Khóa luận Tự động tổng hợp và phân loại tin trong hệ thống trang tin điện tử
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Lê Xuân Thành
TỰ ĐỘNG TỔNG HỢP VÀ PHÂN LOẠI TIN
TRONG HỆ THỐNG TRANG TIN ĐIỆN TỬ
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
HÀ NỘI - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Lê Xuân Thành
TỰ ĐỘNG TỔNG HỢP VÀ PHÂN LOẠI TIN
TRONG HỆ THỐNG TRANG TIN ĐIỆN TỬ
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Trí Thành
HÀ NỘI - 2010
Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo – TS.
Nguyễn Trí Thành đã tận tình hướng dẫn, đôn đốc tôi trong suốt quá trình là khóa luận tốt
nghiệp.
Tôi xin được chân thành cảm ơn các thầy, cô và các cán bộ của trường Đại Học
Công Nghệ đã tạo cho tôi những điều kiện thuận lợi để học tập và nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ThS Nguyễn Thanh Bình, ThS Lê Văn Thanh và tập thể
các anh chị em của công ty iTim đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt
quá trình làm khóa luận.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong tập thể lớp K51CD và K51CHTTT đã
ủng hộ và khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi muốn được gửi lời cảm ơn vô hạn tới gia đình và bạn bè, những
người thân yêu luôn bên cạnh và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt
nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Lê Xuân Thành
Tóm tắt nội dung
Trong hệ thống các website điện tử, các trang tin tức chiếm một vai trò hết sức quan
trọng, giúp con người cập nhật những tin tức thời sự mới nhất thuận tiện mọi lúc mọi nơi.
Theo Hiệp hội các nhà xuất bản trực tuyến (Online Publishers Association – OPA) thì
phần lớn thời gian trên Internet con người dùng để đọc tin tức1. Như vậy, nhu cầu cập
nhật tin tức của con người là rất lớn, và nếu người dùng chỉ phải vào một trang Web duy
nhất để cập nhật được tất cả các tin tức thì sẽ tiện dụng hơn rất nhiều so với việc phải truy
cập vào nhiều trang.
Khóa luận này tập trung vào việc nghiên cứu và xây dựng một hệ thống tổng hợp tin
tức, dựa trên bài toán trích xuất thông tin từ tài liệu Web và bài toán phân lớp văn bản.
Khóa luận đưa ra mô hình gom tin tự động với tính mở rộng cao, trình bày các bước xây
dựng một hệ thống tổng hợp tin tức. Khóa luận cũng đã tiến hành chạy các thực nghiệm
và đánh giá kết quả. Kết quả đánh giá cho thấy chất lượng gom tin và phân loại là nhanh
và đáng tin cậy.
1
i
Mục lục
Tóm tắt nội dung .................................................................................................................i
Mục lục ................................................................................................................................ii
Bảng các ký hiệu viết tắt ...................................................................................................iv
Danh sách các hình.............................................................................................................v
Danh sách các bảng biểu...................................................................................................vi
Giới thiệu.............................................................................................................................1
Chương 1. Khái quát về các trang tin tức và các hệ thống tổng hợp tin tức của Việt
Nam
........................................................................................................................3
1.1. Khái quát chung về các báo điện tử ........................................................................3
1.2. Khái quát chung về các hệ thống tổng hợp tin tức..................................................3
Chương 2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hệ thống tổng hợp và phân loại tin tự
động
........................................................................................................................8
2.1. Xây dựng crawler ....................................................................................................8
2.1.1. Khái niệm crawler...........................................................................................8
2.1.2. Xây dựng crawler .........................................................................................10
2.2. Xây dựng bộ trích chọn thông tin..........................................................................11
2.2.1. Trích chọn thông tin trên tài liệu Web..........................................................11
2.2.2. Xây dựng bộ trích chọn tài liệu Web............................................................11
2.3. Xây dựng bộ phân lớp ...........................................................................................12
2.3.1. Khái niệm phân lớp văn bản.........................................................................12
2.3.2. Áp dụng thuật toán phân lớp entropy cực đại xây dựng bộ phân lớp văn bản.
......................................................................................................................14
2.3.3. Phương pháp đánh giá hiệu suất phân lớp....................................................18
Chương 3. Xây dựng hệ thống tổng hợp và phân loại tin tự động ...........................21
3.1. Cơ sở thực tiễn.......................................................................................................21
3.2. Xây dựng mô hình hệ thống..................................................................................24
3.2.1. Mô hình tổng quan........................................................................................25
3.2.2. Module chuẩn hóa dữ liệu huấn luyện/kiểm tra mô hình.............................29
3.2.3. Module phân lớp...........................................................................................30
3.2.4. Module sinh file huấn luyện .........................................................................31
3.3. Khả năng mở rộng của hệ thống............................................................................32
