Bài giảng Khai phá dữ liệu Web - Chương 1: Giới thiệu chung - Hà Quang Thụy

Nội dung text: Bài giảng Khai phá dữ liệu Web - Chương 1: Giới thiệu chung - Hà Quang Thụy

1. BÀI GiẢNG KHAI PHÁ DỮ LIỆU WEB CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG PGS. TS. HÀ QUANG THỤY HÀ NỘI 10-2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 1
2. Nội dung 1. Giới thiệu về khai phá text 2. Giới thiệu về khai phá web 2
3. 1. Giới thiệu về khai phá text ⚫ Khái niệm ⚫ Sự cần thiết của khai phá text ⚫ Đặc trưng của khai phá text ⚫ Các bài toán cơ bản trong khai phá text ⚫ Một ví dụ về bài toán khai phá text ⚫ Xu hướng nghiên cứu khai phá Text 3
4. Khái niệm ⚫ Tiếp cận về khái niệm khai phá text ▪ Khai phá text là khai phá dữ liệu đối với loại dữ liệu text. ▪ Quá trình phát hiện tri thức mới, có giá trị, tiềm ẩn trong tập hợp văn bản ▪ Mang tính đa dạng về phát biểu khái niệm khai phá dữ liệu ⚫ Nội dung ▪ Khai phá text = Khai phá dữ liệu + Xử lý ngôn ngữ tự nhiên - XLNNTN (Natural Language Processing: NLP) ▪ Các bài toán chung về khai phá dữ liệu cho dữ liệu đặc thù ▪ Một số bài toán riêng điển hình cho khai phá text ⚫ Mối quan hệ giữa Khai phá Text và XLNNTN ▪ XLNNTN cung cấp tài nguyên, công cụ cơ sở cho khai phá Text ▪ Khai phá Text mở rộng các bài toán của XLNNTN ▪ Đan xen giữa Khai phá Text với XLNNTN 4
5. Quy trình khai phá text ⚫ Tuân theo quy trình chung của khai phá dữ liệu ▪ Như đã trình bày trong khai phá dữ liệu ⚫ Quy trình tối giản ▪ Tiền xử lý ▪ Công cụ của Xử lý ngôn ngữ tự nhiên ▪ Mô hình cấu trúc văn bản ▪ Biểu diễn văn bản ▪ Phù hợp với thuật toán ▪ Xử lý (khai phá) dữ liệu theo dạng biểu diễn ▪ Áp dụng khai phá dữ liệu 5
6. Sự cần thiết của khai phá text ⚫ Text gần gũi nhất với con người ▪ Là đối tượng quan trọng nhất chuyển tải thông tin của loài người ▪ Phương tiện trình bày tri thức chuyển giao người khác ▪ Học chữ là bài toán quan trọng của mỗi con người ⚫ Đặc thù của ngôn ngữ tự nhiên ▪ Tính đa nghĩa, đồng nghĩa của đơn vị cú pháp nhỏ nhất là từ ▪ Tính cảm ngữ cảnh khi trình bày nội dung văn bản ▪ Tính biến động của mỗi ngôn ngữ tự nhiên: bổ sung, thay đổi ⚫ Sự tăng trưởng của dữ liệu Text ▪ Khả năng tạo mới ▪ Khả năng lưu trữ 6
7. Đặc trưng của khai phá text Dấu hiệu phân biệt Khai phá dữ liệu Khai phá Text Đối tượng dữ liệu Dữ liệu số / phân loại Văn bản Cấu trúc đối tượng CSDL quan hệ Text dạng tự do: không cấu trúc, nửa cấu trúc Tìm kiếm thông tin liên quan, Mục tiêu Dự báo, đoán nhận hiểu ngữ nghĩa, phân lớp / phân bố Phương pháp Học máy: DT, MBR, Chỉ số, xử lý mạng nơron, ngôn ngữ, kiến trúc Kích cỡ thị trường Trăm nghìn phân tích viên Hàng triệu người dùng từ từ công ty lớn và vừa hãng và cá nhân Tình trạng Quảng bá từ năm 1994 Mới quảng bá từ năm 2000 Sergei Ananyan (2001). Text Mining: Applications and Technologies, Megaputer Intelligence Inc (truy nhập ngày 13/9/2003) 7 .
