Image retrieval with relevance feedback based on genetic programing

Orientador: Ricardo da Silva TorresDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: A técnica de realimentação de relevância tem sido utilizada com o intuito de incorporar a subjetividade da percepção visual de usuários à recuperação de imagens por conteúdo. Basicamente, o processo de realimentação de relevância consiste na: (i) exibição de um pequeno conjunto de imagens; (ii) rotulação dessas imagens pelo usuário, indicando quais são relevantes ou não; (iii) e finalmente, aprendizado das preferências do usuário a partir das imagens rotuladas e seleção de um novo conjunto de imagens para exibição. O processo se repete até que o usuário esteja satisfeito. Esta dissertação apresenta dois arcabouços para recuperação de imagens por conteúdo com realimentação de relevância. Esses arcabouços utilizam programação genética para assimilar a percepção visual do usuário por meio de uma combinação de descritores. A utilização de programação genética é motivada pela sua capacidade exploratória do espaço de busca uma vez que esse espaço se adequa ao objetivo principal dos arcabouços propostos: encontrar, dentre todas as possíveis funções de combinação de descritores, aquela que melhor representa as características visuais que um usuário deseja ressaltar na realização de uma consulta. Os arcabouços desenvolvidos foram validados por meio de uma série de experimentos, envolvendo três diferentes bases de imagens e descritores de cor, forma e textura para a caracterização do conteúdo dessas imagens. Os arcabouços propostos foram comparados com três outros métodos de recuperação de imagens por conteúdo com realimentação de relevância, considerando-se a eficiência e a efetividade no processo de recuperação. Os resultados experimentais mostraram a superioridade dos arcabouços propostos. As contribuições dessa dissertação são: (i) estudo sobre diferentes técnicas de realimentação de relevância; (ii) proposta de dois arcabouços para recuperação de imagens por conteúdo com realimentação de relevância baseado em programação genética; (iii) implementação dos métodos propostos, validando-os por meio de uma série de experimentos e comparações com outros métodosAbstract: Relevance Feedback has been used to incorporate the subjectivity of user visual perception in content-based image retrieval tasks. The relevance feedback process consists in the following steps: (i) showing a small set of images; (ii) indication of relevant or irrelevant images by the user; (iii) and finally, learning the user needs from her feedback, and selecting a new set of images to be showed. This procedure is repeated until the user is satisfied. This dissertation presents two content-based image retrieval frameworks with relevance feedback. These frameworks employ Genetic Programming to discover a combination of descriptors that characterize the user perception of image similarity. The use of genetic programming is motivated by its capability of exploring the search space, which deals with the major goal of the proposed frameworks: find, among all combination functions of descriptors, the one that best represents the user needs. Several experiments were conducted to validate the proposed frameworks. These experiments employed three different images databases and color, shape and texture descriptors to represent the content of database images. The proposed frameworks were compared with three other content-based image retrieval methods regarding their efficiency and effectiveness in the retrieval process. Experiment results demonstrate the superiority of the proposed methods. The contributions of this work are: (i) study of different relevance feedback techniques; (ii) proposal of two content-based image retrieval frameworks with relevance feedback, based on genetic programming; (ii) implementation of the proposed methods and their validation with several experiments, and comparison with other methodsMestradoBanco de DadosMestre em Ciência da Computaçã

A review on the application of evolutionary computation to information retrieval

In this contribution, different proposals found in the specialized literature for the application of evolutionary computation to the field of information retrieval will be reviewed. To do so, different kinds of IR problems that have been solved by evolutionary algorithms are analyzed. Some of the specific existing approaches will be specifically described for some of these problems and the obtained results will be critically evaluated in order to give a clear view of the topic to the reader.CICYT under project TIC2002-03276University of Granada under project ‘‘Mejora de Metaheur ısticas mediante Hibridaci on y sus Aplicaciones

One-Class Classification: Taxonomy of Study and Review of Techniques

One-class classification (OCC) algorithms aim to build classification models when the negative class is either absent, poorly sampled or not well defined. This unique situation constrains the learning of efficient classifiers by defining class boundary just with the knowledge of positive class. The OCC problem has been considered and applied under many research themes, such as outlier/novelty detection and concept learning. In this paper we present a unified view of the general problem of OCC by presenting a taxonomy of study for OCC problems, which is based on the availability of training data, algorithms used and the application domains applied. We further delve into each of the categories of the proposed taxonomy and present a comprehensive literature review of the OCC algorithms, techniques and methodologies with a focus on their significance, limitations and applications. We conclude our paper by discussing some open research problems in the field of OCC and present our vision for future research.Comment: 24 pages + 11 pages of references, 8 figure

A semi-supervised learning algorithm for relevance feedback and collaborative image retrieval

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)The interaction of users with search services has been recognized as an important mechanism for expressing and handling user information needs. One traditional approach for supporting such interactive search relies on exploiting relevance feedbacks (RF) in the searching process. For large-scale multimedia collections, however, the user efforts required in RF search sessions is considerable. In this paper, we address this issue by proposing a novel semi-supervised approach for implementing RF-based search services. In our approach, supervised learning is performed taking advantage of relevance labels provided by users. Later, an unsupervised learning step is performed with the objective of extracting useful information from the intrinsic dataset structure. Furthermore, our hybrid learning approach considers feedbacks of different users, in collaborative image retrieval (CIR) scenarios. In these scenarios, the relationships among the feedbacks provided by different users are exploited, further reducing the collective efforts. Conducted experiments involving shape, color, and texture datasets demonstrate the effectiveness of the proposed approach. Similar results are also observed in experiments considering multimodal image retrieval tasks.The interaction of users with search services has been recognized as an important mechanism for expressing and handling user information needs. One traditional approach for supporting such interactive search relies on exploiting relevance feedbacks (RF) i2015FAPESP - FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULOCNPQ - CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICOCAPES - COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIORFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)FAPESP [2013/08645-0, 2013/50169-1]CNPq [306580/2012-8, 484254/2012-0]2013/08645-0; 2013/50169-1306580/2012-8;484254/2012-0SEM INFORMAÇÃ

