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Patrizia Wojsyk & Arkadius Grycko – Extraktion und Visualisierung von semantischen Informationen aus Wikis

Prof. Dr.-Ing. D. KrömkerProfessur für Graphische

Datenverarbeitung

Abschlussvortrag

Extraktion und Visualisierung von semantischen Informationen aus Wikis

~

vorgetragen vonPatrizia Wojsyk und Arkadius Grycko

~

betreut vonSarah Voß und Jörg Demmer

1

Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~

Konzept- Datenextraktion -

- Visualisierung -

~Implementierung

- Datenextraktion -- Visualisierung -

~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Motivation

Wikis enthalten „interessante“ Artikel

a b e r

Die Relevanz ist nicht sofort ersichtlich

Relevante Artikel sind möglicherweise nicht direkt verlinkt

Patrizia Wojsyk & Arkadius Grycko – Extraktion und Visualisierung von semantischen Informationen aus Wikis2

Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Ziele

Ziele:

� Auffinden von interessanten Artikeln unterVerwendung von Semantiken

� Geeignete Visualisierungsform für die gefundenen Informationen finden

� Wikiunabhängigkeit


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Wiki-Systeme

Sind ...

einfache Content-Management-Systeme

Werden genutzt für ...

� Wissensaustausch

� E-Learning

� Projektmanagement

� Dokumentation


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Wiki-Systeme : Vorteile

Wichtigste Eigenschaften ...

� einfache Bedienbarkeit (WikiCode)

� gemeinsames Arbeiten


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Wiki-Systeme : Vorteile

Gemeinsamkeiten aller Wikis

� Links

� Revisionen

� Recent Changes

� Suche

� History

� Sandbox


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Wiki-Systeme >> Datenstruktur

Informationen in Wikis

Wichtigkeit der Informationen ist Wiki-Abhängig


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Datenextraktion >> Wiki-Zugriff

HTTP-Request Aufruf kompletter Wiki-Seitehttp://en.wikipedia.org/wiki/dog

„Wiki-API“ gezieltes Extrahieren gewünschter Informationenhttp://en.wikipedia.org/w/api.php?action=query&titles=dog|atom&prop=links&format=xml

Export Extraktion von Artikeltextenhttp://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Spezial:Exportieren&pages=Stochastik%0AHaushund&offset=1&limit=5


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Datenextraktion >> Semantik

Semantik (die Bedeutungslehre)Beziehungen zwischen Wörtern

Synonyme und Homonyme

Gleichbedeutung und Mehrdeutigkeit

Bsp.: Rechner – Computer (Synonyme)Bank (Finanzen) – Bank (Sitz)(Homonyme)

Hypernonym und Hyponyme

Hirarchische Beziehung zwischen Worten

Bsp.: Obst (Hypernonym) �� Apfel (Hypononym)(Verallgemeinerung) (Verfeinerung)

Meronyme und Holonyme„Part-Of“ Beziehung zwischen WortenBsp.: Apfel ist (Holonym) von Apfelkern

Apfelkern ist (Meronymie) von Apfel


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Datenextraktion >> Thesaurus

wozu Semantiken?

In der Textanalyse werden Semantiken verwendet um zwei Seiten, Sätze oder Wörter auf ihre „Gleichheit“ zu überprüfen

woher bekommt man die semantischen Informationen?

Worin unterscheidet sich ein Thesaurus zu einem regulärem Wörterbuch?

- nicht den gesamten Wortschatz- Anwendungsbeispiele für das Lemma (gesuchter Begriff)- Synonyme, Akronyme- Holonyme und Meronyme- Hyperonyme und Hyponyme

Problem: Fachwissen ist in Thesauren nicht vorhanden


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Visualisierung

Informations-Visualisierung (abstrakter Daten)

Bevor mit der Erstellung einer Visualisierung begonnen werden kann, müssen die folgenden Fragen beantwortet werden:

� Wie viele Attribute (Informationen) besitzen die Daten und umwelche Art von Daten handelt es sich?