8. Một số bài toán điển hình trong TM ⚫ Biểu diễn Text ▪ Là một trong những bài toán quan trọng nhất trong khai phá Text ▪ Nghịch lý về “hiệu quả như nhau” trong tìm kiếm Text ▪ Tìm biểu diễn phù hợp nhất cho bài toán khai phá text ▪ Một lớp hướng mô hình biểu diễn Text: Mô hình sinh Text ▪ Nội dung của chương 2. ⚫ Tìm kiếm/thu hồi Text (Text Search/Retrieval) ▪ Cho một tập văn bản và một yêu cầu tìm kiếm của người dùng (dạng văn bản / khác). ▪ Mục đích: Tìm tập văn bản trong CSDL đáp ứng yêu cầu người dùng ▪ Đã tồn tại một CSDL Text: Tìm kiếm full-text trong CSDL này ▪ Tìm kiếm trên Internet. Máy tìm kiếm: Nội dung chương 5. 8
9. Một số bài toán điển hình trong TM (2) ⚫ Phân lớp văn bản ▪ Tương ứng học có giám sát (học có thầy) ▪ Cho trước tập lớp và tập ví dụ ▪ Mục tiêu : một mô hình phân lớp thực hiện ánh xạ mỗi văn bản vào lớp ▪ Ví dụ: ⚫ Phân cụm văn bản ▪ Tương ứng hoc không giám sát ▪ Cho trước tập văn bản ▪ Mục tiêu : tập cụm văn bản và tóm tắt cụm. ▪ Ví dụ: ⚫ Phân đoạn văn bản ▪ Phân cụm và phân lớp ▪ Ví dụ: 9
10. Một số bài toán điển hình trong TM (3) ⚫ Phân tích ngữ nghĩa ▪ Hiểu văn bản (xem DUC: Document Understanding Conferences và TAC: Text Analysis Conferences) ▪ Ngữ nghĩa của các thành phần trong văn bản ▪ Phát hiện quan hệ thực thể trong văn bản ▪ Taxonomy, ontology, web ngữ nghĩa (semantic Web) ▪ Roxana Girju [Gij08] liệt kê một số danh sách quan hệ ngữ nghĩa, trong đó có danh sách 22 quan hệ do chính tác giả tổng hợp: ⚫ HYPERNYMY (IS-A) PART-WHOLE (MERONYMY) CAUSE POSSESSION ⚫ KINSHIP MAKE/PRODUCE INSTRUMENT TEMPORAL ⚫ LOCATION/SPACE PURPOSE SOURCE/FROM EXPERIENCER ⚫ TOPIC MANNER MEANS GENT ⚫ THEME PROPERTY BENEFICIARY MEASURE ⚫ TYPE DEPICTIONDEPICTED. [Gir08] Roxana Girju (2008). Semantic Relation Extraction and its Applications, ESSLLI 2008: Invited Tutorial, Hamburg, Germany, August 2008 10
11. Một số bài toán điển hình trong TM (4) ⚫ Trích chọn đặc trưng ▪ Phát hiện/lưu trữ từ khóa (term), đặc trưng (feature), cụm từ mang nghĩa ▪ Đặc trưng chưa định trước: xác định đồng thời với phân tích nội dung ▪ Phân biệt trích chọn đặc trưng (feature extraction) với chọn lựa đặc trưng (feature selection) ▪ Phân tích văn bản để phát hiện tần số xuất hiện ⚫ Tóm tắt văn bản ▪ Document Abstract/Summarization ▪ Xây dựng một văn bản thu gọn hơn (tỷ lệ/số lượng từ/câu) song vẫn giữ được ngữ nghĩa ▪ Abstract (rút trích câu) /Summarization (xây dựng câu) ▪ Xây dựng tự động mục lục văn bản ▪ Tóm tắt đơn văn bản/ tóm tắt đa văn bản ▪ Quan hệ chặt chẽ với “hiểu văn bản” 11
