Departamento de Informática e Centro de Investigação em TI da Universidade de Évora Centro de Inteligência Artificial da UNL

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1 Sistemas de recuperação de informação em bases de textos Paulo Quaresma Departamento de Informática e Centro de Investigação em TI da Universidade de Évora Centro de Inteligência Artificial da UNL Paulo Quaresma 1

2 Objectivos Analisar e propôr soluções para os principais problemas existentes em sistemas de pesquisa de informação em bases de texto Analisar a abordagem proposta pelo DI-UE Paulo Quaresma 2

3 Programa Introdução e conceitos gerais Bases de textos (BT) Pesquisa de informação em BT Problemas e soluções BT: Informação linguística Sistemas de pesquisa de informação Paulo Quaresma 3

4 Programa Solução proposta Arquitectura modular: agentes Módulos: Gestor de BT Expressões relevantes e thesaurus Classificação, agrupamento e visualização de documentos Gestão de interacções Paulo Quaresma 4

5 Programa Aplicação case studies: Arquivo digital DI/UE PGR - Acesso aos Pareceres da Procuradoria Geral da República Portuguesa Paulo Quaresma 5

6 Bases de textos Objectivo: Representar conjuntos grandes de documentos escritos numa ou mais Línguas, possibilitando uma posterior pesquisa eficiente. Problemas: Representar os documentos Pesquisar os documentos (ou a sua representação) Paulo Quaresma 6

7 Bases de textos Representação de documentos: Ficheiros Bases de dados relacionais Bases de textos (estruturas de dados específicas): Inverted files - Ficheiros invertidos PAT-Trees - Árvores PAT... Paulo Quaresma 7

8 Bases de textos A representação a usar depende das funcionalidades desejadas! Paulo Quaresma 8

9 Bases de textos Exemplos de pesquisas: Quais os documentos em que aparece a palavra canto? Quais os documentos em que aparece a palavra canto ou qualquer outra forma do verbo cantar? Paulo Quaresma 9

10 Bases de textos Exemplos (cont.): Quais os documentos em que aparecem na mesma frase as palavras português e assassinado (ou sinónimos)? Documentos ordenados por relevância em que...? Paulo Quaresma 10

11 Bases de textos Inadequação das bases de dados relacionais tradicionais para satisfazer os requisitos dos sistemas de pesquisa de informação em textos Necessidade de estruturas de dados específicas e necessidade de incorporar conhecimento linguístico! Paulo Quaresma 11

12 Estruturas de dados Ficheiros invertidos inverted files Os documentos são processados e é obtido o conjunto de palavras que os constituem. Cada palavra está associada a um conjunto de ocorrências (documento, offset) dessa palavra nos documentos Paulo Quaresma 12

13 Estruturas de dados Doc1: Documento a indexar Doc2: Outro documento que vai ser indexado Resultado: a - (doc1, 2) documento - (doc1, 1), (doc2, 2) indexar - (doc1, 3) indexado - (doc2, 6) Paulo Quaresma 13

14 Estruturas de dados Organização do conjunto de palavras que constituem os documentos: Conjunto Lista ordenada Tabela de Hash Árvores de pesquisa Paulo Quaresma 14

15 Estruturas de dados Lista Ordenada A Documento Indexado Indexar (doc1, 2) (doc1, 1), (doc2,2) (doc2, 6) (doc1, 3) Paulo Quaresma 15

16 Estruturas de dados Tabela de Hash A (doc1, 2) Indexar (doc1, 3) Documento (doc1, 1), (doc2,2) Indexado (doc2, 6) Paulo Quaresma 16

17 Árvores de pesquisa Cada nó da árvore identifica uma letra e pode ter 26 filhos (letras) Os nós podem representar palavras dos documentos, caso em que têm associado uma lista de ocorrências Exemplo: doc1: a ave voa doc2: as aves voam Paulo Quaresma 17

18 Árvores de pesquisa (doc1,1) A V (doc2,1) S V O (doc1,2) E A (doc1,3) (doc2,2) S M (doc2,3) Paulo Quaresma 18