� Welche Darstellungsart eignet sich zur Darstellungder Daten?

� In welcher Dimension soll die Visualisierung dargestellt werden2D oder 3D?


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Visualisierung

Die verschiedenen Visualisierungs-TechnikenTreeMap 3D RadialTreeMap HyperbolicTree 3D ForceDirectedGraph

TimeWall Scatterplot 3D RadialGraph ConeTree 3D

Wichtige Eigenschaften einer Wiki-Vis. � Beziehungen und die Hierarchische Struktur


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Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Visualisierungs-Techniken

Radial-GraphHierarchische Darstellung von Knoten - vergleichbar mit einem Baumdiagramm

AufbauIn der Mitte befindet sich der Ausgangsknotenum den Mittelpunkt herum sind konzentrische Ringe als Knotenlaufbahnen

� Platzsparende Anordnung der Knoten� Graph wächst in alle Richtungen

(gute Raumausnutzung)� Möglichkeit der Trennung unterschiedlicher Knoten über Ringe


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Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

2D & 3D

2D & 3D

� Wahl der Dimension hat Auswirkungen auf Performance der Nutzer

� Präferenz der Nutzer liegt eher bei 3D

� 3D benötigt zusätzliche Mechanismen um Objekte im Raum eindeutig zu orten

� Okklusion, Größenunterschiede schwer zu unterscheiden

� Unterschiedliche Anforderungen an Navigation bei 2D und 3D


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Konzept


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Anforderungen: Datenextraktion

Anforderungen

� Wiki-Unabhängigkeit der Komponenten

� Gewichtung, die relevante Artikel hervorhebt

� Möglichst geringe Laufzeit

� Leichte Integration in bestehende Wikis

Aber: Letzte beiden Punkten nicht gut miteinander vereinbar!


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Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Konzept

Allgemeine Probleme

� Schnell wachsende Anzahl von Artikel-Links � Laufzeit!

� Beschränkte Anzahl von Links in Anfrage (z.B. bei MediaWiki)

� Mehrdeutigkeit von Artikelnamen

� Möglichkeit, daß mehr Kategorien als Artikel-Links


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Konzept: Datenzugriff

Zwei Möglichkeiten:

Datenbank größere Linktiefe,

aber nicht sofort Einsetzbar,

Daten müssen aktualisiert werden

„Live“-Variante sofort Einsetzbar, Daten immer aktuell

Zugriff: vorzugsweise Wiki-API ansonsten

Daten-Export, HTTP-Request

aber beschränkte Linktiefe

Architektur beider Varianten ähnelt sich stark


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Grundlagen&

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- Visualisierung -

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~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Konzept: Sem-Crawler Komponenten

Wiki-Crawler

� Suche und Zugriff weiterer Artikel (Web-Crawler)

� Beinhaltet die Gewichtung

� Wiki-Unabhängigkeit durch anpaßbare Suchmuster (WikiCode)

Thesaurus-Schnittstelle

� Abruf der benötigten semantischen Informationen

Daten-Schnittstelle

� Kommunikation mit dem Visualisierungs-Modul

Optional: Autor-Crawler

� Suche nach Autoren und ihren Artikeln

Daten-Parser (DB-Variante)

� Parsed Artikeltexte nach vorhandenen Informationen & trägt diese in DB ein


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Komponente: Wiki-Crawler

Erkennen der Sonderfälle…

� Weiterleitung

� Mehrdeutigkeit ( mit Hilfe des Wikis)

� Nicht vorhanden

Crawlen in der Kategorie-Hierarchie

� Erhöhung der Anzahl der Hauptkategorien

� Reduktion der anderen Kategorien


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Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Link-Analyse

� Bool‘sche Zonengewicht, Bewertung über ausgewählte Eigenschaften

� PageRank, iterativ auf allen Links� HITS, Submenge von Links, verwendet Vor- Nachfahren

��Linkeigenschaften werden verglichen

Dokument-Analyse

� Vektorraum-Model, Wortvorkommen in Dokumenten

��Artikeltexte werden auf ihre Ähnlichkeit zueinander verglichen


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Gewichtung

Adaption der Bool‘schen Zonengewichtung

Gewichtungsfaktoren sind an jeweiliges Wiki anzupassen!