ii
Chương 4. Thực nghiệm và đánh giá kết quả.............................................................34
4.1. Môi trường phần cứng và phần mềm ....................................................................34
4.1.1. Môi trường phần cứng ..................................................................................34
4.1.2. Công cụ phần mềm.......................................................................................34
4.2. Cấu trúc Cơ sở dữ liệu...........................................................................................37
4.3. Đánh giá chất lượng tổng hợp tin..........................................................................39
4.4. Thực nghiệm và đánh giá hiệu suất phân loại tin tự động ....................................39
4.4.1. Xây dựng tập dữ liệu huấn luyện và kiểm tra mô hình ................................39
4.4.2. Thực nghiệm thứ nhất...................................................................................41
4.4.3. Thực nghiệm thứ hai.....................................................................................44
Kết luận .............................................................................................................................47
Tài liệu tham khảo............................................................................................................49
iii
Bảng các ký hiệu viết tắt
Ký hiệu
HTML
URL
Diễn giải
HyperText Markup Language
Uniform Resource Locator
World Wide Web
WWW
CSDL
Cở sở dữ liệu
iv
Danh sách các hình
Hình 1. Minh họa lỗi tổng hợp tin trang Baomoi.com…………………………………….5
Hình 2. Minh họa lỗi mất ảnh trang tintuc.xalo.vn………………………………………..7
Hình 3. Sơ đồ cơ bản của một crawler đơn luồng…………………………………………9
Hình 4. Lược đồ chung xây dựng bộ phân lớp văn bản………………………………….13
Hình 5a. Mô tả phần nội dung cần lấy trên trang tin 1…………………………………...21
Hình 5b. Mô tả phần nội dung cần lấy trên trang tin 2…………………………………...22
Hình 6. Mô hình cây DOM của 2 detail-pages…………………………………………...22
Hình 7a. Các đặc trưng cho phép trích chọn thông tin bài báo 1………………………...23
Hình 7b. Các đặc trưng cho phép trích chọn thông tin bài báo2…………………………24
Hình 8. Mô hình tổng quan của hệ thống tổng hợp và phân loại tin tức…………………25
Hình 9. Đặc điểm giúp loại tin thuộc lớp chưa quan tâm……………………….........…..28
Hình 10. Module chuẩn hóa dữ liệu huấn luyện/kiểm tra mô hình………………………29
Hình 11. Module phân lớp………………………………………………………………..31
Hình 12. Module sinh file huấn luyện……………………………………………………32
v
Danh sách các bảng biểu
Bảng 1. Các nhóm tài liệu sau phân lớp………………………………………………….19
Bảng 2. Cấu hình phần cứng sử dụng trong thực nghiệm………………………………..34
Bảng 3. Các công cụ phần mềm sử dụng trong thực nghiệm…………………………….34
Bảng 4. Mô tả chức năng các lớp trong các gói………………………………………….36
Bảng 5. Chi tiết CSDL……………………………………………………………….......38
Bảng 6. Các lớp tài liệu sử dụng trong thực nghiệm…………………………………….40
Bảng 7. Thống kê số lượng tài liệu dùng cho việc học mô hình…………………………41
Bảng 8. Thống kê số lượng tài liệu thực nghiệm 1 dùng kiểm tra mô hình……………...42
Bảng 9. Kết quả thực nghiệm 1…………………………………………………………..43
Bảng 10. Thống kê số lượng tài liệu thực nghiệm 2 dùng kiểm tra mô hình…………….44
Bảng 11. Kết quả thực nghiệm 2…………………………………………………………45
vi
Giới thiệu
Trong gần hai mươi năm trở lại đây, cùng với sự phát triển bùng nổ của Internet mà
đặc biệt là World Wide Web (www) - hay còn gọi tắt là Web - mang lại cho con người rất
nhiều lợi ích. Đồng thời với đó cũng là sự bùng nổ về thông tin, giúp con người dễ dàng
cập nhật tin tức mới nhất, nhưng hệ quả sau đó là sự tiêu tốn rất nhiều thời gian, khi
những thông tin cần đối với một người dùng thuộc một nội dung cụ thể lại nằm trên nhiều
trang Web khác nhau. Ví dụ đối với một nhà đầu tư chứng khoán, thông tin họ quan tâm
là các tin tức mới nhất về thị trường chứng khoán, về kết quả giao dịch ở các sàn chứng
khoán, nhưng để có được điều này thường họ phải truy cập vào nhiều trang khác nhau để
có đủ thông tin. Như vậy, nhu cầu đặt ra cần có một hệ thống tổng hợp tin tức nhanh
nhất và được phân chia theo các mục, phân mục rõ ràng, giúp thuận tiện hơn cho nhu cầu
thông tin của người dùng. Điều này giúp người dùng thuận tiên hơn cho việc tìm, cập nhật
các thông tin mà mình quan tâm một cách thuận tiện nhất, tiết kiệm thời gian nhất. Điều
này đặc biệt có ý nghĩa trong cuộc sống bận rộn hiện đại ngày nay.
Để giải quyết được bài toán về hệ thống tổng hợp tin tức cần phải giải quyết được
hai bài toán khác là trích xuất thông tin từ tài liệu Web và phân lớp tự động các văn bản
Web – là hai bài toán được quan tâm ở rất nhiều các hội nghị lớn về khai phá dữ liệu và
xử lý ngôn ngữ tự nhiên [6],[9],[10],[14]. Khóa luận xây dựng một tập luật cho phép tự
động gom và trích xuất thông tin từ các trang tin tức của Việt Nam, tin tức được lấy về sẽ
được gán nhãn tự động nhờ vào thuật toán phân lớp văn bản entropy cực đại (maximum
entropy), và được ghi lại vào CSDL, phục vụ cho việc xuất bản tin.
Khóa luận gồm có 4 chương được mô tả sơ bộ dưới đây:
Chương 1: Khái quát về các trang tin tức và các hệ thống tổng hợp tin tức của Việt
Nam. Giới thiệu về các trang báo điện tử (trang tin tức) và các hệ thống tổng hợp tin tức.
Đánh giá ưu và nhược điểm của các hệ thống đó.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hệ thống tổng hợp và phân loại tin tự
động. Giới thiệu về crawler, trích chọn thông tin từ tài liệu Web, phân lớp văn bản bằng
phương pháp entropy cực đại. Đồng thời chương này cũng giới thiệu về phương pháp
đánh giá hiệu suất của việc phân lớp văn bản thông độ hồi tưởng, độ chính xác và độ đo
F1.
1
Chương 3: Xây dựng hệ thống tổng hợp và phân loại tin tự động. Nêu ra các cơ sở
lý thực tiễn có thể áp dụng cho việc trích chọn thông tin đối với tài liệu Web. Đưa ra mô
hình hệ thống, các module, cách thức tương tác giữa các module với nhau. Từ đó nêu lên
được tính mở rộng cao của hệ thống.
Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả để đánh giá bài toán mô hình được
xây dựng trong chương 3. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả tốt của hệ thống tổng
hợp và phân loại tin tự động của khóa luận.
Phần kết luận tóm lược nội dung chính của khóa luận và nêu lên định hướng của
khóa luận trong thời gian tới.
2
Chương 1. Khái quát về các trang tin tức và các hệ thống
tổng hợp tin tức của Việt Nam
1.1. Khái quát chung về các báo điện tử
Hiện nay, các website báo điện tử của Việt Nam chiếm một vai trò không thể thiếu
trong việc cung cấp tới bạn đọc các nội dung thông tin chính trị, xã hội, thể thao, giải trí...
mới nhất. Điều này được thể hiện qua việc hai trang tin tức lớn nhất của Việt Nam là
vnexpress.net và dantri.com.vn liên tục nằm trong top 10 websites được truy cập nhiều
nhất tại Việt Nam, theo xếp hạng của alexa.com.
Mặc dù vậy các báo điện tử của Việt Nam hiện nay, việc phân lớp (phân loại) tin tức
thường được làm thủ công bởi người viết báo hoặc người biên tập. Do vậy nhu cầu đặt ra
là cần có một hệ thống phân lớp văn bản Tiếng Việt, cho phép gán nhãn cho các tài liệu
một cách tự động. Khóa luận xin trình bày một phương pháp cho phép phân lớp các văn
bản hay tài liệu Web vào các lớp, dựa vào mô hình được trả về sau quá trình huấn luyện,
sẽ được trình bày kỹ hơn trong chương 2.
1.2. Khái quát chung về các hệ thống tổng hợp tin tức
Khoảng hơn một năm trở lại đây, các hệ thống tổng hợp tin tức của Việt Nam phát
triển rất mạnh. Sau đây khóa luận xin liệt kê ra một số hệ thống hiện đang được xem là
thành công nhất, đều nằm trong top 40 websites được truy cập nhiều nhất Việt Nam theo
xếp hạng của alexa.com.
ꢀ Baomoi.com: Có thể nói baomoi.com là trang tổng hợp tin nổi bật nhất hiện nay với
rất nhiều ưu điểm nổi trội so với các hệ thống tổng hợp báo khác:
•
Ưu điểm:
- Baomoi.com được biết đến như là trang tổng hợp lấy tin từ nhiều nguồn nhất, từ
các báo điện tử lớn tin tức tổng hợp trên đủ lĩnh vực cho đến các báo chỉ chuyên về một
lĩnh vực (ví dụ: chỉ chuyên về ôtô-xe máy), hay đến cả các báo địa phương.
- Baomoi.com còn được biết đến như là trang tổng hợp tin có crawler tốt nhất, tin
tức sau khi xuất hiện trên trang gốc, chỉ sau một vài phút đã có tin tổng hợp trên
baomoi.com.
3
- Hỗ trợ tìm kiếm tin tức
Nhược điểm: baomoi.com cho phép người đọc xem một tin chi tiết theo 2 cách,
•
tuy nhiên cả 2 cách đều có những vấn đề không tốt:
- Cách thứ nhất là xem trang gốc - website chứa bài báo quan tâm thông qua trang
của baomoi.com. Như vậy có nghĩa là báo mới đứng vai trò trung gian, nhận dữ liệu từ
webstie chứa bài báo và gửi nguyên vẹn đến cho người đọc. Cách làm này là cách phổ
biến với hầu hết các tin của baomoi.com, cách này không tối ưu cho người sử, trong khi
người sử dụng chỉ cần xem nội dung tin thì việc xem cả trang gốc như thế mang đến rất
nhiều thông tin thừa như các ảnh, các flash quảng cáo, làm cho tốc độ xem tin bị chậm,
đặc biệt đối với những tin có clip thì tốc độ xem clip là rất chậm hoặc có thể dẫn đến hiện
tượng “đơ” trình duyệt.
- Cách thứ hai, tin được lấy về và lưu trong CSDL của baomoi.com, sau đó khi có
yêu cầu tin, thì tin sẽ được truy vấn để trả về kết quả ở trang chi tiết (detail-page), cách
làm này ít phổ biến hơn cách thứ nhất. Cách làm này của baomoi.com xuất hiện các lỗi về
trích xuất tin, đối với những bài viết có nhiều ảnh, thì ảnh sẽ bị đẩy hết xuống dưới cùng,
sau phần kết thúc bài báo như trong Hình 1.
4
Hình 1. Minh họa lỗi tổng hợp tin trang Baomoi.com
5
ꢀ tintuc.xalo.vn:
•
Ưu điểm:
- Tốc độ lấy tin của tintuc.xalo.vn là rất nhanh, có thể nói về tốc độ thì
tintuc.xalo.vn không hề thua kém baomoi.com.
- Tintuc.xalo.vn cho phép người đọc có thể dễ dàng truy cập đến bài báo gốc
nếu cần bằng một liên kết đặt phía dưới tiêu đề ở detail-page.
•
Nhược điểm:
-
Ở page-list khá nhiều tin của tintuc.xalo.vn gặp hiện tượng mất ảnh minh
họa
ꢀ tin247.com: Tốc độ lấy tin của tin247.com là khá chậm, tin tức sau khi xuất hiện ở
trang gốc khoảng vài giờ mới được cập nhật trên trang tin của tin247.com. Như vậy
thì nói chung không đáp ứng được nhu cầu cập nhật tin tức nhanh chóng như 2 trang
tổng hợp trên.