Recuperação multimodal e interativa de informação orientada por diversidade

Orientador: Ricardo da Silva TorresTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Os métodos de Recuperação da Informação, especialmente considerando-se dados multimídia, evoluíram para a integração de múltiplas fontes de evidência na análise de relevância de itens em uma tarefa de busca. Neste contexto, para atenuar a distância semântica entre as propriedades de baixo nível extraídas do conteúdo dos objetos digitais e os conceitos semânticos de alto nível (objetos, categorias, etc.) e tornar estes sistemas adaptativos às diferentes necessidades dos usuários, modelos interativos que consideram o usuário mais próximo do processo de recuperação têm sido propostos, permitindo a sua interação com o sistema, principalmente por meio da realimentação de relevância implícita ou explícita. Analogamente, a promoção de diversidade surgiu como uma alternativa para lidar com consultas ambíguas ou incompletas. Adicionalmente, muitos trabalhos têm tratado a ideia de minimização do esforço requerido do usuário em fornecer julgamentos de relevância, à medida que mantém níveis aceitáveis de eficácia. Esta tese aborda, propõe e analisa experimentalmente métodos de recuperação da informação interativos e multimodais orientados por diversidade. Este trabalho aborda de forma abrangente a literatura acerca da recuperação interativa da informação e discute sobre os avanços recentes, os grandes desafios de pesquisa e oportunidades promissoras de trabalho. Nós propusemos e avaliamos dois métodos de aprimoramento do balanço entre relevância e diversidade, os quais integram múltiplas informações de imagens, tais como: propriedades visuais, metadados textuais, informação geográfica e descritores de credibilidade dos usuários. Por sua vez, como integração de técnicas de recuperação interativa e de promoção de diversidade, visando maximizar a cobertura de múltiplas interpretações/aspectos de busca e acelerar a transferência de informação entre o usuário e o sistema, nós propusemos e avaliamos um método multimodal de aprendizado para ranqueamento utilizando realimentação de relevância sobre resultados diversificados. Nossa análise experimental mostra que o uso conjunto de múltiplas fontes de informação teve impacto positivo nos algoritmos de balanceamento entre relevância e diversidade. Estes resultados sugerem que a integração de filtragem e re-ranqueamento multimodais é eficaz para o aumento da relevância dos resultados e também como mecanismo de potencialização dos métodos de diversificação. Além disso, com uma análise experimental minuciosa, nós investigamos várias questões de pesquisa relacionadas à possibilidade de aumento da diversidade dos resultados e a manutenção ou até mesmo melhoria da sua relevância em sessões interativas. Adicionalmente, nós analisamos como o esforço em diversificar afeta os resultados gerais de uma sessão de busca e como diferentes abordagens de diversificação se comportam para diferentes modalidades de dados. Analisando a eficácia geral e também em cada iteração de realimentação de relevância, nós mostramos que introduzir diversidade nos resultados pode prejudicar resultados iniciais, enquanto que aumenta significativamente a eficácia geral em uma sessão de busca, considerando-se não apenas a relevância e diversidade geral, mas também o quão cedo o usuário é exposto ao mesmo montante de itens relevantes e nível de diversidadeAbstract: Information retrieval methods, especially considering multimedia data, have evolved towards the integration of multiple sources of evidence in the analysis of the relevance of items considering a given user search task. In this context, for attenuating the semantic gap between low-level features extracted from the content of the digital objects and high-level semantic concepts (objects, categories, etc.) and making the systems adaptive to different user needs, interactive models have brought the user closer to the retrieval loop allowing user-system interaction mainly through implicit or explicit relevance feedback. Analogously, diversity promotion has emerged as an alternative for tackling ambiguous or underspecified queries. Additionally, several works have addressed the issue of minimizing the required user effort on providing relevance assessments while keeping an acceptable overall effectiveness. This thesis discusses, proposes, and experimentally analyzes multimodal and interactive diversity-oriented information retrieval methods. This work, comprehensively covers the interactive information retrieval literature and also discusses about recent advances, the great research challenges, and promising research opportunities. We have proposed and evaluated two relevance-diversity trade-off enhancement work-flows, which integrate multiple information from images, such as: visual features, textual metadata, geographic information, and user credibility descriptors. In turn, as an integration of interactive retrieval and diversity promotion techniques, for maximizing the coverage of multiple query interpretations/aspects and speeding up the information transfer between the user and the system, we have proposed and evaluated a multimodal learning-to-rank method trained with relevance feedback over diversified results. Our experimental analysis shows that the joint usage of multiple information sources positively impacted the relevance-diversity balancing algorithms. Our results also suggest that the integration of multimodal-relevance-based filtering and reranking was effective on improving result relevance and also boosted diversity promotion methods. Beyond it, with a thorough experimental analysis we have investigated several research questions related to the possibility of improving result diversity and keeping or even improving relevance in interactive search sessions. Moreover, we analyze how much the diversification effort affects overall search session results and how different diversification approaches behave for the different data modalities. By analyzing the overall and per feedback iteration effectiveness, we show that introducing diversity may harm initial results whereas it significantly enhances the overall session effectiveness not only considering the relevance and diversity, but also how early the user is exposed to the same amount of relevant items and diversityDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da ComputaçãoP-4388/2010140977/2012-0CAPESCNP