19 Estruturas de dados Vantagens e desvantagens Listas Ordenadas Tabelas de Hash Árvores de pesquisa Paulo Quaresma 19

20 Bases de textos Problema: presidente da república Solução: Nova lista que liga as palavras de um modo sequencial! Paulo Quaresma 20

21 Árvores de pesquisa (doc1,1) A V (doc2,1) S V O (doc1,2) E A (doc1,3) (doc2,2) S M (doc2,3) Paulo Quaresma 21

22 Bases de textos Problema: Ter em conta informação linguística! Pesquisar voar ou qualquer outra flexão do verbo Solução: Criar vários indíces (várias tabelas ou árvores) para o mesmo conjunto de documentos! Problema: É necessário ter um dicionário (léxico) com esta informação! Paulo Quaresma 22

23 Árvores de pesquisa (doc1,1), (doc2, 1) A V (doc1,2), (doc2,2) V E O A R (doc1,3) (doc2,3) Paulo Quaresma 23

24 Bases de textos Problema: Ter em conta categoria morfosintáctica! Pesquisar canto como substantivo! Solução: Adicionar etiqueta morfo-sintáctica à lista de ocorrências. Problema: É necessário fazer previamente a etiquetagem morfo-sintáctica! Paulo Quaresma 24

25 Árvores de pesquisa (doc1,art,1), (doc2, art, 1) A V (doc1,n, 2), (doc2,n, 2) V E O A R (doc1,v, 3) (doc2,v, 3) Paulo Quaresma 25

26 Bases de textos Problema: Ter em conta sinónimos (thesaurus)! Pesquisar lei ou os seus sinónimos! Solução: Criar um novo índice (lista ou árvore) em que as palavras são transformadas num dos seus sinónimos. Problema: É necessário conhecer previamente os sinónimos das palavras! Paulo Quaresma 26

27 Bases de textos Exemplo: Assumindo que ave e pássaro são sinónimos, vejamos a representação das frases: A ave voa Os pássaros voam Paulo Quaresma 27

28 Árvores de pesquisa (doc1,art,1) A P V O (doc2,art,1) V... O (doc1,n, 2) E O A (doc2, n, 2) R (doc1,v, 3) (doc2,v, 3) Paulo Quaresma 28

29 Árvores de pesquisa (doc1,art,1) A V O (doc2,art,1) (doc1,n, 2), (doc2,n, 2) V E O A R (doc1,v, 3) (doc2,v, 3) Paulo Quaresma 29

30 Bases de textos Problema: Determinadas palavras têm uma frequência muito elevada! Exemplo: artigos, preposições, pronomes. Pesquisar artigo a. Solução: Eliminar algumas palavras da estrutura de indexação (stop-words). Problema: É necessário conhecer previamente esta lista! Paulo Quaresma 30

31 Árvores de pesquisa A V (doc1,n, 2), (doc2,n, 2) V E O A R (doc1,v, 3) (doc2,v, 3) Paulo Quaresma 31

32 Bases de textos Problema: Pesquisa por prefixos e sufixos. Pesquisar voa* ou *ar Solução nas árvores: Encontrar sub-árvores na árvore global Pesquisa por prefixo mais eficiente: sub-árvore tem a mesma raiz que a árvore global Pesquisa por sufixo ineficiente -> árvore de pesquisa inversa! Paulo Quaresma 32

33 Árvores de pesquisa (doc1,1), (doc2, 1) A V (doc1,2), (doc2,2) V E O A Voa* R (doc1,3) (doc2,3) Paulo Quaresma 33

34 Pesquisa em bases de textos Problemas: Léxico Etiquetagem morfo-sintáctica Sinónimos Stop-words Paulo Quaresma 34

35 Pesquisa em bases de textos Exemplos: presidente da república voa ou qualquer outra flexão do verbo voar lei ou um sinónimo Solução: Utilizar estrutura de dados adequada! Necessário aceder aos módulos lexicais, sinónimos, etc. Paulo Quaresma 35

