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1 Corso di Information Retrieval XML Retrieval Emanuele Panzeri Università degli Studi di Milano Bicocca

2 XML? extensible Markup Language Linguaggio definito come standard dal World Wide Web Consortium (W3C) Formato di interscambio di dati tra software e di semplice interpretazione alla lettura per gli utenti Struttura gerarchica dei contenuti mediante elementi chiamati TAGs Ogni TAG è specificato mediante una etichetta (è possibile aggiungere degli definire attributi ad ogni elemento) 2

3 XML? Utilizzato in molti software come formato dei propri documenti: Office (.docx,...) Openoffice/Libreoffice Formati di documenti: Immagini Vettoriali ( SVG ) Diagrammi UML Formule Matematiche ( MathML ) Dati Geografici ( GPX )... 3

4 XML? Utilizzato come formato di interscambio di dati: Web-Services o XML-RPC, WSDL, SOAP Chat: XMPP o GTalk, Jabber, FacebookChat, Whatsapp Feed RSS Per una lista dei principali utilizzi del formato XML, si veda la pagina: 4

5 XML: Documento <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!DOCTYPE collection SYSTEM "http://exampledtd.com/nasa/ned.dtd" > <!-- Data taken from NASA Extragalactic Database --> <collection> <object catalog="m31" type="galaxy"> <name>andromeda</name> <position> <latitude unit="degrees">80.893</latitude> <longitude unit="degrees">69.756</longitude> </position> <distance unit="meters">7.92 E+23</distance> <description> NGC M 31: The M31 nucleus is highly compact, and is the prototype of the central luminous star clusters found in many galaxies. The bulk of its stellar population corresponds </description> </object> 5

6 XML: Documento Attributo label=value Node-Element Node-Label Text-Element 6

7 XML: due «visioni» Il formato XML è stato inizialmente utilizzato per strutturare il contenuto dei documenti testuali in Titoli, Sezioni, Paragrafi, etc. Nel campo dei Database il formato XML è stato visto come una sorta di «database in un file»: un documento e la sua struttura sono è vista come un record di un DB Nel campo dell IR la struttura ha permesso di integrare ricerche più focalizzate ed interpretare le diverse sezioni differentemente 7

8 XML: XPath e XQuery Il W3C definisce due principali standard per l interrogazione di documenti XML: XPath o Permette la selezione di elementi di un documento tramite la struttura e vincoli sui valori XQuery o Permette di manipolare documenti XML o XQuery può essere esteso per modificare la struttura del documento originario o Possono essere integrate funzioni per la manipolazione di documenti ZIP e di connessione HTTP 8

9 XML: XPath Matching di elementi di un documento XML: <books> <book> <title>the Lord of the Rings</title> <author>tolkien</author> <isbn> </isbn> </book>... doc( books.xml) // book / title «dal file books.xml ritorna tutti gli elementi title che sono discendenti diretti di un elemento book» Risultato: <title>the Lord of the Rings</title> books/book[1]/title 9

10 XML: XPath Matching di elementi di un documento XML: <books> <book price="20"> <title>the Lord of the Rings</title> <author>tolkien</author> <isbn> </isbn> </book> <book price="40"> <title>the Hobbit</title>... doc( books.xml) // / title «dal file books.xml ritorna tutti gli elementi title che sono discendenti diretti di un elemento book il quale abbia un prezzo di 20» Risultato: <title>the Lord of the Rings</title> 10

11 XML: XQuery Manipolazione degli elementi di un documento XML, la sintassi è simile al linguaggio SQL: for $item in SELECT isbn,title FROM books.xml WHERE author = 'Tolkien' doc( books.xml) // book where $item/author = Tolkien return <item id= {$item/isbn/text()} >{$item/title/text()}<item> «dal file books.xml seleziona tutti gli elementi book che abbiano come autore Tolkien e costruisci il risultato di ritorno come definito» 11

12 File books.xml: XQuery: esempio <books> <book> <title>the Lord of the Rings</title> <author>tolkien</author> <isbn> </isbn> </book>... Il testo dell elemento TITLE è acquistito tramite la funzione text() Risultato: <item id=" ">the Lord of the Rings</item> 12