6
Hình 2. Minh họa lỗi mất ảnh trang tintuc.xalo.vn
7
Chương 2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hệ thống
tổng hợp và phân loại tin tự động
Ở chương này, khóa luận xin trình bày các bước xây dựng một hệ thống tổng hợp tin
tức. Để có một hệ thống tổng hợp tin tức tốt hai điều phải quan tâm đầu tiên đó là xây
dựng một crawler tốt, và tiếp theo là xây dựng cây phân lớp đạt hiệu quả cao. Chính vì thế
khóa luận đã tiến hành tham khảo, đánh giá và lựa chọn phương pháp phân lớp hiệu quả
để áp dụng cho hệ thống. Phương pháp entropy cực đại (Maximum Entropy) là phù hợp
hơn cả [3],[16]. Trong các phương pháp phân lớp văn bản nổi tiếng nhất được biết đến
như Naïve Bayes, SVM và entropy cực đại, Naïve Bayes là phương pháp lâu đời nhất và
với độ chính xác không cao nhưng lại có tốc độ phân lớp là nhanh hơn entropy cực đại và
SVM, ngược lại thì SVM lại là thuật toán hiện đại và được biết đến là phương pháp phân
lớp văn bản có độ chính xác là cao nhất hiện nay nhưng tốc độ phân lớp thì chậm hơn so
với Naïve Bayes và entropy cực đại. Đối với yếu tố phân lớp của một hệ thống tổng hợp
tin tức thì cần phải cân bằng được cả hai yêu tố chất lượng phân lớp và tốc độ. Vậy khóa
luận đi đến kết luận sẽ sử dụng phương pháp entropy cực đại cho việc phân lớp văn bản
do entropy cực đại có thời gian thực thi không thua nhiều Naïve Bayes nhưng hiệu quả thì
cũng rất tốt, không thua kém nhiều so với SVM [15],[16].
Khóa luận cũng trình bày phương pháp đánh giá hiệu quả của cây phân lớp dựa vào
các độ đo là độ chính xác (P), độ hồi tưởng (R) và độ đo (F1).
2.1. Xây dựng crawler
2.1.1. Khái niệm crawler
Kích thước quá lớn và bản chất thay đổi không ngừng của Web đặt ra một nhu cầu
mang tính nguyên tắc là, cần phải cập nhật không ngừng tài nguyên cho các hệ thống trích
chọn thông tin trên Web. Thành phần crawler đáp ứng được nhu cầu này bằng cách đi
theo các siêu liên kết trên các trang Web để tải về một cách tự động nội dung các trang
Web. Web crawler khai thác sơ đồ cấu trúc của Web để duyệt không gian Web bằng cách
chuyển từ trang Web này sang trang Web khác.
8
start
Initialize frontier with
seed URLs
[done]
end
Check for termination
[not done]
Pitch URL
[no URL]
from frontier
[URL]
Fetch page
Parse page
Add URLs
to frontier
Hình 3. Sơ đồ cơ bản của một crawler đơn luồng [12]
Hình vẽ biểu diễn sơ đồ khối một crawler đơn luồng. Chương trình crawler yêu cầu
một danh sách các URL chưa được thăm (frontier). Ban đầu frontier chứa các URL hạt
nhân do người dùng hoặc chương trình khác cung cấp. Mỗi vòng lắp crawling bao gồm:
lấy ra các URL tiếp theo cần được tải về từ frontier, nạp trang Web tương ứng với URL
đó bằng giao thức HTTP, chuyển nội dung trang Web vừa được tải về cho phục vụ kho
chứa trang Web. Quá trình crawling được kết theo theo hai tình huống:
- Đạt được điều kiện dừng cho trước, chẳng hạn như số lượng các trang Web được
tải về đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
- Danh sách các URL tại frontier rỗng, không còn trang Web yêu cầu crawler phải
tải về. Lưu ý rằng, điều kiện frontier rỗng được tính với một độ trễ nào đó, bởi có
9
một số trường hợp, bộ điều khiển crawling chưa chuyển kịp các dánh sách URL
sẽ tới thăm.
Hoạt động của thành phần crawler có thể được xem như một bài toán duyệt đồ thị.
Toàn bộ thế giới được Web xem như một đồ thị lớn với các đỉnh là các trang Web và các
cung là các siêu liên kết. Quá trình tải một trang Web và đi tới một trang Web mới tương
tự như quá trình mở rộng một đỉnh trong bài toán tìm kiếm trên đồ thị [2].
2.1.2. Xây dựng crawler
Đối với một trang Web X, muốn tổng hợp được những tin tức mới nhất của nó,
trước tiên cần gieo cho frontier một hạt giống là URL trang Home (hoặc trang Portal) của
Web X đó.
Ví dụ đối với vnexpress.net thì trang Home có URL là:
Dùng giao thức HTTP để tải về mã html - gọi là Y - của URL hạt giống. Mã html Y
chứa rất nhiều các URL, trong đó chỉ một bộ phận nhỏ URL là siêu liên kết đến các
detail-page của một tin bài cụ thể là có giá trị, còn phần lớn các URL có trong Y đều là
liên kết không liên quan, chủ yếu là các liên kết quảng cáo...
Nếu đưa tất cả các siêu liên kết này vào frontier thì sẽ là không tối ưu, do frontier
phải duyệt qua các URL không chứa nội dung thông tin, như vậy sẽ ảnh hưởng đến tốc độ
cập nhật tin mới của hệ thống, có thể gặp phải trường hợp như tin247.com ở trên. Để lấy
được các URL chứa nội dung thông tin cần thiết (phù hợp), khóa luận đưa ra một tập mẫu
cho phép nhận dạng thẻ HTML chứa siêu liên kết tới detail-page.
Ví dụ đối với báo vnexpress.net, từ mã html của trang Home có thể dễ dàng nhận
biết được các tin có nội dung thông tin được chứa trong các thẻ HTML với tên class như
là link-topnews, folder-topnews, other-foldernews, link-othernews hay link-title. Tập dữ
liệu đặc trưng này giúp dễ dàng nhận diện và lấy ra các siêu liên kết chứa nội dung thông
tin đưa vào frontier.