36 Pesquisa em bases de textos Mais exemplos: presidente perto de república presidente a 2 palavras de distância de república presidente e república na mesma frase. Solução: Utilizar a lista de sequências de palavras existente nas estrutura de dados! Paulo Quaresma 36

37 Pesquisa em bases de textos Mais exemplos: presidente ou Jorge Sampaio militar e bombeiro Solução: Suportar operações booleanas sobre conjuntos de ocorrências. Paulo Quaresma 37

38 Pesquisa em bases de textos militar e bombeiro militar -> (doc1, 5), (doc2, 10) bombeiro -> (doc1, 15), (doc3, 8) Resultado: doc1 Abordagem: Operações sobre conjuntos: reunião, intersecção, diferença Paulo Quaresma 38

39 Pesquisa em bases de textos Exemplos: bombeiros ordenado por relevância dos documentos. Solução: Acrescentar um campo aos índices que meça a relevância: frequência no texto, posição da palavra no texto (título, início, fim), tags XML,... Paulo Quaresma 39

40 Pesquisa em bases de textos Exemplo: militares Resultado: 1024 documentos... Solução: Classificar e agrupar os documentos por tópico Relacionar os documentos entre si Visualizar de um modo gráfico essas relações Paulo Quaresma 40

41 Pesquisa em bases de textos Exemplo: feridos Resultado: 768 documentos, dos quais 52 também são sobre militares. Solução: Noção de contexto de diálogo Representação do modelo do utilizador Modelação do comportamento do sistema: cooperatividade, pró-actividade Paulo Quaresma 41

42 Pesquisa em bases de textos Exemplo: Dos documentos anteriores, quais é que são sobre a guerra na Bósnia? Resultado: 7... Solução: Análise sintáctica, semântica Resolução de anáforas, elipses,... Paulo Quaresma 42

43 Pesquisa em bases de textos Exemplo: E em que documentos é que existe um assassínio de uma pessoa pelo seu vizinho? Solução: Representação semântica do texto Procedimentos de prova sobre a representação semântica Paulo Quaresma 43

44 Pesquisa em bases de textos Exemplo do CLEF'04: Texto: Como morreu Jimi Hendrix? Um patologista defendeu que Jimi Hendrix morreu de asfixia após ter ingerido álcool e uma dose excessiva de barbitúricos. Resposta: De asfixia. Paulo Quaresma 44

45 Pesquisa em bases de textos Exemplo do CLEF'04: Texto: Onde é o hospital Júlio de Matos? Tem sede provisória no Hospital Júlio de Matos, em Lisboa, mais precisamente nos Serviços de Psicoterapia Comportamental (Av. do Brasil, Lisboa). Resposta: Lisboa. Paulo Quaresma 45

46 Pesquisa em bases de textos Quantos desempregados há na Europa? A taxa de desemprego nos países industrializados deverá crescer 0,1 por cento até ao fim do ano, atingindo 8,6 por cento da população activa, ou seja, 33 milhões de pessoas, 23 milhões dos quais na Europa ocidental, sublinha um relatório da Organização Internacional do Trabalho (OIT) ontem divulgado em Genebra. Resposta: 23 milhões. Paulo Quaresma 46

47 Pesquisa em bases de textos Exemplo do CLEF'04: Com quem se casou Michael Jackson? A filha de Elvis Presley, Lisa Marie, 26 anos, confirmou o seu casamento há 11 semanas atrás com o cantor Michael Jackson, 35 anos, num comunicado enviado pela MJJ Productions, encarregada na segunda-feira das relações públicas do cantor para os principais media. Resposta: Lisa Marie. Paulo Quaresma 47

48 Pesquisa em bases de textos Novos problemas: Classificação e agrupamento de documentos Inferência de relações entre documentos Visualização gráfica dos agrupamentos Análise sintáctica e semântica das pesquisas e dos textos. Contexto do diálogo e modelo dos utilizadores Comportamento do sistema: cooperativo e próactivo Paulo Quaresma 48

49 Problema 1: Léxico Léxico: Criar uma base de dados lexical Integrá-la no SGBT (sistema gestor de bases de texto) de um modo transparente para o utilizador: Na indexação: palavras são indexadas na sua forma base (canónica) Na pesquisa: palavra é substituída pela sua forma base Paulo Quaresma 49

