Preliminary results in tag disambiguation using DBpedia

The availability of tag-based user-generated content for a variety of Web resources (music, photos, videos, text, etc.) has largely increased in the last years. Users can assign tags freely and then use them to share and retrieve information. However, tag-based sharing and retrieval is not optimal due to the fact that tags are plain text labels without an explicit or formal meaning, and hence polysemy and synonymy should be dealt with appropriately. To ameliorate these problems, we propose a context-based tag disambiguation algorithm that selects the meaning of a tag among a set of candidate DBpedia entries, using a common information retrieval similarity measure. The most similar DBpedia en-try is selected as the one representing the meaning of the tag. We describe and analyze some preliminary results, and discuss about current challenges in this area

my Human Brain Project (mHBP)

How can we make an agent that thinks like us humans? An agent that can have proprioception, intrinsic motivation, identify deception, use small amounts of energy, transfer knowledge between tasks and evolve? This is the problem that this thesis is focusing on. Being able to create a piece of software that can perform tasks like a human being, is a goal that, if achieved, will allow us to extend our own capabilities to a very high level, and have more tasks performed in a predictable fashion. This is one of the motivations for this thesis. To address this problem, we have proposed a modular architecture for Reinforcement Learning computation and developed an implementation to have this architecture exercised. This software, that we call mHBP, is created in Python using Webots as an environment for the agent, and Neo4J, a graph database, as memory. mHBP takes the sensory data or other inputs, and produces, based on the body parts / tools that the agent has available, an output consisting of actions to perform. This thesis involves experimental design with several iterations, exploring a theoretical approach to RL based on graph databases. We conclude, with our work in this thesis, that it is possible to represent episodic data in a graph, and is also possible to interconnect Webots, Python and Neo4J to support a stable architecture for Reinforcement Learning. In this work we also find a way to search for policies using the Neo4J querying language: Cypher. Another key conclusion of this work is that state representation needs to have further research to find a state definition that enables policy search to produce more useful policies. The article “REINFORCEMENT LEARNING: A LITERATURE REVIEW (2020)” at Research Gate with doi 10.13140/RG.2.2.30323.76327 is an outcome of this thesis.Como podemos criar um agente que pense como nós humanos? Um agente que tenha propriocepção, motivação intrínseca, seja capaz de identificar ilusão, usar pequenas quantidades de energia, transferir conhecimento entre tarefas e evoluir? Este é o problema em que se foca esta tese. Ser capaz de criar uma peça de software que desempenhe tarefas como um ser humano é um objectivo que, se conseguido, nos permitirá estender as nossas capacidades a um nível muito alto, e conseguir realizar mais tarefas de uma forma previsível. Esta é uma das motivações desta tese. Para endereçar este problema, propomos uma arquitectura modular para computação de aprendizagem por reforço e desenvolvemos uma implementação para exercitar esta arquitetura. Este software, ao qual chamamos mHBP, foi criado em Python usando o Webots como um ambiente para o agente, e o Neo4J, uma base de dados de grafos, como memória. O mHBP recebe dados sensoriais ou outros inputs, e produz, baseado nas partes do corpo / ferramentas que o agente tem disponíveis, um output que consiste em ações a desempenhar. Uma boa parte desta tese envolve desenho experimental com diversas iterações, explorando uma abordagem teórica assente em bases de dados de grafos. Concluímos, com o trabalho nesta tese, que é possível representar episódios em um grafo, e que é, também, possível interligar o Webots, com o Python e o Neo4J para suportar uma arquitetura estável para a aprendizagem por reforço. Neste trabalho, também, encontramos uma forma de procurar políticas usando a linguagem de pesquisa do Neo4J: Cypher. Outra conclusão chave deste trabalho é que a representação de estados necessita de mais investigação para encontrar uma definição de estado que permita à pesquisa de políticas produzir políticas que sejam mais úteis. O artigo “REINFORCEMENT LEARNING: A LITERATURE REVIEW (2020)” no Research Gate com o doi 10.13140/RG.2.2.30323.76327 é um sub-produto desta tese