Để lấy được các tin mới một cách nhanh nhất, crawler dừng quá trình thêm vào URL
vào frontier sau chỉ một lần duyệt frontier hạt giống. Sau khi toàn bộ URL thuộc frontier
được xử lý hết, crawler được tạm dừng (delay) trong một khoảng thời gian xác định trước
khi lặp lại quá trình.
10
Việc xây dựng crawler cũng chính là xây dựng luật lấy URL từ tập các đặc trưng.
2.2. Xây dựng bộ trích chọn thông tin
2.2.1. Trích chọn thông tin trên tài liệu Web
Web là dữ liệu điển hình trong dữ liệu bán cấu trúc. Trích xuất thông tin Web đó là
vấn đề trích xuất các thành phần thông tin mục tiêu từ những trang Web. Một chương
trình hay một luật trích xuất thường được gọi là một wrapper [4].
Bài toán trích xuất thông tin cho dữ liệu bán cấu trúc là rất hữu dụng bởi vì nó cho
phép thu thập và tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn để cung cấp cho những dịch vụ giá trị
gia tăng như : thu được những thông tin Web một cách tùy ý, meta-search, hay các hệ
thống tổng hợp tin tức. Ngày càng nhiều các công ty, các tổ chức phổ cập các thông tin ở
trên Web, thì khả năng trích xuất dữ liệu từ các trang Web đó ngày càng trở nên quan
trọng.
Bài toán này đã được bắt đầu nghiên cứu vào giữa những năm của thập niên 1990
bởi nhiều công ty và các nhà nghiên cứu [4].
Thông tin bán cấu trúc trên Web rất đa dạng và phụ thuộc vào cách lưu trữ và trình
bày của từng webstie cụ thể
Trích trọng trông tin, dữ liệu từ những tài liệu Web bán cấu trúc là một vấn đề rất
quan trọng trong trích chọn dữ liệu nói chung. Các Website thường được trình bày theo
nhiều cách rất đa dạng, sử dụng nhiều định dạng về bảng biểu, màu sắc, font chữ, hình
ảnh,... nhằm tạo ra sự bắt mắt, thoải mái cho bạn đọc.
Đặc điểm của các thông tin, dữ liệu tồn tại ở dạng bán cấu trúc là ngoài những từ
khóa (ngôn ngữ tự nhiên) thì còn những cứ liệu (evidence) khác như bảng biểu, danh
sách, kích thước font chữ, màu sắc, định dạng, các thẻ HTML... giúp quá trình trích chọn
dễ dàng khả thi hơn. Các phương pháp trích chọn thông tin dạng bán cấu trúc cũng
thường phải tận dụng được hết các căn cứ này.
2.2.2. Xây dựng bộ trích chọn tài liệu Web
Đối với một trang tổng hợp tin tức, việc trích chọn tài liệu cần phải lấy ra được các
phần nội dung sau:
- Phần bắt đầu và kết thúc bài báo từ đó trích rút ra các nội dung kế tiếp.
11
- Tiêu đề bài báo
- Tóm tắt
- Ảnh minh họa
- Phần thân bài báo
Tương tự với việc trích rút ra các URL để đưa vào frontier như phần crawler (2.1.2).
Xậy dựng bộ trích chọn tài liệu cũng là việc tạo ra một tập gồm các đặc trưng, cho phép
nhận biết để trích rút được các nội dung cần thiết như trình bày ở trên. Chính tập các đặc
trưng này, kết hợp với URL hạt giống và tập các đặc trưng nhận biết URL chứa nội dung
thông tin (được trình bày trong phần 2.1.2) tạo nên một tập dữ liệu đầu vào, cho phép
crawling, trích chọn ra nội dung thông tin của một trang Web bất kì.
2.3. Xây dựng bộ phân lớp
2.3.1. Khái niệm phân lớp văn bản
Phân lớp là một trong những mối quan tầm nhiều nhất của con người trong quá trình
làm việc với một tập hợp đối tượng. Điều này giúp con người có thể tiến hành việc sắp
xếp, tìm kiếm các đối tượng, một cách thuận lợi. Khi biểu diễn đối tượng vào hệ thống
thông tin, tính chất lớp vốn có của đối tượng trong thực tế thường được biểu diễn bằng
một thuộc tính “lớp” riêng biệt. Chẳng hạn, trong hệ thống thông tin quản lý tư liệu thuộc
thư viện, thuộc tính về loại tư liệu có miền giá trị là tập tên chuyên nghành của tư liệu,
gồm các giá trị như “Tin học”, “Vật lý”,... Trước đây các công việc gán các giá trị của
thuộc tính lớp thường được làm một cách thủ công. Nhưng hiên nay, với sự bùng nổ của
thông tin và các loại dữ liệu, việc đánh thuộc tính lớp một cách thủ công là rất khó khăn,
có thể nói là không thể. Do vậy, cácphương pháp phân lớp tự động, trong đó có phân lớp
văn bản là rất cần thiết và là một trong những chủ đề chính của khai phá dữ liệu.
Phân lớp văn bản được các nhà nghiên cứu định nghĩa thống nhất như là việc gán
tên các chủ đề (tên lớp/nhãn lớp) đã được xác định cho trước vào các văn bản dựa trên nội
dung của nó. Phân lớp văn bản là công việc được sự dụng để hỗ trợ trong quá trình tìm
kiếm thông tin (Information Retrieval), chiết lọc thông tin (Information Extraction), lọc
văn bản hoặc tự động dẫn đường cho các văn bản tới những chủ đề xác định trước.