50 Problema 1: Léxico Base de dados lexical: Palavra Categoria gramatical Informação sobre a flexão (número, género, tempo verbal, modo verbal,...) Palavra base... Ex: corro, v, 1, presente, indicativo,... Paulo Quaresma 50

51 Problema 1: Léxico Base de dados lexical: Relacional Factos Prolog Estrutura de dados específica (tabela de hash,...) Construção a partir de: dicionários já existentes flexão das entradas dos dicionários Paulo Quaresma 51

52 Problema 2: Stop-words Obter lista de palavras a eliminar: Não devem ser indexadas Devem ser eliminadas na pesquisa Lista pode ser obtida a partir de consultas à base lexical: select * from lexico where categoria=prep... Paulo Quaresma 52

53 Problema 3: Etiquetagem Etiquetagem morfo-sintáctica: Associar, a cada palavra dos textos a indexar, a sua categoria morfo-sintáctica: n, v, art,... Permitir a pesquisa, tendo em conta as etiquetas associadas: canto/v canto/n Paulo Quaresma 53

54 Problema 3: Etiquetagem Abordagens: Simbólica: Análise lexical e sintáctica -> gramáticas Não simbólica/estatística: Probabilidades Redes neuronais Algoritmos genéticos... Paulo Quaresma 54

55 Problema 3: Etiquetagem Análise sintáctica frase -> sn, sv. Sn -> art, n. n -> [X], { dic(x, n,...) }. Problemas: Grau de abrangência da gramática (completude) Palavras desconhecidas Paulo Quaresma 55

56 Problema 3: Etiquetagem Possível solução: Analisadores sintácticos parciais Chart parsers Exemplo O Karagounis rematou... sn(o/art Karagounis/desc) sv(rematou/v) Paulo Quaresma 56

57 Problema 3: Etiquetagem Abordagem não simbólica/estatística Probabilidades Prob desta palavra ter a etiqueta X, dado que a seguir está a palavra P Cálculo a priori com base em textos previamente etiquetados. Problemas: Necessidade de ter textos etiquetados e de ter em conta que existirão erros! Paulo Quaresma 57

58 Problema 3: Etiquetagem Rede neuronal Utiliza como input as probabilidades condicionais e como output obtém a etiqueta da palavra P(tag1 w) P(tag2 w) P(tag1) P(tag2) P(tagn w) P(tagn) Paulo Quaresma 58

59 Problema 3: Etiquetagem Rede neuronal Necessidade de treinar a rede Texto previamente etiquetado! Suporta razoavelmente bem textos com palavras desconhecidas. Possibilidade de topologias distintas: considerar uma palavra à frente, uma palavra atrás, duas palavras, uma à frente e outra atrás,... Paulo Quaresma 59

60 Problema 4: Sinónimos Abordagens: Dicionário de sinónimos Dependente da cobertura do dicionário, dependente do domínio dos textos e da sua Língua Extracção automática de sinónimos Independente do domínio e da Língua Erros... Paulo Quaresma 60

61 Problema 4: Sinónimos Extracção automática de sinónimos Análise (parcial) sintáctica dos textos Cálculo de medidas de co-relação entre palavras com as mesma função nos textos e que são usadas com o mesmo tipo de argumentos (verbos, complementos) Exemplo: as palavras lei e decreto são usadas sempre com a mesma função e com os mesmo tipo de argumentos -> candidatas a palavras sinónimas Paulo Quaresma 61

62 Problema 5: Análise sintáctica Léxico e gramática específicos para a Língua (e domínio) dos textos Prever a possibilidade de existência de palavras desconhecidas e de construções gramaticais não previstas Análise sintáctica parcial Etiquetadores morfo-sintácticos Paulo Quaresma 62

63 Problema 5: Análise sintáctica Analisadores sintácticos parciais Chart parsers Ascendentes Descendentes Mistos Paulo Quaresma 63

