Neural models for information retrieval : towards asymmetry sensitive approaches based on attention models

par Thiziri Belkacem

Thèse de doctorat en Réseaux, télécoms, systèmes et architecture

Sous la direction de Mohand Boughanem et de Taoufiq Dkaki.

  • Titre traduit

    Modèles neuronaux pour la recherche d'information : vers des approches sensibles à l'asymétrie basées sur des modèles d'attention


  • Résumé

    Ce travail se situe dans le contexte de la recherche d'information (RI) utilisant des techniques d'intelligence artificielle (IA) telles que l'apprentissage profond (DL). Il s'intéresse à des tâches nécessitant l'appariement de textes, telles que la recherche ad-hoc, le domaine du questions-réponses et l'identification des paraphrases. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouveaux modèles, utilisant les méthodes de DL, pour construire des modèles d'appariement basés sur la sémantique de textes, et permettant de pallier les problèmes de l'inadéquation du vocabulaire relatifs aux représentations par sac de mots, ou bag of words (BoW), utilisées dans les modèles classiques de RI. En effet, les méthodes classiques de comparaison de textes sont basées sur la représentation BoW qui considère un texte donné comme un ensemble de mots indépendants. Le processus d'appariement de deux séquences de texte repose sur l'appariement exact entre les mots. La principale limite de cette approche est l'inadéquation du vocabulaire. Ce problème apparaît lorsque les séquences de texte à apparier n'utilisent pas le même vocabulaire, même si leurs sujets sont liés. Par exemple, la requête peut contenir plusieurs mots qui ne sont pas nécessairement utilisés dans les documents de la collection, notamment dans les documents pertinents. Les représentations BoW ignorent plusieurs aspects, tels que la structure du texte et le contexte des mots. Ces caractéristiques sont très importantes et permettent de différencier deux textes utilisant les mêmes mots et dont les informations exprimées sont différentes. Un autre problème dans l'appariement de texte est lié à la longueur des documents. Les parties pertinentes peuvent être réparties de manières différentes dans les documents d'une collection. Ceci est d'autant vrai dans les documents volumineux qui ont tendance à couvrir un grand nombre de sujets et à inclure un vocabulaire variable. Un document long pourrait ainsi comporter plusieurs passages pertinents qu'un modèle d'appariement doit capturer. Contrairement aux documents longs, les documents courts sont susceptibles de concerner un sujet spécifique et ont tendance à contenir un vocabulaire plus restreint. L'évaluation de leur pertinence est en principe plus simple que celle des documents plus longs. Dans cette thèse, nous avons proposé différentes contributions répondant chacune à l'un des problèmes susmentionnés. Tout d'abord, afin de résoudre le problème d'inadéquation du vocabulaire, nous avons utilisé des représentations distribuées des mots (plongement lexical) pour permettre un appariement basé sur la sémantique entre les différents mots. Ces représentations ont été utilisées dans des applications de RI où la similarité document-requête est calculée en comparant tous les vecteurs de termes de la requête avec tous les vecteurs de termes du document, indifféremment. Contrairement aux modèles proposés dans l'état-de-l'art, nous avons étudié l'impact des termes de la requête concernant leur présence/absence dans un document. Nous avons adopté différentes stratégies d'appariement document/requête. L'intuition est que l'absence des termes de la requête dans les documents pertinents est en soi un aspect utile à prendre en compte dans le processus de comparaison. En effet, ces termes n'apparaissent pas dans les documents de la collection pour deux raisons possibles : soit leurs synonymes ont été utilisés ; soit ils ne font pas partie du contexte des documents en questions.


  • Résumé

    This work is situated in the context of information retrieval (IR) using machine learning (ML) and deep learning (DL) techniques. It concerns different tasks requiring text matching, such as ad-hoc research, question answering and paraphrase identification. The objective of this thesis is to propose new approaches, using DL methods, to construct semantic-based models for text matching, and to overcome the problems of vocabulary mismatch related to the classical bag of word (BoW) representations used in traditional IR models. Indeed, traditional text matching methods are based on the BoW representation, which considers a given text as a set of independent words. The process of matching two sequences of text is based on the exact matching between words. The main limitation of this approach is related to the vocabulary mismatch. This problem occurs when the text sequences to be matched do not use the same vocabulary, even if their subjects are related. For example, the query may contain several words that are not necessarily used in the documents of the collection, including relevant documents. BoW representations ignore several aspects about a text sequence, such as the structure the context of words. These characteristics are important and make it possible to differentiate between two texts that use the same words but expressing different information. Another problem in text matching is related to the length of documents. The relevant parts can be distributed in different ways in the documents of a collection. This is especially true in large documents that tend to cover a large number of topics and include variable vocabulary. A long document could thus contain several relevant passages that a matching model must capture. Unlike long documents, short documents are likely to be relevant to a specific subject and tend to contain a more restricted vocabulary. Assessing their relevance is in principle simpler than assessing the one of longer documents. In this thesis, we have proposed different contributions, each addressing one of the above-mentioned issues. First, in order to solve the problem of vocabulary mismatch, we used distributed representations of words (word embedding) to allow a semantic matching between the different words. These representations have been used in IR applications where document/query similarity is computed by comparing all the term vectors of the query with all the term vectors of the document, regardless. Unlike the models proposed in the state-of-the-art, we studied the impact of query terms regarding their presence/absence in a document. We have adopted different document/query matching strategies. The intuition is that the absence of the query terms in the relevant documents is in itself a useful aspect to be taken into account in the matching process. Indeed, these terms do not appear in documents of the collection for two possible reasons: either their synonyms have been used or they are not part of the context of the considered documents. The methods we have proposed make it possible, on the one hand, to perform an inaccurate matching between the document and the query, and on the other hand, to evaluate the impact of the different terms of a query in the matching process. Although the use of word embedding allows semantic-based matching between different text sequences, these representations combined with classical matching models still consider the text as a list of independent elements (bag of vectors instead of bag of words). However, the structure of the text as well as the order of the words is important. Any change in the structure of the text and/or the order of words alters the information expressed. In order to solve this problem, neural models were used in text matching.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2019 par Université Toulouse 3 à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : Neural models for information retrieval : towards asymmetry sensitive approaches based on attention models
  • Détails : 1 vol. (144 p.)
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