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Grundlagen&

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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Kombinierte Gewichtung

Semantisches Gewichtungsmaß

� verwendet (Semantiken) „Teil-von“, Ober- Unterbegriff, Domänen

� Schnittmengenbildung mit den in der Linkanalyse gefundenenArtikeln

� Bezug zum Hauptartikel wird bestärkt

Ein Thesaurus ist wahrscheinlich nicht ausreichend

� Nutzung mehrerer Thesauri (Sprache und/oder Wissensgebiet)Unterschiedliche Wikis benötigen unterschiedliche Thesauri

� WikiCrawler benötigt eine entsprechende Schnittstelle

Quellen für semantische Informationen

� Online Datenbanken (wie z.B. Wortschatz Uni-Leipzig)

� Lokale Datenbanken (wie z.B. WordNet)


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Grundlagen&

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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

WordNetParser

Verwendung von WordNet hat die Vorteile...

� Lokale Datenbasis

� Unabhängigkeit von WebServices

� Umfangreiche semantische Informationen

WordNet enthält zum jeweiligen Lemma...

� Synonyme, Hypernonyme, Hyponyme, Meronyme undHolonyme

� Domänenangehörigkeit

� eine Kurzbeschreibung der Wörter

WordNet ermöglicht...

� Unterscheidung zwischen Nomen, Verb, Adjektiv, Adverb(Nützlich bei Dokumentenanalyse)

Problem

� Homonymität (Mehrdeutigkeit)


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- Visualisierung -

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~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

WordNetParser

Zugriff auf die WordNet Datenbank� Index Dateicomputer%1:06:00:: 03082979 1 6(Suchbegriff) (Offset)

� Zugriff über den Offset auf Datendateien03082979 06 n 06 computer 0 computing_machine 0 computing_device 0 data_processor 0 electronic_computer 0 information_processing_system 0 055 @ 03699975 n 0000 #p 03962685 n 0000 ;c 06128570 n 0000 + 00637259 v 0104 + 02337364 v 0101 + 02218759 v 0101 + 01718952 v 0102 + 02337364 v 0102 + 02218759 v 0102 + 01718952 v 0103 -c 00509039 a 0000 -c 00509206 a 0000 -c 01091995 a 0000 -c 00145929 n 0000 ~ 02708224 n 0000 %p 02924713 n 0000 %p 02985137 n 0000 %p 02995345 n 0000 %p 03020034 n 0000 %p 03084204 n 0000 %p 03084420 n 0000 -c 03092656 n 0000 %p 03163798 n 0000 ~ 03196324 n 0000 %p 03209141 n 0000 %p 03209910 n 0000 -c 03314608 n 0000 %p 03493333 n 0000 ~ 03528523 n 0000 %p 03614007 n 0000 %p 03744276 n 0000 -c 03778817 n 0000 %p 03782190 n 0000 ~ 03827107 n 0000 ~ 03835582 n 0000 ~ 03890514 n 0000 %p 03916720 n 0000 -c 03967396 n 0000 ~ 03998867 n 0000 -c 04151228 n 0000 ~ 04175147 n 0000 -c 04243727 n 0000 -c 04429756 n 0000 ~ 04499180 n 0000 -c 04539053 n 0000 -c 05728493 n 0000 -c 05799761 n 0000 -c 05799952 n 0000 -c 06128570 n 0000 -c 06278830 n 0000 ~ 06359193 n 0000 -c 06636806 n 0000 -c 07341860 n 0000 –c 7421859 n 0000 -c 01694620 v 0000 | a machine for performing calculations automatically


Autoren als eine weitere Quelle der Gewichtung

Wieso?