Data-efficient methods for information extraction

Strukturierte Wissensrepräsentationssysteme wie Wissensdatenbanken oder Wissensgraphen bieten Einblicke in Entitäten und Beziehungen zwischen diesen Entitäten in der realen Welt. Solche Wissensrepräsentationssysteme können in verschiedenen Anwendungen der natürlichen Sprachverarbeitung eingesetzt werden, z. B. bei der semantischen Suche, der Beantwortung von Fragen und der Textzusammenfassung. Es ist nicht praktikabel und ineffizient, diese Wissensrepräsentationssysteme manuell zu befüllen. In dieser Arbeit entwickeln wir Methoden, um automatisch benannte Entitäten und Beziehungen zwischen den Entitäten aus Klartext zu extrahieren. Unsere Methoden können daher verwendet werden, um entweder die bestehenden unvollständigen Wissensrepräsentationssysteme zu vervollständigen oder ein neues strukturiertes Wissensrepräsentationssystem von Grund auf zu erstellen. Im Gegensatz zu den gängigen überwachten Methoden zur Informationsextraktion konzentrieren sich unsere Methoden auf das Szenario mit wenigen Daten und erfordern keine große Menge an kommentierten Daten. Im ersten Teil der Arbeit haben wir uns auf das Problem der Erkennung von benannten Entitäten konzentriert. Wir haben an der gemeinsamen Aufgabe von Bacteria Biotope 2019 teilgenommen. Die gemeinsame Aufgabe besteht darin, biomedizinische Entitätserwähnungen zu erkennen und zu normalisieren. Unser linguistically informed Named-Entity-Recognition-System besteht aus einem Deep-Learning-basierten Modell, das sowohl verschachtelte als auch flache Entitäten extrahieren kann; unser Modell verwendet mehrere linguistische Merkmale und zusätzliche Trainingsziele, um effizientes Lernen in datenarmen Szenarien zu ermöglichen. Unser System zur Entitätsnormalisierung verwendet String-Match, Fuzzy-Suche und semantische Suche, um die extrahierten benannten Entitäten mit den biomedizinischen Datenbanken zu verknüpfen. Unser System zur Erkennung von benannten Entitäten und zur Entitätsnormalisierung erreichte die niedrigste Slot-Fehlerrate von 0,715 und belegte den ersten Platz in der gemeinsamen Aufgabe. Wir haben auch an zwei gemeinsamen Aufgaben teilgenommen: Adverse Drug Effect Span Detection (Englisch) und Profession Span Detection (Spanisch); beide Aufgaben sammeln Daten von der Social Media Plattform Twitter. Wir haben ein Named-Entity-Recognition-Modell entwickelt, das die Eingabedarstellung des Modells durch das Stapeln heterogener Einbettungen aus verschiedenen Domänen verbessern kann; unsere empirischen Ergebnisse zeigen komplementäres Lernen aus diesen heterogenen Einbettungen. Unser Beitrag belegte den 3. Platz in den beiden gemeinsamen Aufgaben. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchten wir Strategien zur Erweiterung synthetischer Daten, um ressourcenarme Informationsextraktion in spezialisierten Domänen zu ermöglichen. Insbesondere haben wir backtranslation an die Aufgabe der Erkennung von benannten Entitäten auf Token-Ebene und der Extraktion von Beziehungen auf Satzebene angepasst. Wir zeigen, dass die Rückübersetzung sprachlich vielfältige und grammatikalisch kohärente synthetische Sätze erzeugen kann und als wettbewerbsfähige Erweiterungsstrategie für die Aufgaben der Erkennung von benannten Entitäten und der Extraktion von Beziehungen dient. Bei den meisten realen Aufgaben zur Extraktion von Beziehungen stehen keine kommentierten Daten zur Verfügung, jedoch ist häufig ein großer unkommentierter Textkorpus vorhanden. Bootstrapping-Methoden zur Beziehungsextraktion können mit diesem großen Korpus arbeiten, da sie nur eine Handvoll Startinstanzen benötigen. Bootstrapping-Methoden neigen jedoch dazu, im Laufe der Zeit Rauschen zu akkumulieren (bekannt als semantische Drift), und dieses Phänomen hat einen drastischen negativen Einfluss auf die endgültige Genauigkeit der Extraktionen. Wir entwickeln zwei Methoden zur Einschränkung des Bootstrapping-Prozesses, um die semantische Drift bei der Extraktion von Beziehungen zu minimieren. Unsere Methoden nutzen die Graphentheorie und vortrainierte Sprachmodelle, um verrauschte Extraktionsmuster explizit zu identifizieren und zu entfernen. Wir berichten über die experimentellen Ergebnisse auf dem TACRED-Datensatz für vier Relationen. Im letzten Teil der