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Extracting and Learning Semantics from Social Web Data

Extraktion und Lernen von Semantik aus Social Web-Daten

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-178666
  • Making machines understand natural language is a dream of mankind that existed since a very long time. Early attempts at programming machines to converse with humans in a supposedly intelligent way with humans relied on phrase lists and simple keyword matching. However, such approaches cannot provide semantically adequate answers, as they do not consider the specific meaning of the conversation. Thus, if we want to enable machines to actually understand language, we need to be able to access semantically relevant background knowledge. ForMaking machines understand natural language is a dream of mankind that existed since a very long time. Early attempts at programming machines to converse with humans in a supposedly intelligent way with humans relied on phrase lists and simple keyword matching. However, such approaches cannot provide semantically adequate answers, as they do not consider the specific meaning of the conversation. Thus, if we want to enable machines to actually understand language, we need to be able to access semantically relevant background knowledge. For this, it is possible to query so-called ontologies, which are large networks containing knowledge about real-world entities and their semantic relations. However, creating such ontologies is a tedious task, as often extensive expert knowledge is required. Thus, we need to find ways to automatically construct and update ontologies that fit human intuition of semantics and semantic relations. More specifically, we need to determine semantic entities and find relations between them. While this is usually done on large corpora of unstructured text, previous work has shown that we can at least facilitate the first issue of extracting entities by considering special data such as tagging data or human navigational paths. Here, we do not need to detect the actual semantic entities, as they are already provided because of the way those data are collected. Thus we can mainly focus on the problem of assessing the degree of semantic relatedness between tags or web pages. However, there exist several issues which need to be overcome, if we want to approximate human intuition of semantic relatedness. For this, it is necessary to represent words and concepts in a way that allows easy and highly precise semantic characterization. This also largely depends on the quality of data from which these representations are constructed. In this thesis, we extract semantic information from both tagging data created by users of social tagging systems and human navigation data in different semantic-driven social web systems. Our main goal is to construct high quality and robust vector representations of words which can the be used to measure the relatedness of semantic concepts. First, we show that navigation in the social media systems Wikipedia and BibSonomy is driven by a semantic component. After this, we discuss and extend methods to model the semantic information in tagging data as low-dimensional vectors. Furthermore, we show that tagging pragmatics influences different facets of tagging semantics. We then investigate the usefulness of human navigational paths in several different settings on Wikipedia and BibSonomy for measuring semantic relatedness. Finally, we propose a metric-learning based algorithm in adapt pre-trained word embeddings to datasets containing human judgment of semantic relatedness. This work contributes to the field of studying semantic relatedness between words by proposing methods to extract semantic relatedness from web navigation, learn highquality and low-dimensional word representations from tagging data, and to learn semantic relatedness from any kind of vector representation by exploiting human feedback. Applications first and foremest lie in ontology learning for the Semantic Web, but also semantic search or query expansion.show moreshow less