13 XML: Database Caratteristiche comuni di XPath e XQuery: Visione database-style dei documenti XML Matching esatto per valori e struttura Non esiste il concetto di «rilevanza» di un risultato Problematiche: La struttura deve essere conosciuta a priori in maniera esatta! (strutture eterogenee?) Per contenuti testuali in formato XML non esiste la possibilità di stimare la rilevanza del contenuto rispetto ad una ricerca per keywords 13

14 Struttture XML molto complesse! XML: Database 14

15 XML: Information Retrieval L IR ha trattato i documenti XML da tre diverse prospettive, con il nome di XML-Retrieval: Content-Only (CO): vengono reperiti solo dei frammenti (insieme di elementi) rilevanti rispetto ad un insieme di keywords es: «Doc Brown machine» Structure-Only (SO): simile al linguaggio XPath Structure-and-Content (CaS): matching del contenuto in stile IR (rilevanza, scoring, ranking) ma con la possibilità di specificare in quale elemento XML eseguire la ricerca es: «Seleziona i titoli degli articoli contenenti sezioni che parlano di...» 15

16 XML Retrieval In XML-Retrieval si parla di ricerche su dati strutturati in formato XML orientate al contenuto: Diversa granularità dei risultati (documento, Sezione, Paragrafo, Titolo..) Diverso peso dei risultati/frammenti reperiti a seconda della struttura e delle specificità dei documenti (es: lo score di un paragrafo è influenzato anche dal suo titolo, etc..) 16

17 XML Retrieval Obiettivi: Reperire solo le parti più rilevanti per le necessità informative dell utente Utilizzare la struttura di un documento per migliorare la precisione dei risultati 17

18 Leonardo davinci su Wikipedia Paintings Google trova la pagina come primo risultato per «Leonardo davinci paintings» Come trovare la parte dei disegni? 18

19 19

20 XML Retrieval System Contenuto + Struttura TF*IDF, etc Come considerare la struttura nel calcolo di IDF? Contenuto + Struttura Quale parte di documento XML reperire? 20

21 XML Retrieval: sfide Come visto, la struttura deve essere gestita in modo differente e utilizzata in diverse componenti del modello di IR: Come indicizzare il contenuto e la struttura? Come calcolare il FT e IDF per elementi in una struttura gerarchica? Come calcolare la rilevanza di un elemento XML data una query utente? Come gestire in maniera efficiente la possibilità di reperire frammenti XML di granularità diverse? 21

22 XML Retrieval: tf, idf t1 Per un termine t1 che appare nella Sezione 1 : Come calcolare il idf e tf? Il termine t1 fa parte anche del Capitolo 1 e dell intero Libro tf, idf e le loro normalizzazioni devono essere memorizzate per ogni possibile unità di reperimento? 22

23 XML Retrieval: sezioni t1 t1 t1 Per un termine t1 che appare nel documento: La presenza di nel titolo del libro deve avere maggior significatività? Come calcolare il peso di un termine a seconda della sezione di documento XML il cui si trova? 23

24 XML Retrieval: sovrapposizione t1 t1 t2 t1 t3 Per la ricerca dei termini «t1 t2»: Sia l intero libro, sia la Sezione1 sono rilevanti Cosa presentare come risultato della ricerca? o Libro? Sezione1? Oppure il Capitolo1? Come scegliere l elemento da reperire? o Studi utetne, dimensione dei frammenti,... 24

25 Efficienza: XML Retrieval o non reperire interi documenti, ma ognuno dei suoi elementi Modelli: o modelli statistici adattati all XML, o modelli aggregativi, o combinazioni di elementi Richieste utente: o Reperimento della sola parte rilevante o Reperimento di parti non sovrapposte (non ripetute) o Gli elementi richiesti nella query sono corretti? o Definizione di nuovi linguaggi (simili a XPath) per l interrogazione 25

