Metinsel veri madenciliği için anlamsal yarı-eğitimli algoritmaların geliştirilmesi

Ganiz, Murat Can (Dogus Author) -- Zeynep Hilal, Kilimci (Dogus Author)Metinsel veri madenciliği büyük miktarlardaki metinsel verilerden faydalı bilgilerin çıkarılması veya bunların otomatik olarak organize edilmesini içerir. Büyük miktarlarda metinsel belgenin otomatik olarak organize edilmesinde metin sınıflandırma algoritmaları önemli bir rol oynar. Bu alanda kullanılan sınıflandırma algoritmaları “eğitimli” (supervised), kümeleme algoritmaları ise “eğitimsiz” (unsupervised) olarak adlandırılırlar. Bunların ortasında yer alan “yarı-eğitimli” (semisupervised) algoritmalar ise etiketli verinin yanı sıra bol miktarda bulunan etiketsiz veriden faydalanarak sınıflandırma başarımını arttırabilirler. Metinsel veri madenciliği algoritmalarında geleneksel olarak kelime sepeti (bag-of-words) olarak tabir edilen model kullanılmaktadır. Kelime sepeti modeli metinde geçen kelimeleri bulundukları yerden ve birbirinden bağımsız olarak değerlendirir. Ayrıca geleneksel algoritmalardaki bir başka varsayım ise metinlerin birbirinden bağımsız ve eşit olarak dağıldıklarıdır. Sonuç olarak bu yaklaşım tarzı kelimelerin ve metinlerin birbirleri arasındaki anlamsal ilişkileri göz ardı etmektedir. Metinsel veri madenciliği alanında son yıllarda özellikle kelimeler arasındaki anlamsal ilişkilerden faydalanan çalışmalara ilgi artmaktadır. Anlamsal bilginin kullanılması geleneksel makine öğrenmesi algoritmalarının başarımını özellikle eldeki verinin az, seyrek veya gürültülü olduğu durumlarda arttırmaktadır. Gerçek hayat uygulamalarında algoritmaların eğitim için kullanacağı veri genellikle sınırlı ve gürültülüdür. Bu yüzden anlamsal bilgiyi kullanabilen algoritmalar gerçek hayat problemlerinde büyük yarar sağlama potansiyeline sahiptir. Bu projede, ilk aşamada eğitimli metinsel veri madenciliği için anlamsal algoritmalar geliştirdik. Bu anlamsal algoritmalar metin sınıflandırma ve özellik seçimi alanlarında performans artışı sağlamaktadır. Projenin ikinci aşamasında ise bu yöntemlerden yola çıkarak etiketli ve etiketsiz verileri kullanan yarı-eğitimli metin sınıflandırma algoritmaları geliştirme faaliyetleri yürüttük. Proje süresince 5 yüksek lisans tezi tamamlanmış, 1 Doktora tezi tez savunma aşamasına gelmiş, 2 adet SCI dergi makalesi yayınlanmış, 8 adet bildiri ulusal ve uluslararası konferanslar ve sempozyumlarda sunulmuş ve yayınlanmıştır. Hazırlanan 2 adet dergi makalesi ise dergilere gönderilmiş ve değerlendirme aşamasındadır. Projenin son aşamasındaki bulgularımızı içeren 1 adet konferans bildirisi 2 adet dergi makalesi de hazırlık aşamasındadır. Ayrıca proje ile ilgili olarak üniversite çıkışlı bir girişim şirketi (spin-off) kurulmuştur.Textual data mining is the process of extracting useful knowledge from large amount of textual data. In this field, classification algorithms are called supervised and clustering algorithms are called unsupervised algorithms. Between these there are semi supervised algorithms which can improve the accuracy of the classification by making use of the unlabeled data. Traditionally, bag-of-words model is being used in textual data mining algorithms. Bag-of-words model assumes that words independent from each other and their positions in the text. Furthermore, traditional algorithms assume that texts are independent and identically distributed. As a result this approach ignores the semantic relationship between words and between texts. There has been a recent interest in works that make use of the semantic relationships especially between the words. Use of semantic knowledge increase the performance of the systems especially when there are few, sparse and noisy data. In fact, there are very sparse and noisy data in real world settings. As a result, algorithms that can make use of the semantic knowledge have a great potential to increase the performance. In this project, in the first phase, we developed semantic algorithms and methods for supervised classification. These semantic algorithms provide performance improvements on text classification and feature selection. On the second phase of the project we have pursued development activities for semi-supervised classification algorithms that make use of labeled and unlabeled data, based on the methods developed in the first phase. During the project, 5 master’s thesis is completed, the PhD student is advanced to the dissertation defense stage, two articles are published on SCI indexed journals, 8 proceedings are presented in national and international conferences. Two journal articles are sent and 1 conference proceeding and two journal articles are in preparation, which include the findings of the last phase of the project. Furthermore, a spin-off technology company is founded related to the project.TÜBİTA

Semantics-based language models for information retrieval and text mining

The language modeling approach centers on the issue of estimating an accurate model by choosing appropriate language models as well as smoothing techniques. In the thesis, we propose a novel context-sensitive semantic smoothing method referred to as a topic signature language model. It extracts explicit topic signatures from a document and then statistically maps them into individual words in the vocabulary. In order to support the new language model, we developed two automated algorithms to extract multiword phrases and ontological concepts, respectively, and an EM-based algorithm to learn semantic mapping knowledge from co-occurrence data. The topic signature language model is applied to three applications: information retrieval, text classification, and text clustering. The evaluations on news collection and biomedical literature prove the effectiveness of the topic signature language model.In the experiment of information retrieval, the topic signature language model consistently outperforms the baseline two-stage language model as well as the context-insensitive semantic smoothing method in all configurations. It also beats the state-of-the-art Okapi models in all configurations. In the experiment of text classification, when the size of training documents is small, the Bayesian classifier with semantic smoothing not only outperforms the classifiers with background smoothing and Laplace smoothing, but it also beats the active learning classifiers and SVM classifiers. On the task of clustering, whether or not the dataset to cluster is small, the model-based k-means with semantic smoothing performs significantly better than both the model-based k-means with background smoothing and Laplace smoothing. It is also superior to the spherical k-means in terms of effectiveness.In addition, we empirically prove that, within the framework of topic signature language models, the semantic knowledge learned from one collection could be effectively applied to other collections. In the thesis, we also compare three types of topic signatures (i.e., words, multiword phrases, and ontological concepts), with respect to their effectiveness and efficiency for semantic smoothing. In general, it is more expensive to extract multiword phrases and ontological concepts than individual words, but semantic mapping based on multiword phrases and ontological concepts are more effective in handling data sparsity than on individual words.Ph.D., Information Science and Technology -- Drexel University, 200