Modélisation des comportements de recherche basé sur les interactions des utilisateurs

Les utilisateurs de systèmes d'information divisent normalement les tâches en une séquence de plusieurs étapes pour les résoudre. En particulier, les utilisateurs divisent les tâches de recherche en séquences de requêtes, en interagissant avec les systèmes de recherche pour mener à bien le processus de recherche d'informations. Les interactions des utilisateurs sont enregistrées dans des journaux de requêtes, ce qui permet de développer des modèles pour apprendre automatiquement les comportements de recherche à partir des interactions des utilisateurs avec les systèmes de recherche. Ces modèles sont à la base de multiples applications d'assistance aux utilisateurs qui aident les systèmes de recherche à être plus interactifs, faciles à utiliser, et cohérents. Par conséquent, nous proposons les contributions suivantes : un modèle neuronale pour apprendre à détecter les limites des tâches de recherche dans les journaux de requête ; une architecture de regroupement profond récurrent qui apprend simultanément les représentations de requête et regroupe les requêtes en tâches de recherche ; un modèle non supervisé et indépendant d'utilisateur pour l'identification des tâches de recherche prenant en charge les requêtes dans seize langues ; et un modèle de tâche de recherche multilingue, une approche non supervisée qui modélise simultanément l'intention de recherche de l'utilisateur et les tâches de recherche. Les modèles proposés améliorent les méthodes existantes de modélisation, en tenant compte de la confidentialité des utilisateurs, des réponses en temps réel et de l'accessibilité linguistique. Le respect de la vie privée de l'utilisateur est une préoccupation majeure, tandis que des réponses rapides sont essentielles pour les systèmes de recherche qui interagissent avec les utilisateurs en temps réel, en particulier dans la recherche par conversation. Dans le même temps, l'accessibilité linguistique est essentielle pour aider les utilisateurs du monde entier, qui interagissent avec les systèmes de recherche dans de nombreuses langues. Les contributions proposées peuvent bénéficier à de nombreuses applications d'assistance aux utilisateurs, en aidant ces derniers à mieux résoudre leurs tâches de recherche lorsqu'ils accèdent aux systèmes de recherche pour répondre à leurs besoins d'information.Users of information systems normally divide tasks in a sequence of multiple steps to solve them. In particular, users divide search tasks into sequences of queries, interacting with search systems to carry out the information seeking process. User interactions are registered on search query logs, enabling the development of models to automatically learn search patterns from the users' interactions with search systems. These models underpin multiple user assisting applications that help search systems to be more interactive, user-friendly, and coherent. User assisting applications include query suggestion, the ranking of search results based on tasks, query reformulation analysis, e-commerce applications, retrieval of advertisement, query-term prediction, mapping of queries to search tasks, and so on. Consequently, we propose the following contributions: a neural model for learning to detect search task boundaries in query logs; a recurrent deep clustering architecture that simultaneously learns query representations through self-training, and cluster queries into groups of search tasks; Multilingual Graph-Based Clustering, an unsupervised, user-agnostic model for search task identification supporting queries in sixteen languages; and Language-agnostic Search Task Model, an unsupervised approach that simultaneously models user search intent and search tasks. Proposed models improve on existing methods for modeling user interactions, taking into account user privacy, realtime response times, and language accessibility. User privacy is a major concern in Ethics for intelligent systems, while fast responses are critical for search systems interacting with users in realtime, particularly in conversational search. At the same time, language accessibility is essential to assist users worldwide, who interact with search systems in many languages. The proposed contributions can benefit many user assisting applications, helping users to better solve their search tasks when accessing search systems to fulfill their information needs

Timeout Reached, Session Ends?

