Visual Summarization of Scholarly Videos using Word Embeddings and Keyphrase Extraction

Effective learning with audiovisual content depends on many factors. Besides the quality of the learning resource's content, it is essential to discover the most relevant and suitable video in order to support the learning process most effectively. Video summarization techniques facilitate this goal by providing a quick overview over the content. It is especially useful for longer recordings such as conference presentations or lectures. In this paper, we present an approach that generates a visual summary of video content based on semantic word embeddings and keyphrase extraction. For this purpose, we exploit video annotations that are automatically generated by speech recognition and video OCR (optical character recognition).Comment: 12 pages, 5 figure

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

A Survey on Semantic Processing Techniques

Semantic processing is a fundamental research domain in computational linguistics. In the era of powerful pre-trained language models and large language models, the advancement of research in this domain appears to be decelerating. However, the study of semantics is multi-dimensional in linguistics. The research depth and breadth of computational semantic processing can be largely improved with new technologies. In this survey, we analyzed five semantic processing tasks, e.g., word sense disambiguation, anaphora resolution, named entity recognition, concept extraction, and subjectivity detection. We study relevant theoretical research in these fields, advanced methods, and downstream applications. We connect the surveyed tasks with downstream applications because this may inspire future scholars to fuse these low-level semantic processing tasks with high-level natural language processing tasks. The review of theoretical research may also inspire new tasks and technologies in the semantic processing domain. Finally, we compare the different semantic processing techniques and summarize their technical trends, application trends, and future directions.Comment: Published at Information Fusion, Volume 101, 2024, 101988, ISSN 1566-2535. The equal contribution mark is missed in the published version due to the publication policies. Please contact Prof. Erik Cambria for detail

Proceedings of the EACL Hackashop on News Media Content Analysis and Automated Report Generation

Peer reviewe

Applied Deep Learning: Case Studies in Computer Vision and Natural Language Processing

Deep learning has proved to be successful for many computer vision and natural language processing applications. In this dissertation, three studies have been conducted to show the efficacy of deep learning models for computer vision and natural language processing. In the first study, an efficient deep learning model was proposed for seagrass scar detection in multispectral images which produced robust, accurate scars mappings. In the second study, an arithmetic deep learning model was developed to fuse multi-spectral images collected at different times with different resolutions to generate high-resolution images for downstream tasks including change detection, object detection, and land cover classification. In addition, a super-resolution deep model was implemented to further enhance remote sensing images. In the third study, a deep learning-based framework was proposed for fact-checking on social media to spot fake scientific news. The framework leveraged deep learning, information retrieval, and natural language processing techniques to retrieve pertinent scholarly papers for given scientific news and evaluate the credibility of the news

Cross-Domain information extraction from scientific articles for research knowledge graphs