12
Dữ liệu văn
bản
Biểu diễn ban đầu
Biểu diễn ban
Tri thức
Làm giảm số chiều
hoặc
ngoài
lựa chọn thuộc tính
Học
Các công cụ
phân lớp
Biểu diễn cuối
quy nạp
(1)
Hình 4. Lược đồ chung xây dựng bộ phân lớp văn bản
Hình 4 biểu diễn một lược đồ chung cho hệ thống phân lớp văn bản, trong đó bao
gồm ba thành phần chính: thành phần đầu tiên là biểu diễn văn bản, tức là chuyển các dữ
liệu văn bản thành một dạng có cấu trúc nào đó. Thành phần thứ hai là học quy nạp – sử
dụng các kỹ thuật học máy để phân lớp văn bản vừa biểu diễn. Thành phần thứ ba là tri
thức ngoài – bổ sung các kiến thức thêm vào do người dung cung cấp để làm tăng độ
chính xác trong biểu diễn văn bản hay trong quá trình học máy. Trong nhiều trường hợp,
các phương pháp học hệ thống phân lớp có thể bỏ qua thành phần thứ ba này.
Thành phần thứ hai được coi là trung tâm của một hệ thống phân lớp văn bản. Trong
thành phần này, có nhiều phương pháp học máy được áp dụng như mô hình học Bayes,
cây quyết định, phương pháp k láng giềng gần nhất, SVM, entropy cực đại (maximum
entropy),... là phù hợp [2].
13
2.3.2. Áp dụng thuật toán phân lớp entropy cực đại xây dựng bộ phân
lớp văn bản
Rất nhiều bài toán trong lĩnh vực xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP) có thể được xem
xét dưới dạng các bài toán phân lớp với việc ước lượng xác suất có điều kiện p a,b của
“lớp” a (class) xuất hiện trong “ngữ cảnh” b (context) hay nói cách khác là ước lượng xác
suất xuất hiện của a với điều kiện b. Ngữ cảnh thường bao gồm các từ và việc chọn ngữ
cảnh phụ thuộc theo từng bài toán cụ thể. Ngữ cảnh b có thể là một từ đơn lẻ, cũng có thể
chứa một số từ xung quanh hoặc các từ cùng với các nhãn cú pháp tương ứng. Một lượng
văn bản lớn sẽ cung cấp rất nhiều thông tin về sự xuất hiện đồng thời của các lớp a và ngữ
cảnh b, nhưng lượng văn bản đó chắc chắn sẽ không đủ để chỉ ra một cách chính xác xác
suất p a,b của mọi cặp a,b vì các từ trong b thường nằm rải rác. Do đó cần phải tìm
một phương pháp ước lượng (có thể tin tưởng được) mô hình xác suất có điều kiện
p a,b sử dụng các cứ liệu về sự xuất hiện đồng thời của lớp a và ngữ cảnh b. Mô hình
xác suất entropy cực đại cung cấp một cách đơn giản để kết hợp các cứ liệu ngữ cảnh
khác nhau để ước lượng xác suất của một số lớp ngôn ngữ xuất hiện cùng với một số ngữ
cảnh ngôn ngữ.
2.3.2.1. Biểu diễn các đặc trưng
Theo [1],[7] các đặc trưng (feature) được biểu diễn bằng các mệnh đề biểu diễn
thông tin ngữ cảnh (context predicate). Nếu A là tập các lớp thực hiện phân lớp và B là
tập các ngữ cảnh mà quan sát được, thì mệnh đề biểu diễn thông tin ngữ cảnh là một hàm
được mô tả như sau:
cp : B →{true, false}
Hàm này trả về giá trị true hoặc false, phụ thuộc vào sự xuất hiện hoặc không xuất
b
B
hiện của các thông tin hữu ích trong một số ngữ cảnh
. Tập các mệnh đề biểu diễn
thông tin ngữ cảnh được sử dụng rất nhiều trong các bài toán tuy nhiên với mỗi bài toán
thì người thực nghiệm phải cung cấp một tập thông tin ngữ cảnh riêng. Các mệnh đề biểu
diễn thông tin ngữ cảnh được sử dụng trong các đặc trưng – đó là một hàm có dạng như
sau:
f : A× B →{0,1}
14
Và được mô tả dưới dạng:
1
if a = a' and cp b = true
fcp,a' a,b =
(
)
0
other
Hàm này kiểm tra sự xuất hiện đồng thời của lớp dự đoán a' với mệnh đề biểu diễn
thông tin ngữ cảnh cp. Ví dụ nếu trong bài toán xuất hiện:
- a' là lớp “THETHAO”, b là văn bản hiện tại.
- cp = [ văn bản hiện tại chứa cụm từ “bóng_đá” ].
thì hàm đặc điểm này sẽ trả về giá trị 1 nếu như lớp dự đoán a là “THETHAO”.
2.3.2.2. Cách tiếp cận theo ngữ liệu
Cho rằng tồn tại một tập dữ liệu huấn luyện T ={(a1,b ),...,(aN ,bN )} trong đó một tập
1
hợp lớn các ngữ cảnh {b ,…,bN } được gắn nhãn tương ứng trong tập hợp các lớp
1
{a1,…,aN }, sau đó tiến hành học cho mô hình phân lớp entropy cực đại trên tập dữ liệu
huấn luyện đó. Ý tưởng tập dữ liệu huấn luyện bao gồm các cặp, mỗi cặp là một véc-tơ
giá trị logic cùng với một lớp tương ứng rất phổ biến và được sử dụng với rất nhiều các
thuật toán được mô tả trong các tài liệu về học máy.