12. Một số bài toán điển hình trong TM (5) ⚫ Xây dựng ontology ▪ Kho ngữ liệu về một/một nhóm lĩnh vực ▪ Phục vụ, nâng cao chất lượng các bài toán ngữ nghĩa ▪ Tập khái niệm, lớp khái niệm, quan hệ giữa chúng ▪ Biểu diễn hình học dạng đồ thị ▪ Dạng đặc biệt: Taxonomy ▪ Ví dụ: WordNet, TreeBank ⚫ Kế thừa nguyên bản (Textual Entailment) ▪ “Văn bản T kế thừa giả thiết nguyên bản H” nếu tính chân thực của H có thể được suy diễn từ T. ▪ “Ý nghĩa” của T tiềm ẩn trong H: trình bày nào đó của H có thể phù hợp trình bày nào đó của T (mức độ chi tiết hay trừu tượng) ⚫ Dẫn đường văn bản (Text focusing) ▪ Tích hợp xử lý văn bản với cơ sở tri thức cho phép kết nối trực tiếp tri thức trong quá trình xử lý văn bản ▪ Dẫn dắt các văn bản theo tri thức đã được kết nối 12
13. Một số bài toán điển hình trong TM (6) ⚫ Khai phá quan điểm ▪ Là chủ đề thời sự hiện nay ▪ Đối tượng: không là sự vật/ hiện tượng mà là tình cảm thái độ ▪ Ứng dụng: tiếp thị (quan hệ khách hàng), điều tra xã hội học ▪ Một số ví dụ ⚫ Khai phá Text trong lĩnh vực cụ thể ▪ Y Sinh học: Quan hệ tương tác protein – protein, gene – bệnh ▪ Các lĩnh vực khoa học khác: 13
14. Một số bài toán ví dụ ⚫ Ví dụ 1 ▪ Nêu bài toán: Nhằm mục đích quán lý, một công ty Nhật Bản muốn xây dựng một hệ thống “quản lý” các nội dung đã được máy in của công ty in ra. ▪ Đặt vấn đề: ▪ Xây dựng hệ thống quản lý văn bản với thuộc tính in văn bản. Do một số lý do, đây không phải là điều công ty muốn. ▪ Quản lý mọi nội dung được in ra: Dữ liệu nguồn chỉ có thể là dòng dữ liệu đi qua máy in của công ty. Cần xây dựng hệ thống có các năng lực (1) lấy được dòng dữ liệu Text đi tới các máy in; (2) Tổ chức lại hệ thống các văn bản được in ra để thuận tiện cho việc quản lý. ▪ Giải pháp: ▪ Thu nhận dữ liệu: Xây dựng luồng xử lý dòng dữ liệu vào máy in, một bản đưa ra máy in và một bản đưa vào thành phần xử lý tiếp theo. ▪ Tổ chức hệ thống văn bản: Tiền xử lý dữ liệu; phân lớp đã cấp (trong đó có phân cụm) Nguồn: từ một học viên công tác tại FSOFT làm việc với Nhật Bản 14
15. Một số bài toán ví dụ (2) ⚫ Ví dụ 2. Bài toán của Rich Caruana & cộng sự ▪ Bài toán: Cho trước một tập (khoảng 300000) công trình nghiên cứu khoa học (bài đăng tạp chí, báo cáo hội nghị, luận án Tiến sỹ) đã được công bố. Từ nội dung văn bản của mỗi công trình nghiên cứu, chúng ta nhận được tên tác giả (các tác giả), các tài liệu tham khảo, nơi công bố (tên tạp chí, hội nghị, hội thảo ). ▪ Yêu cầu: Chỉ dùng nội dung, năm XB và tên các tác giả của tài liệu, tìm ra: ▪ Tìm ra diễn biến theo thời gian của các chủ đề khoa học theo một số tiêu chí như tỷ lệ các tài liệu theo các chủ đề, các chủ đề nổi bật mới, thời điểm một chủ đề cụ thể đat đỉnh cao nhất, chủ đề nào đang tàn lụi và theo đó, tìm ra được các chủ đề có vai trò chủ chốt. ▪ Nhận biết được các tài liệu có uy thế là tài liệu giới thiệu các ý tưởng mới và có chỉ số ảnh hưởng lớn ▪ Nhận biết được tác giả có uy thế là tác giả có ảnh hưởng lớn đối với sự phát triển của các chủ đề. [CJG06] Rich Caruana, Thorsten Joachims, Johannes Gehrke, Benyah Shaparenko (2006). Patterns and Key Players in Document Collections, KDD Challenge 2005.