� Autoren können Spezialgebiete besitzen

� Die Interessen eines Autors können sich mit denendes Nutzers überschneiden und zu anderen interessantenArtikeln führen

Problem

� Nicht alle Wikis unterstützen die Extraktion der Autoren undall ihrer Edits - deshalb optional!

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- Visualisierung -

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~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Komponente AuthorCrawler


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~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Datenaustauschformat

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<graph>

<knotenobjekt>

<name>STRING</name> // Name des Artikels

<id>INTEGER</id> // unique identifier

<weight>FLOAT</weight> // Artikel-Gewicht

<typ>STRING</typ> // Kategorie/Artikel/Lemma

<bl>BOOLEAN</bl> // Lemma-Back-Link?

<sem>SEMANTIK</sem> // semantische Beziehung zu Lemma

<colour>HEX</colour> // Knotenfarbe

<desc>STRING</desc> // weitere Beschreibungen

</knotenobjekt>

. . .

<kantenobjekt>

<fromID>INTEGER</fromID>

<toID>INTEGER</toID>

<colour>HEX</colour> // Kantenfarbe

</kantenobjekt>

. . .

</graph>


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Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Visualisierungskonzept


Die Visualisierung soll…

� Relevanz der Artikel darstellen (Gewichtung)

� unterschiedliche Knotenobjekte (Artikel, Kategorie,…)

� semantische Beziehungen

� Autorinformationen darstellen

� benutzerfreundlich sein

� interaktiv sein

� zu neuen Informationen (Wissen) führen

� bei der Recherche in einem Wiki eingesetzt werden können


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Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Aufbau des Graphen

� Unterschiedliche Anzahl Ringe

� Unterschiedliche Datenobjekte

� Gewichtungsmetapher


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~Ausblick

~Diskussion


Aufbau des Graphen (Gewichtung über die Knoten)

� Farbe

� Knotengröße

� Kombiniert


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion


Interaktion

� Klickbare Knoten

� Interaktive Knoten(Zoom, Alpha & Farbe)

� Filter (Gewicht)

� Eingabefeld (Suche)

� Pan & Zoom

� Tooltip(Einleitungstext)


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Darstellung semantischer Informationen(Neben dem Graph)

� Soll den Nutzern Informationen über die Beziehung geben

� Problem Artikelanzahl > Semantikanzahl � kritische Nutzer


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- Visualisierung -

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~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Darstellung semantischer Informationen(In einem eigenem Graph)


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion


Darstellung der Autoren-Informationen

� Über den Tooltip

� Eigener Graph

� Vielleicht interessante Artikel?


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- Visualisierung -

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~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Darstellung eines Wiki-Artikels(Innerhalb der Visualisierung)

� Beim Klick auf einen Knoten(neues Browsertab oder –fenster)

� Über den Tooltip (Einleitungstext)

� Neben dem Graph


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Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion


Darstellung eines Wiki-Artikels(Innerhalb der Visualisierung)

� Eigene Wikiartikel-Ansicht

� Gewichtung der Artikel

� Filter


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- Visualisierung -

~Implementierung


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~Ausblick

~Diskussion


Problematisch sind die Mehrdeutigkeit und nicht existierende Artikel

� Müssen dem Nutzer verdeutlicht werden

� Bei Mehrdeutigkeit soll die Visualisierung eine Auswahlermöglichen

� Darstellungsform als Graph


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion




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- Visualisierung -

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~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Implementierung


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~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Architektur des SemCrawlers


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Implementierung >> WikiCrawler

WikiCrawler

� Umwandlung des erhaltenen Lemmas nach „Wiki-Standard“

� Auswahl der „korrekten“ WordNet-Ausgabe

� Verwendet Ausschluß-Filter bei Kategorien

Gewichtung

� beim Einlesen der Artikel-, Kategorie-Links

� Bonus durch Kategorien „lesenswert“

� Menge der Lemma-Kategorien wird durch derenUnter-Kategorien erweitert


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Implementierung >> SemCrawler