Today’s scholarly communication is a document-centred process and as such, rather inefficient. Fundamental contents of research papers are not accessible by computers since they are only present in unstructured PDF files. Therefore, current research infrastructures are not able to assist scientists appropriately in their core research tasks. This thesis addresses this issue and proposes methods to automatically extract relevant information from scientific articles for Research Knowledge Graphs (RKGs) that represent scholarly knowledge structured and interlinked. First, this thesis conducts a requirements analysis for an Open Research Knowledge Graph (ORKG). We present literature-related use cases of researchers that should be supported by an ORKG-based system and their specific requirements for the underlying ontology and instance data. Based on this analysis, the identified use cases are categorised into two groups: The first group of use cases needs manual or semi-automatic approaches for knowledge graph (KG) construction since they require high correctness of the instance data. The second group requires high completeness and can tolerate noisy instance data. Thus, this group needs automatic approaches for KG population. This thesis focuses on the second group of use cases and provides contributions for machine learning tasks that aim to support them. To assess the relevance of a research paper, scientists usually skim through titles, abstracts, introductions, and conclusions. An organised presentation of the articles' essential information would make this process more time-efficient. The task of sequential sentence classification addresses this issue by classifying sentences in an article in categories like research problem, used methods, or obtained results. To address this problem, we propose a novel unified cross-domain multi-task deep learning approach that makes use of datasets from different scientific domains (e.g. biomedicine and computer graphics) and varying structures (e.g. datasets covering either only abstracts or full papers). Our approach outperforms the state of the art on full paper datasets significantly while being competitive for datasets consisting of abstracts. Moreover, our approach enables the categorisation of sentences in a domain-independent manner. Furthermore, we present the novel task of domain-independent information extraction to extract scientific concepts from research papers in a domain-independent manner. This task aims to support the use cases find related work and get recommended articles. For this purpose, we introduce a set of generic scientific concepts that are relevant over ten domains in Science, Technology, and Medicine (STM) and release an annotated dataset of 110 abstracts from these domains. Since the annotation of scientific text is costly, we suggest an active learning strategy based on a state-of-the-art deep learning approach. The proposed method enables us to nearly halve the amount of required training data. Then, we extend this domain-independent information extraction approach with the task of \textit{coreference resolution}. Coreference resolution aims to identify mentions that refer to the same concept or entity. Baseline results on our corpus with current state-of-the-art approaches for coreference resolution showed that current approaches perform poorly on scientific text. Therefore, we propose a sequential transfer learning approach that exploits annotated datasets from non-academic domains. Our experimental results demonstrate that our approach noticeably outperforms the state-of-the-art baselines. Additionally, we investigate the impact of coreference resolution on KG population. We demonstrate that coreference resolution has a small impact on the number of resulting concepts in the KG, but improved its quality significantly. Consequently, using our domain-independent information extraction approach, we populate an RKG from 55,485 abstracts of the ten investigated STM domains. We show that every domain mainly uses its own terminology and that the populated RKG contains useful concepts. Moreover, we propose a novel approach for the task of \textit{citation recommendation}. This task can help researchers improve the quality of their work by finding or recommending relevant related work. Our approach exploits RKGs that interlink research papers based on mentioned scientific concepts. Using our automatically populated RKG, we demonstrate that the combination of information from RKGs with existing state-of-the-art approaches is beneficial. Finally, we conclude the thesis and sketch possible directions of future work.Die Kommunikation von Forschungsergebnissen erfolgt heutzutage in Form von Dokumenten und ist aus verschiedenen Gründen ineffizient. Wesentliche Inhalte von Forschungsarbeiten sind für Computer nicht zugänglich, da sie in unstrukturierten PDF-Dateien verborgen sind. Daher können derzeitige Forschungsinfrastrukturen Forschende bei ihren Kernaufgaben nicht angemessen unterstützen. Diese Arbeit befasst sich mit dieser Problemstellung und untersucht Methoden zur