16. Một số bài toán ví dụ ⚫ Ví dụ 2. Một kết quả [CJG06] ❑Phân cụm tài liệu và gán nhãn cụm (bằng các từ khóa điển hình trong cụm) ❑Biểu diễn hình học theo thời gian
17. Nghiên cứu về khai khá Text ⚫ Theo thống kê từ Google Scholar về số bài viết: ▪ Với cụm từ “Text Mining”: ▪ Ở tiêu đề: 2.800 bài (khoảng) ▪ Ở mọi nơi: 33.000 bài (khoảng) ▪ Với cụm từ “Text Analysis”: ▪ Ở tiêu đề: 1.680 bài (khoảng) ▪ Ở mọi nơi: 43.300 bài (khoảng) ⚫ Nơi công bố tài liệu về Khai phá Text ▪ Thường đi kèm với XLNNTN. ▪ The ACL Anthology Network Corpus: anthology-new/. ACL: “The Association for Computational Linguistics is THE international scientific and professional society for people working on problems involving natural language and computation”. ▪ DUC (Document Understanding Conferences: : 2001- 2007) và TAC (Text Analysis Conferences: nist.gov/tac/about/index.html: 2008-nay) ▪ Mọi hội nghị, tạp chí khoa học liên quan ▪ Kdnuggets: 19
18. 2. Sự cần thiết của khai phá Web ⚫ Web cũng rất gần gũi với con người ▪ Tạo ra môi trường của xã hội ảo ▪ Một phần quan trọng chuyển tải thông tin của loài người từ Web ▪ Phương tiện chuyển giao tri thức ⚫ Đặc thù của khai phá Text và Web ▪ Web có bán cấu trúc ▪ Kết nối không gian thời gian ▪ Mỏ rộng giao lưu: diễn đàn, blog ⚫ Sự tăng trưởng của dữ liệu Web ▪ Tương tự như dữ liệu Text ▪ Dữ liệu đa phương tiện 20
19. ⚫ Hình minh họa sự tăng trưởng của Web ▪ (02/2011) ⚫ Khái niệm ▪ Khai phá Web = Khai phá Text + WWW ▪ Trích chọn mẫu mới, hữu ích, hiểu được, tiềm ẩn trong Web
20. Các chủ đề của khai phá Web ⚫ Tìm kiếm và thu hồi: Thu hồi và tính hạng ⚫ Phân tích đồ thị Web và Khai phá cấu trúc Web ⚫ Phân cụm Web và Phân lớp Web ⚫ Trích rút thông tin, Quảng cáo và tối ưu hóa Web ⚫ Lọc cộng tác và lọc nội dung ⚫ Phân tích web log và Khai phá sử dụng web ⚫ Mạng xã hội trên Web ⚫ Web ngữ nghĩa ⚫ Khai phá quan điểm trên Web ⚫ Các vấn đề về hệ thống Web Reproduced from Ullman & Rajaraman with permission
21. Một số đặc điểm của khai phá Web ⚫ Web quá lớn để tổ chức thành kho dữ liệu ▪ Tăng kích cỡ DW chậm hơn nhiều tốc độ phát triển Web ⚫ Độ phức tạp của trang Web là rất lớn ▪ Các kiểu tổ chức ▪ Các kiểu dữ liệu ⚫ Web: nguồn tài nguyên thông tin có độ thay đổi cao ▪ Tăng nhiều và mất nhiều ⚫ Web phục vụ một cộng đồng người rộng lớn và đa dạng ▪ Phản ánh toàn bộ thế giới ⚫ Chỉ phần rất nhỏ thông tin trên Web là thực sự hữu ích ▪ Đối với toàn bộ và từng cá nhân ⚫ Khai phá Web có lợi thế: bán cấu trúc, giàu thông tin (thẻ, liên kết, file log) 24
22. Nghiên cứu về khai khá Web ⚫ Theo thống kê từ Google Scholar về số bài viết: ▪ Với cụm từ “Web Mining”: ▪ Ở tiêu đề: 2.680 bài (khoảng) ▪ Ở mọi nơi: 20.000 bài (khoảng) ▪ Với cụm từ “Text Analysis”: ▪ Ở tiêu đề: 240 bài (khoảng) ▪ Ở mọi nơi: 4.300 bài (khoảng) ▪ Với cụm từ “Search Engine”: ▪ Ở tiêu đề: 6.260 bài (khoảng) ▪ Ở mọi nơi: 414.000 bài (khoảng) ▪ Với cụm từ “Image Search”: ▪ Ở tiêu đề: 890 bài (khoảng) ▪ Ở mọi nơi: 15.800 bài (khoảng) ⚫ Nơi công bố tài liệu về Khai phá Web ▪ Đi kèm với XLNNTN và khai phá Text ▪ Kdnuggets: ▪ Mọi hội nghị, tạp chí khoa học liên quan 25