SemCrawler

� Verarbeitung der Sonderereignisse(Erstellung spezieller XML)

� XML Generierung

� Rekodierung der Artikelnamen UTF-8 � HTML

� Zusammenfassung der Nicht-Lemma Kategorien


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Implementierung >> WordNetParser

WordNetParser

� Wird vom WikiCrawler gestartet (mit Lemma)

� Parst WordNet Datendateien

� Übergabe von Semantiken

� Generierung von zwei XML (Graph & Tabelle)


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Implementierung >> WordNetParser

AuthorCrawler

� Wird vom WikiCrawler gestartet (mit Lemma)

� Nutzt Wiki API

� Extraktion der Autoren und deren Artikel

� Filterung

� Generierung von XML


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~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Implementierung >> WikiSemVis

WikiSemVis

� Basiert auf Flex und AS3

� Nutzt das Visualisierungsframework RaVis

� Eventbasierte Kommunikation zwischen den Komponenten

� Greift auf die in der Extraktion generierten XML Dateien zu (HTTP-Services)

� Interaktive Elemente in AS3 verwirklicht

� Alle visuellen Elemente in Flex


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- Visualisierung -

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~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion


WikiSemVis - Artikelansicht

� Flash unterstützt nur bedingt die Darstellung von HTML

� Verwendung eines IFrame zur Darstellung der Wiki-Inhalte

� Adaption der IFrame Technik in Flash von Brian Deitte

� Darstellung der Gewichtung

� Filterfunktion


WikiSemVisImplementierung



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~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion



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~Implementierung


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~Ausblick

~Diskussion

Probleme


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

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~Ausblick

~Diskussion

Probleme

ProblemeDatenextraktion

� Laufzeit Datenextraktion

� Kategorie-Reduzierung

� Kein Standard bei mehrteiligen Artikelnamen

Allgemein

� Kommunikation SemCrawler �� WikiSemVis

Visualisierung

� Performance Visualisierung

� Einbindung HTML mit IFrame (Explorer)

� Tooltip (Explorer)


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Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Evaluierung


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Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Evaluierung

Evaluierung

� Anonymer Test im Web - Multiple-Choice-Formular- Möglichkeit Kommentare zu hinterlassen- Unterschiedliche Foren (mit technischem Hintergrund)

� Ziele der Befragung:- Nützlichkeit- Bedienbarkeit- Verständnis

� Erwartungen an das Ergebnis:

- Probleme beim Verständnis und/oder Bedienung- Die Applikation ist zu langsam- Jedoch werden auch Nutzer existieren die einen Nutzen in der Visualisierung finden (besonders wenn sie sich Zeit lassen)


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Evaluierung

Evaluierung


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Evaluierung

Evaluierung

� Bis auf einen Nutzer kannten alle Wikipedia

und haben sie bereits zur Recherche genutzt

Eigene Erfahrung

� WikiSemVis kann einen Mehrwert bei der Recherche bieten


Evaluierung

Evaluierung

� Anonymer Test im Web (Multiple-Choice-Formular)

� Ziele der Befragung:- Nützlichkeit- Bedienbarkeit- Verständnis

�


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Ausblick


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- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Ausblick

Ausblick

� Datenbankeinbindung – verbesserte Ergebnismenge?

� XML-Verwaltung für die „Live“-Variante

� History der besuchten Lemmata

� Performanteres Visualisierungsframework

� Interlingualität zum Vergleich der Ergebnisse?

� Integration von Spezialwissen zur Thesaurus-Unterstützung

� Der Nutzen eines 3D Radial-Graphs?


Motivation & Ziele~

Grundlagen&

Analyse~


- Visualisierung -

~Implementierung


~Probleme

~Evaluierung

~Ausblick

~Diskussion

Diskussion

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