automatischen Extraktion von relevanten Informationen aus Forschungspapieren für Forschungswissensgraphen (Research Knowledge Graphs). Solche Graphen sollen wissenschaftliches Wissen maschinenlesbar strukturieren und verknüpfen. Zunächst wird eine Anforderungsanalyse für einen Open Research Knowledge Graph (ORKG) durchgeführt. Wir stellen literaturbezogene Anwendungsfälle von Forschenden vor, die durch ein ORKG-basiertes System unterstützt werden sollten, und deren spezifische Anforderungen an die zugrundeliegende Ontologie und die Instanzdaten. Darauf aufbauend werden die identifizierten Anwendungsfälle in zwei Gruppen eingeteilt: Die erste Gruppe von Anwendungsfällen benötigt manuelle oder halbautomatische Ansätze für die Konstruktion eines ORKG, da sie eine hohe Korrektheit der Instanzdaten erfordern. Die zweite Gruppe benötigt eine hohe Vollständigkeit der Instanzdaten und kann fehlerhafte Daten tolerieren. Daher erfordert diese Gruppe automatische Ansätze für die Konstruktion des ORKG. Diese Arbeit fokussiert sich auf die zweite Gruppe von Anwendungsfällen und schlägt Methoden für maschinelle Aufgabenstellungen vor, die diese Anwendungsfälle unterstützen können. Um die Relevanz eines Forschungsartikels effizient beurteilen zu können, schauen sich Forschende in der Regel die Titel, Zusammenfassungen, Einleitungen und Schlussfolgerungen an. Durch eine strukturierte Darstellung von wesentlichen Informationen des Artikels könnte dieser Prozess zeitsparender gestaltet werden. Die Aufgabenstellung der sequenziellen Satzklassifikation befasst sich mit diesem Problem, indem Sätze eines Artikels in Kategorien wie Forschungsproblem, verwendete Methoden oder erzielte Ergebnisse automatisch klassifiziert werden. In dieser Arbeit wird für diese Aufgabenstellung ein neuer vereinheitlichter Multi-Task Deep-Learning-Ansatz vorgeschlagen, der Datensätze aus verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen (z. B. Biomedizin und Computergrafik) mit unterschiedlichen Strukturen (z. B. Datensätze bestehend aus Zusammenfassungen oder vollständigen Artikeln) nutzt. Unser Ansatz übertrifft State-of-the-Art-Verfahren der Literatur auf Benchmark-Datensätzen bestehend aus vollständigen Forschungsartikeln. Außerdem ermöglicht unser Ansatz die Klassifizierung von Sätzen auf eine domänenunabhängige Weise. Darüber hinaus stellen wir die neue Aufgabenstellung domänenübergreifende Informationsextraktion vor. Hierbei werden, unabhängig vom behandelten wissenschaftlichen Fachgebiet, inhaltliche Konzepte aus Forschungspapieren extrahiert. Damit sollen die Anwendungsfälle Finden von verwandten Arbeiten und Empfehlung von Artikeln unterstützt werden. Zu diesem Zweck führen wir eine Reihe von generischen wissenschaftlichen Konzepten ein, die in zehn Bereichen der Wissenschaft, Technologie und Medizin (STM) relevant sind, und veröffentlichen einen annotierten Datensatz von 110 Zusammenfassungen aus diesen Bereichen. Da die Annotation wissenschaftlicher Texte aufwändig ist, kombinieren wir ein Active-Learning-Verfahren mit einem aktuellen Deep-Learning-Ansatz, um die notwendigen Trainingsdaten zu reduzieren. Die vorgeschlagene Methode ermöglicht es uns, die Menge der erforderlichen Trainingsdaten nahezu zu halbieren. Anschließend erweitern wir unseren domänenunabhängigen Ansatz zur Informationsextraktion um die Aufgabe der Koreferenzauflösung. Die Auflösung von Koreferenzen zielt darauf ab, Erwähnungen zu identifizieren, die sich auf dasselbe Konzept oder dieselbe Entität beziehen. Experimentelle Ergebnisse auf unserem Korpus mit aktuellen Ansätzen zur Koreferenzauflösung haben gezeigt, dass diese bei wissenschaftlichen Texten unzureichend abschneiden. Daher schlagen wir eine Transfer-Learning-Methode vor, die annotierte Datensätze aus nicht-akademischen Bereichen nutzt. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass unser Ansatz deutlich besser abschneidet als die bisherigen Ansätze. Darüber hinaus untersuchen wir den Einfluss der Koreferenzauflösung auf die Erstellung von Wissensgraphen. Wir zeigen, dass diese einen geringen Einfluss auf die Anzahl der resultierenden Konzepte in dem Wissensgraphen hat, aber die Qualität des Wissensgraphen deutlich verbessert. Mithilfe unseres domänenunabhängigen Ansatzes zur Informationsextraktion haben wir aus 55.485 Zusammenfassungen der zehn untersuchten STM-Domänen einen Forschungswissensgraphen erstellt. Unsere Analyse zeigt, dass jede Domäne hauptsächlich ihre eigene Terminologie verwendet und dass der erstellte Wissensgraph nützliche Konzepte enthält. Schließlich schlagen wir einen Ansatz für die Empfehlung von passenden Referenzen vor. Damit können Forschende einfacher relevante verwandte Arbeiten finden oder passende Empfehlungen erhalten. Unser Ansatz nutzt Forschungswissensgraphen, die Forschungsarbeiten mit in ihnen erwähnten wissenschaftlichen Konzepten verknüpfen. Wir zeigen, dass aktuelle Verfahren zur Empfehlung von Referenzen von zusätzlichen Informationen aus einem automatisch erstellten Wissensgraphen profitieren. Zum Schluss wird ein Fazit gezogen und ein Ausblick für mögliche zukünftige Arbeiten gegeben