64 Problema 5: Análise sintáctica O João leu o livro. Art pron... N V Art pron N... Paulo Quaresma 64

65 Problema 5: Análise sintáctica O João leu o livro. Art N V Art pron N... Sn Paulo Quaresma 65

66 Problema 5: Análise sintáctica O João leu o livro. Art Art N V N Sn Sn Paulo Quaresma 66

67 Problema 5: Análise sintáctica O João leu o livro. Art Art N V N Sn Sn Frase Sv Paulo Quaresma 67

68 Problema 5: Análise sintáctica O Xxx leu o livro. Art V Art N Sv Sn Paulo Quaresma 68

69 Problema 5: Análise sintáctica Quando analisador falha: Análise por palavra-chave Quero consultar documentos sobre militares. Paulo Quaresma 69

70 Problema 6: Análise semântica Possível de efectuar para domínios concretos e sub-conjuntos de uma determinada Língua Necessidade de ter informação semântica no dicionário. Vários formalismos: DRT - Discourse Representation Theory, possui procedimentos de prova Paulo Quaresma 70

71 Problema 6: Análise semântica O João leu o livro. X Y nome(x, 'João'), livro(y) ler(x,y). Paulo Quaresma 71

72 Problema 6: Análise semântica Documentos onde alguém lê um livro. X Y livro(y) ler(x,y).?- nome(x, Z). Z = 'João'. Paulo Quaresma 72

73 Problema 7: Classificação de documentos Manual Automática Aprendizagem Redes neuronais Algoritmos genéticos Indução de regras Paulo Quaresma 73

74 Problema 7: Classificação de documentos Redes neuronais Palavras Relevantes Tópicos Paulo Quaresma 74

75 Problema 7: Classificação de documentos Indução de regras pal(p1), pal(p2),..., pal(pn) -> class(x) Ex: pal(assassínio) -> class(crime) As regras são induzidas com base num conjunto de treino e avaliadas num outro conjunto também previamente classificado. Paulo Quaresma 75

76 Problema 8: Agrupamento clustering de documentos Algoritmos de clustering Hierárquicos Não hierárquicos Baseados em medidas de distância entre documentos (com base na sua classificação) Paulo Quaresma 76

77 Problema 9: Inferência de relações entre documentos Pré-cálculo de relações por Tópico Citação Autor... Paulo Quaresma 77

78 Problema 9: Inferência de relações entre documentos Representação das relações através Base de dados relacional Estrutura de dados específica (tabela de hash,...) Factos Prolog... Paulo Quaresma 78

79 Problema 10: Visualização de relações entre documentos Grafos VRML Interactividade (associar acções aos nós) Paulo Quaresma 79

80 Problema 11: Contexto da interacção Estrutura de dados que representa o contexto da interacção: Pilha Árvore Grafo Paulo Quaresma 80

81 Problema 11: Contexto da interacção Cada nó da estrutura de dados deve conter a representação (semântica) da pergunta efectuada, após ser feita a sua análise e interpretação militar X Y doc(x), pessoa(y) militar(y) sobre(x,y) Paulo Quaresma 81

82 Problema 11: Contexto da interacção Ex1: Ferido X Y doc(x), pessoa(y) militar(y) sobre(x,y) X Y doc(x), pessoa(y) militar(y), ferido(y) sobre(x,y) Paulo Quaresma 82

83 Problema 11: Contexto da interacção Ex2: Civil X Y doc(x), pessoa(y) militar(y) sobre(x,y) X Y doc(x), pessoa(y) civil(y) sobre(x,y) Paulo Quaresma 83

84 Problema 11: Contexto da interacção Necessário: Análise lexical Análise sintáctica Análise semântica Paulo Quaresma 84

85 Problema 11: Contexto da interacção Necessário verificar se a nova pergunta é uma especificação de uma pergunta anterior ou se é um novo contexto: Contradição semântica Contradição na base de textos (conjunção das perguntas tem como resposta o conjunto vazio) Paulo Quaresma 85

86 Problema 11: Contexto da interacção Contradição semântica Juntar as representações semânticas e avaliar se existe contradição Existem procedimentos para avaliar se uma dada representação semântica é contraditória. Paulo Quaresma 86

