MinoanER: Schema-Agnostic, Non-Iterative, Massively Parallel Resolution of Web Entities

Entity Resolution (ER) aims to identify different descriptions in various Knowledge Bases (KBs) that refer to the same entity. ER is challenged by the Variety, Volume and Veracity of entity descriptions published in the Web of Data. To address them, we propose the MinoanER framework that simultaneously fulfills full automation, support of highly heterogeneous entities, and massive parallelization of the ER process. MinoanER leverages a token-based similarity of entities to define a new metric that derives the similarity of neighboring entities from the most important relations, as they are indicated only by statistics. A composite blocking method is employed to capture different sources of matching evidence from the content, neighbors, or names of entities. The search space of candidate pairs for comparison is compactly abstracted by a novel disjunctive blocking graph and processed by a non-iterative, massively parallel matching algorithm that consists of four generic, schema-agnostic matching rules that are quite robust with respect to their internal configuration. We demonstrate that the effectiveness of MinoanER is comparable to existing ER tools over real KBs exhibiting low Variety, but it outperforms them significantly when matching KBs with high Variety.Comment: Presented at EDBT 2001

Cloud-Scale Entity Resolution: Current State and Open Challenges

Entity resolution (ER) is a process to identify records in information systems, which refer to the same real-world entity. Because in the two recent decades the data volume has grown so large, parallel techniques are called upon to satisfy the ER requirements of high performance and scalability. The development of parallel ER has reached a relatively prosperous stage, and has found its way into several applications. In this work, we first comprehensively survey the state of the art of parallel ER approaches. From the comprehensive overview, we then extract the classification criteria of parallel ER, classify and compare these approaches based on these criteria. Finally, we identify open research questions and challenges and discuss potential solutions and further research potentials in this field

Benchmarking Blocking Algorithms for Web Entities

An increasing number of entities are described by interlinked data rather than documents on the Web. Entity Resolution (ER) aims to identify descriptions of the same real-world entity within one or across knowledge bases in the Web of data. To reduce the required number of pairwise comparisons among descriptions, ER methods typically perform a pre-processing step, called \emph{blocking}, which places similar entity descriptions into blocks and thus only compare descriptions within the same block. We experimentally evaluate several blocking methods proposed for the Web of data using real datasets, whose characteristics significantly impact their effectiveness and efficiency. The proposed experimental evaluation framework allows us to better understand the characteristics of the missed matching entity descriptions and contrast them with ground truth obtained from different kinds of relatedness links.Comment: accepted at IEEE Transactions on Big Data journa