Generative Language Models for Personalized Information Understanding

A major challenge in information understanding stems from the diverse nature of the audience, where individuals possess varying preferences, experiences, educational and cultural backgrounds. Consequently, adopting a one-size-fits-all approach to provide information may prove suboptimal. While prior research has predominantly focused on delivering pre-existing content to users with potential interests, this thesis explores generative language models for personalized information understanding. By harnessing the potential of generative language models, our objective is to generate novel personalize content for individual users. As a result, users from diverse backgrounds can be provided with content that are tailored for their need and better aligns with their interests. The crux of this research hinges on addressing the following two aspects: 1. Personalized Content: How to harness user profiles to create tailored content for individual users; 2. Effective Communication: How to engage with users in order to proficiently convey information. For the first aspect, i.e. personalized content, we explored personalized news headline generation. By analyzing users\u27 reading history, our proposed framework identifies perspectives that users are interested in, which can further guide generating news headlines that are attractive to users. For the second aspect, i.e. effective communication, we developed personalized reading assistive agent, which assist users understand complex information in news article or academic documents through conversations. Compared to reading, obtaining information through conversations is more interactive and requires shorter attention span. We further incorporate the above aspects in personalized information systems in a real-life scenario, i.e. patient education. Specifically, we propose a novel after-visit summaries (AVS) writing assistant. After-visit summaries notes are documents given to patients to help them understand their clinical visits and disease self-management. Our approach not only automatically generates AVS drafts, but also detects potential errors in the generated drafts, allowing physicians to revise and produce AVS notes with higher efficiency and accuracy. Moreover, we present PaniniQA, a patient-centric interactive question answering system designed to help patients understand their discharge instructions. PaniniQA first identifies important clinical content from patients’ discharge instructions and then formulates personalized educational questions for distinctive patients. In addition, PaniniQA is also equipped with answer verification functionality to provide timely feedback to correct patients’ misunderstandings. Overall, we aspire to contribute to the advancement of information dissemination techniques, promoting a more inclusive and effective means of communication in our information-driven world

Cultural Heritage Storytelling, Engagement and Management in the Era of Big Data and the Semantic Web

The current Special Issue launched with the aim of further enlightening important CH areas, inviting researchers to submit original/featured multidisciplinary research works related to heritage crowdsourcing, documentation, management, authoring, storytelling, and dissemination. Audience engagement is considered very important at both sites of the CH production–consumption chain (i.e., push and pull ends). At the same time, sustainability factors are placed at the center of the envisioned analysis. A total of eleven (11) contributions were finally published within this Special Issue, enlightening various aspects of contemporary heritage strategies placed in today’s ubiquitous society. The finally published papers are related but not limited to the following multidisciplinary topics:Digital storytelling for cultural heritage;Audience engagement in cultural heritage;Sustainability impact indicators of cultural heritage;Cultural heritage digitization, organization, and management;Collaborative cultural heritage archiving, dissemination, and management;Cultural heritage communication and education for sustainable development;Semantic services of cultural heritage;Big data of cultural heritage;Smart systems for Historical cities – smart cities;Smart systems for cultural heritage sustainability

Geographic information extraction from texts

A large volume of unstructured texts, containing valuable geographic information, is available online. This information – provided implicitly or explicitly – is useful not only for scientific studies (e.g., spatial humanities) but also for many practical applications (e.g., geographic information retrieval). Although large progress has been achieved in geographic information extraction from texts, there are still unsolved challenges and issues, ranging from methods, systems, and data, to applications and privacy. Therefore, this workshop will provide a timely opportunity to discuss the recent advances, new ideas, and concepts but also identify research gaps in geographic information extraction