Arbeit demonstrieren wir die Anwendung der Domänenanpassung auf die anspruchsvolle Aufgabe der mehrsprachigen Akronymextraktion. Unsere Experimente zeigen, dass die Domänenanpassung die Akronymextraktion in wissenschaftlichen und juristischen Bereichen in sechs Sprachen verbessern kann, darunter auch Sprachen mit geringen Ressourcen wie Persisch und Vietnamesisch.The structured knowledge representation systems such as knowledge base or knowledge graph can provide insights regarding entities and relationship(s) among these entities in the real-world, such knowledge representation systems can be employed in various natural language processing applications such as semantic search, question answering and text summarization. It is infeasible and inefficient to manually populate these knowledge representation systems. In this work, we develop methods to automatically extract named entities and relationships among the entities from plain text and hence our methods can be used to either complete the existing incomplete knowledge representation systems to create a new structured knowledge representation system from scratch. Unlike mainstream supervised methods for information extraction, our methods focus on the low-data scenario and do not require a large amount of annotated data. In the first part of the thesis, we focused on the problem of named entity recognition. We participated in the shared task of Bacteria Biotope 2019, the shared task consists of recognizing and normalizing the biomedical entity mentions. Our linguistically informed named entity recognition system consists of a deep learning based model which can extract both nested and flat entities; our model employed several linguistic features and auxiliary training objectives to enable efficient learning in data-scarce scenarios. Our entity normalization system employed string match, fuzzy search and semantic search to link the extracted named entities to the biomedical databases. Our named entity recognition and entity normalization system achieved the lowest slot error rate of 0.715 and ranked first in the shared task. We also participated in two shared tasks of Adverse Drug Effect Span detection (English) and Profession Span Detection (Spanish); both of these tasks collect data from the social media platform Twitter. We developed a named entity recognition model which can improve the input representation of the model by stacking heterogeneous embeddings from a diverse domain(s); our empirical results demonstrate complementary learning from these heterogeneous embeddings. Our submission ranked 3rd in both of the shared tasks. In the second part of the thesis, we explored synthetic data augmentation strategies to address low-resource information extraction in specialized domains. Specifically, we adapted backtranslation to the token-level task of named entity recognition and sentence-level task of relation extraction. We demonstrate that backtranslation can generate linguistically diverse and grammatically coherent synthetic sentences and serve as a competitive augmentation strategy for the task of named entity recognition and relation extraction. In most of the real-world relation extraction tasks, the annotated data is not available, however, quite often a large unannotated text corpus is available. Bootstrapping methods for relation extraction can operate on this large corpus as they only require a handful of seed instances. However, bootstrapping methods tend to accumulate noise over time (known as semantic drift) and this phenomenon has a drastic negative impact on the final precision of the extractions. We develop two methods to constrain the bootstrapping process to minimise semantic drift for relation extraction; our methods leverage graph theory and pre-trained language models to explicitly identify and remove noisy extraction patterns. We report the experimental results on the TACRED dataset for four relations. In the last part of the thesis, we demonstrate the application of domain adaptation to the challenging task of multi-lingual acronym extraction. Our experiments demonstrate that domain adaptation can improve acronym extraction within scientific and legal domains in 6 languages including low-resource languages such as Persian and Vietnamese