87 Problema 11: Contexto da interacção Contradição na base de textos Conjunção (AND) das pesquisas obtém um resultado não vazio. Não é equivalente a ser contraditório! Paulo Quaresma 87

88 Problema 12: Modelo do utilizador Representação das acções dos utilizador Actos de fala Inferências das suas atitudes Intenções (int) Objectivos (goal) Crenças (bel) Paulo Quaresma 88

89 Problema 12: Modelo do utilizador Actos de fala inform(x, Y, P) request(x, Y, A) inform-ref(x, Y, R, P) ack(x)... Paulo Quaresma 89

90 Problema 12: Modelo do utilizador Documentos sobre militares? Análise sintáctica e semântica Interpretação em contexto Acto de fala: request(u, s, inform-ref(s, u, X, [X Y doc(x), militar(y), sobre(x, Y)])) Paulo Quaresma 90

91 Problema 12: Modelo do utilizador Inferência das atitudes dos utilizadores a partir dos seus actos: request(u, S, A) causes bel(s, int(u, A)) inform(u, S, P) causes bel(s, bel(u, P)) Assumem-se utilizadores racionais e bem comportados, isto é, que só informam aquilo que acreditam ser verdadeiro. Paulo Quaresma 91

92 Problema 12: Modelo do utilizador Modelo alternativo (não assumindo o bom comportamento) inform(u, S, P) causes bel(s, int(u, bel(s, bel(u, P)))) request(u, S, A) causes bel(s, int(u, bel(s, int(s, A)))) Paulo Quaresma 92

93 Problema 12: Modelo do utilizador Teoria de atitudes BDI (beliefs, desires, intentions) bel(x,p), bel(x, not_p) -> false int(x, A), not int(x, A) -> false... Paulo Quaresma 93

94 Problema 12: Modelo do utilizador É necessária uma semântica formal e um procedimento de prova para obter as atitudes válidas após um dado acto de fala! Solução possível: programação em lógica Stable model semantics (semântica de modelos estáveis) Well founded semantics (semântica bem fundada) Paulo Quaresma 94

95 Problema 13: Modelo do sistema Representação do comportamento do sistema Cooperatividade Sinceridade Pró-actividade Paulo Quaresma 95

96 Problema 13: Modelo do sistema Sistema cooperativo e crédulo bel(s, int(u, A)) -> int(s, A) bel(s, bel(u, P)) -> bel(s, P) Paulo Quaresma 96

97 Problema 13: Modelo do sistema Sistema menos cooperativo e menos crédulo bel(s, int(u, A)), not int(s, neg A) -> int(s, A) bel(s, bel(u, P)), not bel(s, neg P) -> bel(s, P) Paulo Quaresma 97

98 Problema 13: Modelo do sistema Sistema anti cooperativo e que acredita que o utilizador é mentiroso bel(s, int(u, A)) -> neg int(s, A) bel(s, bel(u, P)) -> neg bel(s, P) ou bel(s, bel(u, P)) -> bel(s, neg P) Paulo Quaresma 98

99 Problema 14: Planeamento Com base nas atitudes inferidas para o sistema é necessário planear as suas acções; Se int(s, inform-ref(s, U, X, P)), desc(x) então exec_sgbt(x, P) causa not_desc(x) Se int(s, inform-ref(s, U, X, P)), not_desc(x) então inform-ref(s, U, X, P) causa neg int(s,inform-ref(s, U, X, P)) Paulo Quaresma 99

100 Problema 14: Planeamento Módulo de planeamento (tema clássico na IA) STRIPS... Abdução... Quais as acções que permitem obter os efeitos desejados? Paulo Quaresma 100

101 Problema 15: Dinâmica (tempo) Os modelos devem conter a representação do tempo Interpretação em contexto Análise introspectiva: saber o qué é válido em cada estado/instante de tempo Paulo Quaresma 101

102 Problema 15: Dinâmica (tempo) Representação do tempo Event Calculus Situation Calculus Programação em lógica dinâmica (DLP) Paulo Quaresma 102

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