26 INEX In IR è stato definito un comitato per la valutazione dei modelli e sistemi di XML Retrieval INitiative for the Evaluation of XML Retrieval Valutazione dell efficacia dei sistemi di retrieval su documenti XML Valutazione collaborativa dei partecipanti per lo sviluppo di: o Query utente o Valutazioni degli utenti dei risultati rilevanti Iniziativa simile a TREC, ma adattata a documenti XML e ricerche con vincoli sulla struttura 26

27 INEX Collezioni: Circa articoli scientifici di IEEE-CS Sito di Wikipedia dal 2006 Dati del Internet Movie DataBase (IMDB) al 2010 Queries: 280 per IEEE-CS 111 per Wikipedia 2006 Valutazioni: I primi 100 risultati rilevanti ottenuti da ogni partecipante vengono manualmente verificati 27

28 Struttura XML in IR Struttura considerata come un «suggerimento» dell utente su quale parte di XML reperire o eseguire la ricerca Vincolo trattato in maniera approssimata: gli elementi XML reperiti non corrispondono sempre in maniera esatta a quanto espresso dall utente 28

29 Struttura XML in IR Valutazione dei TAGs con approssimazione: Apprssimazione di posizione (modifica delle relazioni tra TAG) Valutazione etichette dei TAG con altri «simili»: o La query person/name potrebbe essere riscritta come person/author/name, author/name e così via... o Calcolo della distanza di Levenshtein sulle etichette dei TAGs Possibili riscritture del matching sulla struttra del documento XML Ad ogni alternativa possono essere assegnati punteggi di significatività diversi 29

30 XML Retrieval: DB e IR I modelli di interrogazione propostio nell area dei Database e dell IR forniscono due distinti metodi di valutazione e di reperimento dei risultati Database: Vincoli di struttura esatti Vincoli sui contenuti valutati in modalità booleana Linguaggi di interrogazioni simil-sql IR: Ricerche mediante keywords e alcuni vincoli sulla struttura del documento XML Calcolo di un grado di significatività dei frammenti reperiti Valutazione «approssimata» delle query utente 30

31 XQuery/XPath Full-Text Standard del W3C nel 2011 come integrazione di tecnniche di IR nei linguaggi XPath e XQuery Permette di eseguire ricerche con keywords in documenti XML utilizzando: o o o o o Tesauri rimozione stopwords ricerche di prossimità Stemming etc Ad ogni elemento reperito è assegnato un punteggio (score) calcolato dalle funzioni di ricerca in stile Information Retrieval 31

32 XQuery Full-Text for $item score $sft in doc( books.xml) // book [ title/text() contains text Hobbit ftor Ring using stemming stop words file://mystopwords.txt using case insensitive] return <item score= {$sft} >{$item/title/text()}<item> o o o o o Dal file books.xml seleziona tutti gli elementi book che contengano nel titolo le parole Hobbit oppure Ring Utilizza le funzioni di stemming per la ricerca Ignora le differenze di caratteri minuscoli/maiuscoli Rimuovi le stopwords specificate nel file «mystopwords.txt» costruisci il risultato di ritorno come definito 32

33 File books.xml: XQuery Full-Text <book> <title>the Lord of the Rings</title> <author>tolkien</author> <isbn> </isbn> </book> <book> <title>the Hobbit</title> <author>tolkien</author> <isbn> </isbn> </book> Risultato della query: <item score= 0.79 >The Lord of the Rings</item> <item score= 0.85 >The Hobbit</item> 33

34 XQuery Full-Text e ordinamento risultati for $item score $sft in doc( books.xml) // book [ title/text() contains text Hobbit ftor Ring using stemming stop words file://mystopwords.txt using case insensitive] order by $sft DESC, $item/year DESC return <item score= {$sft} >{$item/title/text()}<item> 34

35 XML e DBMS Negli ultimi anni sono apparsi diversi sistemi che permettono di indicizzare ed interrogare collezioni di documenti XML tramite i linguaggi XQuery e XPath: BaseX Zorba Oracle 10g exist DB... Ulteriori formati di documenti strutturati (JSON, YAML, etc) si stanno diffondendo sull esempio del formato XML 35

36 BaseX 36

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