Die Identifikation von Sessions zum Verständnis des Benutzerverhaltens ist ein Forschungsgebiet des Web Usage Mining. Definitionen und Konzepte werden seit über 20 Jahren diskutiert. Die Forschung zeigt, dass Session-Identifizierung kein willkürlicher Prozess sein sollte. Es gibt eine fragwürdige Tendenz zu vereinfachten mechanischen Sessions anstelle logischer Segmentierungen. Ziel der Dissertation ist es zu beweisen, wie unterschiedliche Session-Ansätze zu abweichenden Ergebnissen und Interpretationen führen. Die übergreifende Forschungsfrage lautet: Werden sich verschiedene Ansätze zur Session-Identifizierung auf Analyseergebnisse und Machine-Learning-Probleme auswirken? Ein methodischer Rahmen für die Durchführung, den Vergleich und die Evaluation von Sessions wird gegeben. Die Dissertation implementiert 135 Session-Ansätze in einem Jahr (2018) Daten einer deutschen Preisvergleichs-E-Commerce-Plattform. Die Umsetzung umfasst mechanische Konzepte, logische Konstrukte und die Kombination mehrerer Mechaniken. Es wird gezeigt, wie logische Sessions durch Embedding-Algorithmen aus Benutzersequenzen konstruiert werden: mit einem neuartigen Ansatz zur Identifizierung logischer Sessions, bei dem die thematische Nähe von Interaktionen anstelle von Suchanfragen allein verwendet wird. Alle Ansätze werden verglichen und quantitativ beschrieben sowie in drei Machine-Learning-Problemen (wie Recommendation) angewendet. Der Hauptbeitrag dieser Dissertation besteht darin, einen umfassenden Vergleich von Session-Identifikationsalgorithmen bereitzustellen. Die Arbeit bietet eine Methodik zum Implementieren, Analysieren und Evaluieren einer Auswahl von Mechaniken, die es ermöglichen, das Benutzerverhalten und die Auswirkungen von Session-Modellierung besser zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass unterschiedlich strukturierte Eingabedaten die Ergebnisse von Algorithmen oder Analysen drastisch verändern können.The identification of sessions as a means of understanding user behaviour is a common research area of web usage mining. Different definitions and concepts have been discussed for over 20 years: Research shows that session identification is not an arbitrary task. There is a tendency towards simplistic mechanical sessions instead of more complex logical segmentations, which is questionable. This dissertation aims to prove how the nature of differing session-identification approaches leads to diverging results and interpretations. The overarching research question asks: will different session-identification approaches impact analysis and machine learning tasks? A comprehensive methodological framework for implementing, comparing and evaluating sessions is given. The dissertation provides implementation guidelines for 135 session-identification approaches utilizing a complete year (2018) of traffic data from a German price-comparison e-commerce platform. The implementation includes mechanical concepts, logical constructs and the combination of multiple methods. It shows how logical sessions were constructed from user sequences by employing embedding algorithms on interaction logs; taking a novel approach to logical session identification by utilizing topical proximity of interactions instead of search queries alone. All approaches are compared and quantitatively described. The application in three machine-learning tasks (such as recommendation) is intended to show that using different sessions as input data has a marked impact on the outcome. The main contribution of this dissertation is to provide a comprehensive comparison of session-identification algorithms. The research provides a methodology to implement, analyse and compare a wide variety of mechanics, allowing to better understand user behaviour and the effects of session modelling. The main results show that differently structured input data may drastically change the results of algorithms or analysis

