respuesta inferida a partir de un grafo empírico en el dominio cerrado. En pocas palabras, se presenta un sistema semántico de QA que proporciona algunos resultados experimentales sobre los dominios cerrados y abiertos. La eficiencia del ScoQAS se evalúa utilizando medidas tales como una precisión, cobertura y la medida-F en desafíos LOD para el dominio abierto. Para el dominio cerrado, nos centramos en la evaluación cuantitativa; su precisión se analiza en una ontología empresarial. La falta de un banco la pruebas predefinidas es uno de los principales desafíos de la evaluación en el primer escenario. Por lo tanto, definimos medidas que demuestran la complejidad real del problema y la eficiencia real de las soluciones. Los resultados del análisis corroboran el rendimientoPostprint (published version