Effiziente MapReduce-Parallelisierung von Entity Resolution-Workflows

In den vergangenen Jahren hat das neu entstandene Paradigma Infrastructure as a Service die IT-Welt massiv verändert. Die Bereitstellung von Recheninfrastruktur durch externe Dienstleister bietet die Möglichkeit, bei Bedarf in kurzer Zeit eine große Menge von Rechenleistung, Speicherplatz und Bandbreite ohne Vorabinvestitionen zu akquirieren. Gleichzeitig steigt sowohl die Menge der frei verfügbaren als auch der in Unternehmen zu verwaltenden Daten dramatisch an. Die Notwendigkeit zur effizienten Verwaltung und Auswertung dieser Datenmengen erforderte eine Weiterentwicklung bestehender IT-Technologien und führte zur Entstehung neuer Forschungsgebiete und einer Vielzahl innovativer Systeme. Ein typisches Merkmal dieser Systeme ist die verteilte Speicherung und Datenverarbeitung in großen Rechnerclustern bestehend aus Standard-Hardware. Besonders das MapReduce-Programmiermodell hat in den vergangenen zehn Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Es ermöglicht eine verteilte Verarbeitung großer Datenmengen und abstrahiert von den Details des verteilten Rechnens sowie der Behandlung von Hardwarefehlern. Innerhalb dieser Dissertation steht die Nutzung des MapReduce-Konzeptes zur automatischen Parallelisierung rechenintensiver Entity Resolution-Aufgaben im Mittelpunkt. Entity Resolution ist ein wichtiger Teilbereich der Informationsintegration, dessen Ziel die Entdeckung von Datensätzen einer oder mehrerer Datenquellen ist, die dasselbe Realweltobjekt beschreiben. Im Rahmen der Dissertation werden schrittweise Verfahren präsentiert, welche verschiedene Teilprobleme der MapReduce-basierten Ausführung von Entity Resolution-Workflows lösen. Zur Erkennung von Duplikaten vergleichen Entity Resolution-Verfahren üblicherweise Paare von Datensätzen mithilfe mehrerer Ähnlichkeitsmaße. Die Auswertung des Kartesischen Produktes von n Datensätzen führt dabei zu einer quadratischen Komplexität von O(n²) und ist deswegen nur für kleine bis mittelgroße Datenquellen praktikabel. Für Datenquellen mit mehr als 100.000 Datensätzen entstehen selbst bei verteilter Ausführung Laufzeiten von mehreren Stunden. Deswegen kommen sogenannte Blocking-Techniken zum Einsatz, die zur Reduzierung des Suchraums dienen. Die zugrundeliegende Annahme ist, dass Datensätze, die eine gewisse Mindestähnlichkeit unterschreiten, nicht miteinander verglichen werden müssen. Die Arbeit stellt eine MapReduce-basierte Umsetzung der Auswertung des Kartesischen Produktes sowie einiger bekannter Blocking-Verfahren vor. Nach dem Vergleich der Datensätze erfolgt abschließend eine Klassifikation der verglichenen Kandidaten-Paare in Match beziehungsweise Non-Match. Mit einer steigenden Anzahl verwendeter Attributwerte und Ähnlichkeitsmaße ist eine manuelle Festlegung einer qualitativ hochwertigen Strategie zur Kombination der resultierenden Ähnlichkeitswerte kaum mehr handhabbar. Aus diesem Grund untersucht die Arbeit die Integration maschineller Lernverfahren in MapReduce-basierte Entity Resolution-Workflows. Eine Umsetzung von Blocking-Verfahren mit MapReduce bedingt eine Partitionierung der Menge der zu vergleichenden Paare sowie eine Zuweisung der Partitionen zu verfügbaren Prozessen. Die Zuweisung erfolgt auf Basis eines semantischen Schlüssels, der entsprechend der konkreten Blocking-Strategie aus den Attributwerten der Datensätze abgeleitet ist. Beispielsweise wäre es bei der Deduplizierung von Produktdatensätzen denkbar, lediglich Produkte des gleichen Herstellers miteinander zu vergleichen. Die Bearbeitung aller Datensätze desselben Schlüssels durch einen Prozess führt bei Datenungleichverteilung zu erheblichen Lastbalancierungsproblemen, die durch die inhärente quadratische Komplexität verschärft werden. Dies reduziert in drastischem Maße die Laufzeiteffizienz und Skalierbarkeit der entsprechenden MapReduce-Programme, da ein Großteil der Ressourcen eines Clusters nicht ausgelastet ist, wohingegen wenige Prozesse den Großteil der Arbeit verrichten müssen. Die Bereitstellung verschiedener Verfahren zur gleichmäßigen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen stellt einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit dar. Blocking-Strategien müssen stets zwischen Effizienz und Datenqualität abwägen. Eine große Reduktion des Suchraums verspricht zwar eine signifikante Beschleunigung, führt jedoch dazu, dass ähnliche Datensätze, z. B. aufgrund fehlerhafter Attributwerte, nicht miteinander verglichen werden. Aus diesem Grunde ist es hilfreich, für jeden Datensatz mehrere von verschiedenen Attributen abgeleitete semantische Schlüssel zu generieren. Dies führt jedoch dazu, dass ähnliche Datensätze unnötigerweise mehrfach bezüglich verschiedener Schlüssel miteinander verglichen werden. Innerhalb der Arbeit werden deswegen Algorithmen zur Vermeidung solch redundanter Ähnlichkeitsberechnungen präsentiert. Als Ergebnis dieser Arbeit wird das Entity Resolution-Framework Dedoop präsentiert, welches von den entwickelten MapReduce-Algorithmen abstrahiert und eine High-Level-Spezifikation komplexer Entity Resolution-Workflows ermöglicht. Dedoop fasst alle in dieser Arbeit vorgestellten Techniken und Optimierungen in einem nutzerfreundlichen System zusammen. Der Prototyp überführt nutzerdefinierte Workflows automatisch in eine Menge von MapReduce-Jobs und verwaltet deren parallele Ausführung in MapReduce-Clustern. Durch die vollständige Integration der Cloud-Dienste Amazon EC2 und Amazon S3 in Dedoop sowie dessen Verfügbarmachung ist es für Endnutzer ohne MapReduce-Kenntnisse möglich, komplexe Entity Resolution-Workflows in privaten oder dynamisch erstellten externen MapReduce-Clustern zu berechnen

Indexing techniques for real-time entity resolution

Entity resolution (ER), which is the process of identifying records in one or several data set(s) that refer to the same real-world entity, is an important task in improving data quality and in data integration. In general, unique entity identifiers are not available in real-world data sets. Therefore, identifying attributes such as names and addresses are required to perform the ER process using approximate matching techniques. Since many services in both the private and public sectors are moving on-line, organizations increasingly require to perform real-time ER (with sub-second response times) on query records that need to be matched with existing data sets. Indexing is a major step in the ER process which aims to group similar records together using a blocking key criterion to reduce the search space. Most existing indexing techniques that are currently used with ER are static and can only be employed off-line with batch processing algorithms. A major aspect of achieving ER in real-time is to develop novel efficient and effective dynamic indexing techniques that allow dynamic updates and facilitate real-time matching. In this thesis, we focus on the indexing step in the context of real-time ER. We propose three dynamic indexing techniques and a blocking key learning algorithm to be used with real-time ER. The first index (named DySimII) is a blocking-based technique that is updated whenever a new query record arrives. We reduce the size of DySimII by proposing a frequency-filtered alteration that only indexes the most frequent attribute values. The second index (named DySNI) is a tree-based dynamic indexing technique that is tailored for real-time ER. DySNI is based on the sorted neighborhood method that is commonly used in ER. We investigate several static and adaptive window approaches when retrieving candidate records. The third index (named F-DySNI) is a multi-tree technique that uses multiple distinct trees in the index data structure where each tree has a unique sorting key. The aim of F-DySNI is to reduce the effects of errors and variations at the beginning of attribute values that are used as sorting keys on matching quality. Finally, we propose an unsupervised learning algorithm that automatically generates optimal blocking keys for building indexes that are adequate for real-time ER. We experimentally evaluate the proposed approaches using various real-world data sets with millions of records and synthetic data sets with different data characteristics. The results show that, for the growing sizes of our indexing solutions, no appreciable increase occurs in both record insertion and query times. DySNI is the fastest amongst the proposed solutions, while F-DySNI achieves better matching quality. Compared to an existing indexing baseline, our proposed techniques achieve better query times and matching quality. Moreover, our blocking key learning algorithm achieves an average query time that is around two orders of magnitude faster than an existing learning baseline while maintaining similar matching quality. Our proposed solutions are therefore shown to be suitable for real-time ER