<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD v1.0 20120330//EN" "JATS-archivearticle1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
  <front>
    <journal-meta />
    <article-meta>
      <title-group>
        <article-title>Elhuyar­IXA: semantic relatedness and cross­lingual passage retrieval</article-title>
      </title-group>
      <pub-date>
        <year>2005</year>
      </pub-date>
      <fpage>520</fpage>
      <lpage>527</lpage>
      <abstract>
        <p>This article  describes  the  participation  of  the  joint  Elhuyar­IXA  group  in  the  RespubliQA  exercise at QA&amp;CLEF.   We put together tools developed separately and we combined and  shared knowledge and technology between the   two groups. In particular, we participated in  the English-English monolingual task and in the Basque-English cross­lingual one. Our focus  has been threefold: (1) to check to what extent IR can achieve good results in passage retrieval  without question analysis and answer validation, (2) to check Machine Readable Dictionary  techniques for the Basque to English retrieval when faced with the lack of parallel corpora for  Basque in this domain, and (3) to check the contribution of semantic relatedness based on  WordNet to expand the passages to related words. Our results show that IR provides good  results   in   the   monolingual   task,   that   our   crosslingual   system   lowers   the   performance  compared to the monolingual runs, and that semantic relatedness improves the results in both  tasks (by 6 and 2 points, respectively).  The joint team was formed by two different groups, on the one hand  the Elhuyar Foundation, and on the  other  hand the IXA  NLP group. The  Elhuyar Foundation is a non­profit making organization located  in the  Basque Country. The Elhuyar Foundation's  mission  is  to popularize science and technology and promote the  development of the Basque language. To achieve this, it offers the Basque public at large quality services, tools  and resources that are a reference, with innovation being pivotal and with a commitment to operate in the area of   education. Related to these objectives it deals with many activities, such as R&amp;D in Natural Language Processing  and Information Retrieval fields. The IXA NLP group of the University of the Basque Country has previously  participated at CLEF, specifically, in the CLEF 2008 Basque to Basque monolingual QA task [3] and in  the  CLEF 2008 Robust­WSD task. IXA has participated in the CLEF 2009 Robust­WSD Task this year too.  Both Elhuyar and IXA considered that it would be interesting to share experience and knowledge on QA  oriented (CL)IR. We decided to form a single team for participating in the ResPubliQA track. This collaboration  allowed us to tackle the English-English monolingual task and the Basque-English cross­lingual one. Question answering systems typically rely on a passage retrieval system. Given that passages are shorter  than documents, vocabulary mismatch problems are more important than in full document retrieval. Most of the  previous work on expansion techniques has focused on pseudo­relevance feedback and other query expansion  techniques. In particular, WordNet has been used previously to expand the terms in the query with little success  [9, 10, 11, 13]. The main problem is ambiguity, and the limited context available to disambiguate the word in the  query effectively. As an alternative, we felt that passages would provide sufficient context to disambiguate and </p>
      </abstract>
      <kwd-group>
        <kwd>2 R&amp;D</kwd>
        <kwd> Elhuyar Foundation</kwd>
        <kwd> Usurbil</kwd>
        <kwd> Basque Country</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec-1">
      <title>-</title>
      <p>1 IXA NLP Group, University of the Basque Country. Donostia, Basque Country
expand the terms in the passage. In fact, we do not do explicit WSD, but rather apply a state­of­the­art semantic 
relatedness method [1] in order to select the best terms to expand the documents. </p>
      <p>With respect to the Basque­English task, we met the challenge of retrieving English passages for Basque 
questions.   We   tackled   this   problem   by   translating   the   lexical   units   of   the   questions   into   English.   The   main 
setback is that no parallel corpus is available for Basque, given that there is no Basque version of the JRC­Acquis 
collection.   So   we   have   explored   a   corpus   parallel   free   approach   for   translating   queries   which   could   also   be 