Ubiquitous Computing

The aim of this book is to give a treatment of the actively developed domain of Ubiquitous computing. Originally proposed by Mark D. Weiser, the concept of Ubiquitous computing enables a real-time global sensing, context-aware informational retrieval, multi-modal interaction with the user and enhanced visualization capabilities. In effect, Ubiquitous computing environments give extremely new and futuristic abilities to look at and interact with our habitat at any time and from anywhere. In that domain, researchers are confronted with many foundational, technological and engineering issues which were not known before. Detailed cross-disciplinary coverage of these issues is really needed today for further progress and widening of application range. This book collects twelve original works of researchers from eleven countries, which are clustered into four sections: Foundations, Security and Privacy, Integration and Middleware, Practical Applications

Ontology Localization

Nuestra meta principal en esta tesis es proponer una solución para construir una ontología multilingüe, a través de la localización automática de una ontología. La noción de localización viene del área de Desarrollo de Software que hace referencia a la adaptación de un producto de software a un ambiente no nativo. En la Ingeniería Ontológica, la localización de ontologías podría ser considerada como un subtipo de la localización de software en el cual el producto es un modelo compartido de un dominio particular, por ejemplo, una ontología, a ser usada por una cierta aplicación. En concreto, nuestro trabajo introduce una nueva propuesta para el problema de multilingüismo, describiendo los métodos, técnicas y herramientas para la localización de recursos ontológicos y cómo el multilingüismo puede ser representado en las ontologías. No es la meta de este trabajo apoyar una única propuesta para la localización de ontologías, sino más bien mostrar la variedad de métodos y técnicas que pueden ser readaptadas de otras áreas de conocimiento para reducir el costo y esfuerzo que significa enriquecer una ontología con información multilingüe. Estamos convencidos de que no hay un único método para la localización de ontologías. Sin embargo, nos concentramos en soluciones automáticas para la localización de estos recursos. La propuesta presentada en esta tesis provee una cobertura global de la actividad de localización para los profesionales ontológicos. En particular, este trabajo ofrece una explicación formal de nuestro proceso general de localización, definiendo las entradas, salidas, y los principales pasos identificados. Además, en la propuesta consideramos algunas dimensiones para localizar una ontología. Estas dimensiones nos permiten establecer una clasificación de técnicas de traducción basadas en métodos tomados de la disciplina de traducción por máquina. Para facilitar el análisis de estas técnicas de traducción, introducimos una estructura de evaluación que cubre sus aspectos principales. Finalmente, ofrecemos una vista intuitiva de todo el ciclo de vida de la localización de ontologías y esbozamos nuestro acercamiento para la definición de una arquitectura de sistema que soporte esta actividad. El modelo propuesto comprende los componentes del sistema, las propiedades visibles de esos componentes, las relaciones entre ellos, y provee además, una base desde la cual sistemas de localización de ontologías pueden ser desarrollados. Las principales contribuciones de este trabajo se resumen como sigue: - Una caracterización y definición de los problemas de localización de ontologías, basado en problemas encontrados en áreas relacionadas. La caracterización propuesta tiene en cuenta tres problemas diferentes de la localización: traducción, gestión de la información, y representación de la información multilingüe. - Una metodología prescriptiva para soportar la actividad de localización de ontologías, basada en las metodologías de localización usadas en Ingeniería del Software e Ingeniería del Conocimiento, tan general como es posible, tal que ésta pueda cubrir un amplio rango de escenarios. - Una clasificación de las técnicas de localización de ontologías, que puede servir para comparar (analíticamente) diferentes sistemas de localización de ontologías, así como también para diseñar nuevos sistemas, tomando ventaja de las soluciones del estado del arte. - Un método integrado para construir sistemas de localización de ontologías en un entorno distribuido y colaborativo, que tenga en cuenta los métodos y técnicas más apropiadas, dependiendo de: i) el dominio de la ontología a ser localizada, y ii) la cantidad de información lingüística requerida para la ontología final. - Un componente modular para soportar el almacenamiento de la información multilingüe asociada a cada término de la ontología. Nuestra propuesta sigue la tendencia actual en la integración de la información multilingüe en las ontologías que sugiere que el conocimiento de la ontología y la información lingüística (multilingüe) estén separados y sean independientes. - Un modelo basado en flujos de trabajo colaborativos para la representación del proceso normalmente seguido en diferentes organizaciones, para coordinar la actividad de localización en diferentes lenguajes naturales. - Una infraestructura integrada implementada dentro del NeOn Toolkit por medio de un conjunto de plug-ins y extensiones que soporten el proceso colaborativo de localización de ontologías

Pattern-based design applied to cultural heritage knowledge graphs

Ontology Design Patterns (ODPs) have become an established and recognised practice for guaranteeing good quality ontology engineering. There are several ODP repositories where ODPs are shared as well as ontology design methodologies recommending their reuse. Performing rigorous testing is recommended as well for supporting ontology maintenance and validating the resulting resource against its motivating requirements. Nevertheless, it is less than straightforward to find guidelines on how to apply such methodologies for developing domain-specific knowledge graphs. ArCo is the knowledge graph of Italian Cultural Heritage and has been developed by using eXtreme Design (XD), an ODP- and test-driven methodology. During its development, XD has been adapted to the need of the CH domain e.g. gathering requirements from an open, diverse community of consumers, a new ODP has been defined and many have been specialised to address specific CH requirements. This paper presents ArCo and describes how to apply XD to the development and validation of a CH knowledge graph, also detailing the (intellectual) process implemented for matching the encountered modelling problems to ODPs. Relevant contributions also include a novel web tool for supporting unit-testing of knowledge graphs, a rigorous evaluation of ArCo, and a discussion of methodological lessons learned during ArCo development