Automatic understanding of multimodal content for Web-based learning

Web-based learning has become an integral part of everyday life for all ages and backgrounds. On the one hand, the advantages of this learning type, such as availability, accessibility, flexibility, and cost, are apparent. On the other hand, the oversupply of content can lead to learners struggling to find optimal resources efficiently. The interdisciplinary research field Search as Learning is concerned with the analysis and improvement of Web-based learning processes, both on the learner and the computer science side. So far, automatic approaches that assess and recommend learning resources in Search as Learning (SAL) focus on textual, resource, and behavioral features. However, these approaches commonly ignore multimodal aspects. This work addresses this research gap by proposing several approaches that address the question of how multimodal retrieval methods can help support learning on the Web. First, we evaluate whether textual metadata of the TIB AV-Portal can be exploited and enriched by semantic word embeddings to generate video recommendations and, in addition, a video summarization technique to improve exploratory search. Then we turn to the challenging task of knowledge gain prediction that estimates the potential learning success given a specific learning resource. We used data from two user studies for our approaches. The first one observes the knowledge gain when learning with videos in a Massive Open Online Course (MOOC) setting, while the second one provides an informal Web-based learning setting where the subjects have unrestricted access to the Internet. We then extend the purely textual features to include visual, audio, and cross-modal features for a holistic representation of learning resources. By correlating these features with the achieved knowledge gain, we can estimate the impact of a particular learning resource on learning success. We further investigate the influence of multimodal data on the learning process by examining how the combination of visual and textual content generally conveys information. For this purpose, we draw on work from linguistics and visual communications, which investigated the relationship between image and text by means of different metrics and categorizations for several decades. We concretize these metrics to enable their compatibility for machine learning purposes. This process includes the derivation of semantic image-text classes from these metrics. We evaluate all proposals with comprehensive experiments and discuss their impacts and limitations at the end of the thesis.Web-basiertes Lernen ist ein fester Bestandteil des Alltags aller Alters- und Bevölkerungsschichten geworden. Einerseits liegen die Vorteile dieser Art des Lernens wie Verfügbarkeit, Zugänglichkeit, Flexibilität oder Kosten auf der Hand. Andererseits kann das Überangebot an Inhalten auch dazu führen, dass Lernende nicht in der Lage sind optimale Ressourcen effizient zu finden. Das interdisziplinäre Forschungsfeld Search as Learning beschäftigt sich mit der Analyse und Verbesserung von Web-basierten Lernprozessen. Bisher sind automatische Ansätze bei der Bewertung und Empfehlung von Lernressourcen fokussiert auf monomodale Merkmale, wie Text oder Dokumentstruktur. Die multimodale Betrachtung ist hingegen noch nicht ausreichend erforscht. Daher befasst sich diese Arbeit mit der Frage wie Methoden des Multimedia Retrievals dazu beitragen können das Lernen im Web zu unterstützen. Zunächst wird evaluiert, ob textuelle Metadaten des TIB AV-Portals genutzt werden können um in Verbindung mit semantischen Worteinbettungen einerseits Videoempfehlungen zu generieren und andererseits Visualisierungen zur Inhaltszusammenfassung von Videos abzuleiten. Anschließend wenden wir uns der anspruchsvollen Aufgabe der Vorhersage des Wissenszuwachses zu, die den potenziellen Lernerfolg einer Lernressource schätzt. Wir haben für unsere Ansätze Daten aus zwei Nutzerstudien verwendet. In der ersten wird der Wissenszuwachs beim Lernen mit Videos in einem MOOC-Setting beobachtet, während die zweite eine informelle web-basierte Lernumgebung bietet, in der die Probanden uneingeschränkten Internetzugang haben. Anschließend erweitern wir die rein textuellen Merkmale um visuelle, akustische und cross-modale Merkmale für eine ganzheitliche Darstellung der Lernressourcen. Durch die Korrelation dieser Merkmale mit dem erzielten Wissenszuwachs können wir den Einfluss einer Lernressource auf den Lernerfolg vorhersagen. Weiterhin untersuchen wir wie verschiedene Kombinationen von visuellen und textuellen Inhalten Informationen generell vermitteln. Dazu greifen wir auf Arbeiten aus der Linguistik und der visuellen Kommunikation zurück, die seit mehreren Jahrzehnten die Beziehung zwischen Bild und Text untersucht haben. Wir konkretisieren vorhandene Metriken, um ihre Verwendung für maschinelles Lernen zu ermöglichen. Dieser Prozess beinhaltet die Ableitung semantischer Bild-Text-Klassen. Wir evaluieren alle Ansätze mit umfangreichen Experimenten und diskutieren ihre Auswirkungen und Limitierungen am Ende der Arbeit