interesting for other less resourced languages. Even so, we regarded the cross­lingual exercise as interesting. In 
our opinion, bearing in mind the idiosyncrasy of the European Union, it is worthwhile dealing with the search of 
passages that answer questions formulated in unofficial languages. </p>
      <p>We analysed the Basque questions by re­using the linguistic processors of the Ihardetsi question­answering 
system [3]. This module uses two general linguistic processors: the lemmatizer/tagger named  Morfeus  [7], and 
the   Named   Entity   Recognition   and   Classification   (NERC)   processor   called  Eihera  [2].   The   use   of   the 
lemmatizer/tagger is particularly suited to Basque, as it is an agglutinative language. It returns only one lemma 
and one part of speech for each lexical unit, which includes single word terms and multiword terms (MWT)  
(those included in the MRD introduced in the next subsection).  The NERC processor,  Eihera, captures entities 
such   as  person,  organization  and  location.   The   numerical   and   temporal   expressions   are   captured   by   the 
lemmatizer/tagger. The questions thus analyzed are passed to the translation module.</p>
      <p>English queries were tokenized without further analysis.</p>
    </sec>
    <sec id="sec-2">
      <title>2.2   Translation of the query terms (Basque­English runs)</title>
      <p>Once the questions  had been linguistically processed, we translated them into English. Among the main 
strategies and methods proposed in the literature to deal with language barriers in IR problems we adopted a 
Machine Readable Dictionary (MRD)­based method. Due to the scarcity of parallel corpora for a small language 
or even for big languages in certain domains we have explored a MRD­based method. However, MRD­based 
approaches   have   inherent   problems,   such   as   the   presence   of   ambiguous   translations   and   out­of­vocabulary 
(OOV) words. To tackle these problems, both translation ambiguity and OOV words, some techniques have been 
proposed such as structured query­based techniques [6, 14] and concurrences­based techniques [4, 8, 12]. These 
approaches   have   been   compared   for   Basque   by   obtaining   best   MAP   results   with   structured   queries   [15]. 
However, structured queries were not supported in the retrieval algorithm used (see Section 2.3), so we adopted a 
concurrences­based translation selection strategy.</p>
      <p>The translation process designed comprises two steps and takes the keywords (Name Entities, MWT and 
singles words tagged as noun, adjective or verb) of the question as source words.</p>
      <p>In the first step the translation candidates of each source word are obtained. The translation candidates for 
the   lemmas   of   the   source   words   are   taken   from   a   bilingual   eu­en   MRD   composed   from   the   Basque­English 
Morris dictionary1, and the Euskalterm terminology bank2 which includes 38,184 MWTs. After that, OOV words 
and ambiguous translations are dealt with. The number of OOV words quantified out of a total of 421 keywords 
for the 77 questions of the development set was 42 (10%). These 77 questions were translated by hand from 
English to Basque in order to carry out the development phase. Nevertheless, it must be said that many of these  
OOV words were wrongly tagged lemmas and entities. We deal with OOV words by searching for their cognates 
in the target collection. The cognate detection is done in two phases. Firstly, we apply several transliteration rules 
to the source word. Then we calculate the Longest Common Subsequence Ratio (LCSR) among words with a 
similar length (+­10%) from the target collection (see Figure 1). The ones which reach a previously established 
threshold (0.9) are selected as translation candidates. The attempt to select the best translation candidate will be 
held in the translation selection phase. The MWT terms that are not found in the dictionary are translated word </p>
      <sec id="sec-2-1">
        <title>1 English/Basque dictionary including 67,000 entries and 120,000 senses.</title>
        <p>2 Terminological dictionary including 100,000 terms in Basque with equivalences in Spanish, French, English 
and Latin.
by word, as we realized that most of the MWT could be translated correctly in that way, exactly 91% of the total 
MWTs identified by hand in the 77 development questions.