  • Einer der großen Träume der Menschheit ist es, Maschinen dazu zu bringen, natürliche Sprache zu verstehen. Frühe Versuche, Computer dahingehend zu programmieren, dass sie mit Menschen vermeintlich intelligente Konversationen führen können, basierten hauptsächlich auf Phrasensammlungen und einfachen Stichwortabgleichen. Solche Ansätze sind allerdings nicht in der Lage, inhaltlich adäquate Antworten zu liefern, da der tatsächliche Inhalt der Konversation nicht erfasst werden kann. Folgerichtig ist es notwendig, dass Maschinen auf semantischEiner der großen Träume der Menschheit ist es, Maschinen dazu zu bringen, natürliche Sprache zu verstehen. Frühe Versuche, Computer dahingehend zu programmieren, dass sie mit Menschen vermeintlich intelligente Konversationen führen können, basierten hauptsächlich auf Phrasensammlungen und einfachen Stichwortabgleichen. Solche Ansätze sind allerdings nicht in der Lage, inhaltlich adäquate Antworten zu liefern, da der tatsächliche Inhalt der Konversation nicht erfasst werden kann. Folgerichtig ist es notwendig, dass Maschinen auf semantisch relevantes Hintergrundwissen zugreifen können, um diesen Inhalt zu verstehen. Solches Wissen ist beispielsweise in Ontologien vorhanden. Ontologien sind große Datenbanken von vernetztem Wissen über Objekte und Gegenstände der echten Welt sowie über deren semantische Beziehungen. Das Erstellen solcher Ontologien ist eine sehr kostspielige und aufwändige Aufgabe, da oft tiefgreifendes Expertenwissen benötigt wird. Wir müssen also Wege finden, um Ontologien automatisch zu erstellen und aktuell zu halten, und zwar in einer Art und Weise, dass dies auch menschlichem Empfinden von Semantik und semantischer Ähnlichkeit entspricht. Genauer gesagt ist es notwendig, semantische Entitäten und deren Beziehungen zu bestimmen. Während solches Wissen üblicherweise aus Textkorpora extrahiert wird, ist es möglich, zumindest das erste Problem - semantische Entitäten zu bestimmen - durch Benutzung spezieller Datensätze zu umgehen, wie zum Beispiel Tagging- oder Navigationsdaten. In diesen Arten von Datensätzen ist es nicht notwendig, Entitäten zu extrahieren, da sie bereits aufgrund inhärenter Eigenschaften bei der Datenakquise vorhanden sind. Wir können uns also hauptsächlich auf die Bestimmung von semantischen Relationen und deren Intensität fokussieren. Trotzdem müssen hier noch einige Hindernisse überwunden werden. Beispielsweise ist es notwendig, Repräsentationen für semantische Entitäten zu finden, so dass es möglich ist, sie einfach und semantisch hochpräzise zu charakterisieren. Dies hängt allerdings auch erheblich von der Qualität der Daten ab, aus denen diese Repräsentationen konstruiert werden. In der vorliegenden Arbeit extrahieren wir semantische Informationen sowohl aus Taggingdaten, von Benutzern sozialer Taggingsysteme erzeugt, als auch aus Navigationsdaten von Benutzern semantikgetriebener Social Media-Systeme. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, hochqualitative und robuste Vektordarstellungen von Worten zu konstruieren, die dann dazu benutzt werden können, die semantische Ähnlichkeit von Konzepten zu bestimmen. Als erstes zeigen wir, dass Navigation in Social Media Systemen unter anderem durch eine semantische Komponente getrieben wird. Danach diskutieren und erweitern wir Methoden, um die semantische Information in Taggingdaten als niedrigdimensionale sogenannte “Embeddings” darzustellen. Darüberhinaus demonstrieren wir, dass die Taggingpragmatik verschiedene Facetten der Taggingsemantik beeinflusst. Anschließend untersuchen wir, inwieweit wir menschliche Navigationspfade zur Bestimmung semantischer Ähnlichkeit benutzen können. Hierzu betrachten wir mehrere Datensätze, die Navigationsdaten in verschiedenen Rahmenbedingungen beinhalten. Als letztes stellen wir einen neuartigen Algorithmus vor, um bereits trainierte Word Embeddings im Nachhinein an menschliche Intuition von Semantik anzupassen. Diese Arbeit steuert wertvolle Beiträge zum Gebiet der Bestimmung von semantischer Ähnlichkeit bei: Es werden Methoden vorgestellt werden, um hochqualitative semantische Information aus Web-Navigation und Taggingdaten zu extrahieren, diese mittels niedrigdimensionaler Vektordarstellungen zu modellieren und selbige schließlich besser an menschliches Empfinden von semantischer Ähnlichkeit anzupassen, indem aus genau diesem Empfinden gelernt wird. Anwendungen liegen in erster Linie darin, Ontologien für das Semantic Web zu lernen, allerdings auch in allen Bereichen, die Vektordarstellungen von semantischen Entitäten benutzen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Thomas NieblerORCiD
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-178666
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Mathematik und Informatik
Faculties:Fakultät für Mathematik und Informatik / Institut für Informatik
Referee:Prof. Dr. Andreas Hotho, Prof. Dr. Robert Jäschke
Date of final exam:2019/03/26
Language:English
Year of Completion:2019
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-17866
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
GND Keyword:Semantik; Maschinelles Lernen; Soziale Software
Tag:Machine Learning; Semantics; Social Web; User Behavior
CCS-Classification:I. Computing Methodologies / I.2 ARTIFICIAL INTELLIGENCE / I.2.6 Learning (K.3.2) / Knowledge acquisition
Release Date:2019/03/29
Licence (German):License LogoCC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International