ꢀ Học với ước lượng likelihood cực đại trên mô hình mũ
Để kết hợp các cứ liệu ta có thể đánh trọng số cho các đặc trưng bằng cách sử dụng
một mô hình log-linear hay mô hình mũ:
k
1
a,b
λif ) (1)
(
i
p a,b =
(
)
∏
Z b
( )
i=1
k
a,b
λ f
(
)
i
Z b =
( )
∑∏
i
a
i=1
trong đó k là số lượng các đặc trưng và Z b là biểu thức chuẩn hóa để đảm bảo
điều kiện
p
(
a
|
b
)
=
1
. Mỗi tham số λi tương ứng với một đặc điểm fi và có thể được
∑
a
hiểu là “trọng số” của đặc điểm tương ứng (λi > 0). Khi đó xác suất p a,b là kết quả
được chuẩn hoá của các đặc trưng có ý nghĩa với cặp a,b , tức là với các đặc điểm fi mà
15
fi (a,b) =1. Các trọng số
{λ
1,…,λk của phân phối xác suất p* là phân phối xác suất phù
}
hợp nhất với tập dữ liệu huấn luyện có thể xác định thông qua một kĩ thuật phổ biến của
ước lượng likelihood cực đại:
k
1
Q ={p | p(a | b) =
λ f (a,b)
}
i
∏
i
Z(b)
i=1
L(p) =
p(a,b)log p(a,b)
∑
a,b
p*
=
arg max L(q)
q
Q
trong đó
Q
là tập hợp các mô hình của dạng log-linear, p(a | b) là xác suất thực
là log-likelihood có điều kiện của tập dữ liệu huấn luyện T (được
nghiệm trên tập T,
L
(
p)
chuẩn hoá bởi số lượng sự kiện huấn luyện) và p* là phân phối xác suất tối ưu phụ thuộc
theo tiêu chuẩn likelihood cực đại.
ꢀ Học dưới mô hình entropy cực đại
Trong khi có rất nhiều cách để kết hợp các cứ liệu dưới dạng nào đó của một mô
hình phân phối xác suất, dạng (1) có tính tích cực riêng dưới hình mẫu entropy cực đại.
Nguyên lý entropy cực đại trong [17] chỉ ra rằng mô hình xác suất tốt nhất cho dữ liệu là
mô hình làm cực đại giá trị entropy trong số các mô hình phân phối xác suất thoả mãn các
cứ liệu.
2.3.2.3. Mô hình entropy c
ực
đại có
điều kiện
Trong hình mẫu được dùng để giải quyết bài toán đặt ra, có k đặc trưng và khi cho
trước một lớp cùng với một ngữ cảnh b B thì công việc là phải tìm một ước lượng
cho xác suất có điều kiện p a,b . Trong các hình mẫu entropy cực đại có điều kiện được
a
A
sử dụng trong các nghiên cứu [5],[8],[11],[13],[16],[18], lời giải tối ưu p* là phân phối
“không chắc chắn nhất” (entropy đạt cực đại) thoả mãn k ràng buộc trên các kì vọng của
các đặc điểm:
p* = arg max H(p)
p
P
H( p) =
p(a,b)log p(a,b)
∑
a,b
16
P ={p | Ep fi = Ep fi ,i ={1...k}}
E f =
p(a,b) f (a,b)
∑
i
i
p
a,b
E f =
p(b)p(a,b) f (a,b)
∑
p
i
i
a,b
Ở đây H p kí hiệu cho entropy có điều kiện được tính trung bình trên tập huấn
luyện, khác với entropy kết hợp, và xác suất biên của b sử dụng ở đây là xác suất thực
nghiệm
sử dụng
p của fi
, khác với xác suất mô hình p b
.
Ep fi là kì vọng của mô hình p của fi , nó
p(b)
làm một xác suất biên. Tương tự như vậy Ep fi là kì vọng thực nghiệm của
trong một số mẫu huấn
p(b)
.
p(a,b) kí hiệu cho xác suất thực nghiệm của
a,b
luyện nhất định. Và cuối cùng P kí hiệu cho tập các mô hình xác suất thoả mãn các cứ
liệu quan sát được.
2.3.2.4.
Mố
i quan h
ệ
v
ớ
i likelihood c
ự
c
đại
Thông thường hình mẫu likelihood cực đại và entropy cực đại là hai cách tiếp cận
khác nhau trong mô hình hoá thống kê, nhưng chúng có cùng câu trả lời trong trường hợp
này. Có thể thấy rằng việc ước lượng tham số của likelihood cực đại cho mô hình của
dạng (1) tương đương với việc ước lượng tham số của entropy cực đại trên tập các mô
hình thoả mãn. Điều đó có nghĩa là:
p* = arg max L(q) = argmax H(p)
q
Q
p
P
Điều này được mô tả trong [3] sử dụng lý thuyết thừa số nhân lagrange và trong [11]
với các đối số lý thuyết thông tin (đối với trường hợp p* là một mô hình kết hợp). Dưới
tiêu chuẩn likelihood cực đại, p* sẽ phù hợp với dữ liệu ở mức gần nhất có thể, trong khi
đó dưới tiêu chuẩn entropy cực đại, p* sẽ không giả định bất kì điều gì vượt quá những
trông tin trong các ràng buộc tuyến tính định nghĩa ra P. Trong [18] trình bày các chứng
minh cho thấy rằng điều kiện p* = arg max L(q) là tương đương với điều kiện
q
Q
p* = arg max H(p). Điều này rất quan trọng để thấy rằng dạng (1) không phải là đưa ra
p
P
17
một cách không có căn cứ, lời giải cho entropy cực đại p* = arg max H(p) phải có dạng
p
P
này. Sự tương đương này đã cung cấp một phương pháp mới cho phép ước lượng tham số
cho các mô hình dựa trên nguyên lý entropy cực đại bằng cách sử dụng các phép ước
lượng tham số cho likelihood cực đại.
2.3.2.5. Các thuật toán ước lượng tham số
Cho tập huấn luyện T ={(a1,b ),...,(aN ,bN )}
.
1
Phân phối mũ:
k
1
a,b
λif
(
)
i
p a | b =
(
)
∏
Z b
( )
i=1
k
a,b
trong đó
λ
={
λ
1...λk
}
là tập trọng số, Z b =
( )
λ f
là thừa số chuẩn hoá. Huấn
λ1...λk để cho phân
(
)
i
∑∏
i
a
i=1
luyện mô hình entropy cực đại chính là ước lượng tập trọng số
phối ở trên đạt entropy cao nhất.
λ
=
{
}
Các thuật toán phổ biến được sử dụng bao gồm: Thuật toán GIS – Generalized
Iterative Scaling – được đưa ra trong [8]; Thuật toán IIS – Improved Iterative Scaling –
được đưa ra trong [11] là thuật toán ước lượng tham số của mô hình mũ do các thành viên
trong nhóm nghiên cứu tại IBM’s T. J. Watson Research Center đưa ra vào những năm
đầu của thập kỉ 90; Thuật toán L-BFGS – Limited memory BFGS – là phương pháp giới
hạn bộ nhớ cho phương pháp quasi-Newton.
2.3.3. Phương pháp đánh giá hiệu suất phân lớp
Việc đánh giá độ phân lớp dựa trên việc áp dụng mô hình đối với các dữ liệu thuộc
tập dữ liệu kiểm tra Dtest , sử dụng mô hình cho từng trường hợp dữ liệu ở Dtest mà kết quả
ra là lớp c dự báo cho từng dữ liệu. Hai độ đo được dùng phổ biến để đánh giá chất lượng
của thuật toán phân lớp là độ hồi tưởng (recall) R và đọ chính xác (precision) P. Ngoài ra,
một số độ đo kết hợp được xây dựng từ các độ đo này cũng được sử dụng, trong đó điển
hình nhất là độ đo F1. Phần dưới đây trình bày các tính toán chi tiết giá trị của các độ đo
hồi tưởng và độ chính xác trong bài toán phân lớp văn bản.
18
Xét trường hợp lực lượng của tập C các lớp trong bài toán lớn hơn hai (|C| > 2) với
lưu ý rằng, trường hợp tập C chỉ gồm có hai lớp là đơn giản. Đối với lớp c, cho thực hiện
mô hình phân lớp vừa được xác định với các dữ liệu thuộc Dtest nhận được các đại lượng
TP
,
TNc
,
FP
,
FNc như bảng dưới đây:
Bảng 1. Các nhóm tài liệu sau phân lớp
Giá trị thực tế
c
c
Lớp c
Thuộc lớp c
TP
Không thuộc lớp c
TNc
Thuộc lớp c
Không thuộc lớp c
c
Giá trị qua bộ
phân lớp
FP
FNc
c
Diễn giải bằng lời cho từng giá trị trong bảng:
-
-
-
-
TP (true positives): số lượng ví dụ dương (tài liệu thực sự thuộc lớp c) được
c
thuật toán phân lớp gán cho giá trị đúng thuộc lớp c.
TNc (true negatives): số lượng ví dụ âm (tài liệu thực sự không thuộc c) nhưng lại
được thuật toán phân lớp gán cho giá trị đúng thuộc lớp c.
FP (false positives): số lượng ví dụ dương được thuật toán phân lớp gán cho giá
c
trị sai là không thuộc lớp c.
FNc (false negatives): số lượng ví dụ âm được thuật toán phân lớp gán cho giá trị
sai là không thuộc lớp c.
Khi đó, với mỗi lớp c, giá trị các độ đo Rc và
TP TP
P
được tính như sau:
c
c
c
Rc =
và P =
c
TP + FP
TP +TNc
c
c
c
Với bài toán phân lớp nhị phân, các độ đo nói trên cho một lớp trong hai lớp là đủ để
đánh giá chất lượng bộ phân lớp, tuy nhiên, trong trường hợp bài toán phân lớp K lớp, các
19
độ đo trung bình được sử dụng bao gồm trung bình mịn (microaveraging) và trung bình
thô (macroaveaging).
Độ hồi tưởng trung bình thô (macroaveraging recall):
K
1
RM =
R
c
∑
K
c=1
và độ chính xác trung bình thô (macroaveaging precision):
K
1
PM =
P
∑
c
K
c=1
Độ hồi tưởng trung bình mịn (microaveraging recall):
K
TP
∑
c
PM =
c=1
K
(TP + FP )
∑
c
c
c=1
và độ chính xác trung bình mịn (microaveraging precision):
K
TP
∑
c
PM =
c=1
K
(TP +TN )
∑
c
c
c=1
Các độ đo trung bình mịn được coi là các độ đo tốt hơn để đánh giá chất lượng thuật
toán phân lớp đa lớp tài liệu [2].
20
Chương 3. Xây dựng hệ thống tổng hợp và phân loại tin
tự động
Việc xây dụng hệ thống tổng hợp và phân loại tin tự động là vấn đề quan trọng nhất
của khóa luận. Ở chương này, khóa luận sẽ trình bày các bước xây dựng mô hình hệ
thống trên cơ sở lý thuyết được trình bày trong chương 2.
3.1. Cơ sở thực tiễn
Hiện nay, các trang Web đều được xây dựng bởi các ngôn ngữ lập trình Web như
PHP, ASP.NET,... Nó cho phép sinh ra siêu văn bản một cách tự động. Khi một tin tức
được đăng tải trên một báo điện tử, thì nó tuân theo định dạng HTML nhất định được sinh
ra tự động. Điều này có nghĩa là, khi biết mẫu để trích xuất một tin trong một khuôn mẫu,
thì cũng có thể trích xuất được tin ở trang có cùng khuôn mẫu đó.
Ví dụ: Ở trang tin vnexpress.net, hai bài báo ở hình 5a và 5b là hai tin bài trong hai
mục báo khác nhau
Hình 5a. Mô tả phần nội dung cần lấy trên trang tin 1
21
Tải về để xem bản đầy đủ
59 trang
04/05/2025
110
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tự động tổng hợp và phân loại tin trong hệ thống trang tin điện tử", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- khoa_luan_tu_dong_tong_hop_va_phan_loai_tin_trong_he_thong_t.pdf