LCSR(radioterapeutico, radioterapeutic) = 0.9375
set of all candidates  tr si for a query term  si given by the MRD, then:</p>
        <p>Initialization step:
w 0T  t∣si=∣tr 1si∣</p>
        <p>∑
t' ∈inlink t 
in words is low) in the source query Q, and whose source words  so t  , so t '   belong to the same Multi­Word 
Unit (MWU)  Z smw t ,t '  . As the global association degree between translation candidates is estimated from 
the association degree of pairs of candidates, we score positively these two characteristics when the association 
degree for a pair of candidates is calculated. Thus, the modified association degree w ' L t , t '    between t and t' 
will be calculated in this way in the iteration step:</p>
        <p>w ' Lt , t ' =w Lt , t ' ∗wT t , t ' 
           </p>
        <p>max  dis si , s j
w T t , t ' = si ,sj∈Q
dis so t  , so t ' </p>
        <p>∗2 smwt ,t' 
  
smw t ,t ' ={1
0
{so  t  , so t ' }⊆Z
where Z ∈M WU
        </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec-3">
      <title>2.3   Passage retrieval</title>
      <p>The purpose of the passage retrieval module is to retrieve passages from the document collection which are 
likely to contain an answer. The main feature of this module is that the passages are expanded based on their 
related concepts, as explained in the following sections.</p>
    </sec>
    <sec id="sec-4">
      <title>2.3.1   Document preprocessing and application of semantic relatedness</title>
      <p>Given that the system needs to return paragraphs, we first split the document collection into paragraphs, 
which are delimited by the mark  &lt;p&gt;  in the documents. Then we lemmatized and POS tagged those passages 
using the OpenNLP open source software3.</p>
      <p>After preprocessing the documents, we expanded the passages based on semantic relatedness. To this end, 
we used UKB4, a collection of programs for performing graph­based Word Sense Disambiguation and lexical 
similarity/relatedness using a pre­existing knowledge base [1], in this case WordNet 3.0.</p>
      <p>Given a passage, UKB returns a vector of scores for concepts in WordNet. Each of these concepts has a 
score, and the higher the score, the more related the concept is to the given passage, where we represent the 
passage using the lemmas of all nouns, verbs, adjectives and adverbs in the passage.</p>
      <p>Given  the  list of  related  concepts,  we  took the  highest­scoring  100 concepts and  expanded  them  to all 
variants (words that  lexicalize  the concepts)  in WordNet. An example  of a document expansion is shown in 
Figure 2.</p>
      <p>The variants for those expanded concepts were included in a new field of the passage representation. This 
way, we were able to use the original words only, or alternatively, to also include the variants for the most related 
100 concepts, as we will be explaining in Section 2.3.2 and Section 2.3.3. </p>
      <p>We applied the expansion strategy only to passages which had more than 10 words (half of the passages), 
for two reasons: the first one is that most of these passages were found not to contain relevant information for the  
task   (e.g.   “Article   2”,   “Having   regard   to   the   proposal   from   the   Commission”   or   “HAS   ADOPTED   THIS 
REGULATION”), and the second is that we thus saved some computation time.
2.3.2   Indexing
2.3.3   Retrieval</p>
      <p>We indexed the new expanded documents using the MG4J search­engine [5]. MG4J makes it possible to 
combine several indices over the same document collection. We created one index for each field: one for the 
original words and one for the expanded words. Porter stemmer was used as per usual. </p>
      <p>We used the BM25 ranking function with the following parameters: 1.0 for  k1  and 0.6 for  b. We did not 
tune these parameters. MG4J allows multi­index queries, where one can specify which of the indices one wants 
to   search   in,   and   assign   different   weights   to   each   index.   We   conducted   different   experiments,   by   using   the 
original  words alone  (the  index  made  of  original words) and  also  by using  the  index  with the  expansion of  
concepts, giving different weights to the original words and the expanded concepts. The weight of the index 
which was created using the original words from the passages was 1.00 for all the runs. 1.00 was also the weight 
of the index that included the expanded words for the monolingual run, but it was 1.78 for the bilingual run. 
These weights were fixed following a training phase with the English development questions provided by the 
organization, and after the Basque questions had been translated by hand (as no development Basque data was 
released).The submitted runs are described in the next section.  </p>
      <p>We participated in  the English­English monolingual task and the Basque­English cross­lingual task, with 
two runs per language pair. We did not analyze the English queries for the monolingual run, and we just removed 
the stopwords.
http://opennlp.sourceforge.net/
The algorithm is publicly available at http://ixa2.si.ehu.es/ukb/</p>
      <p>For the bilingual runs, we first analyzed the questions (see Section 2.1), then we translated the question 
terms from Basque to English (see Section 2.2), and, finally, we retrieved the relevant passages for the translated 
query terms (see Section 2.3). </p>
      <p>As we were interested in the performance of passage retrieval on its own, we did not carry out any answer 
validation, and we just chose the first passage returned by the passage retrieval module as the response. We did 
not leave any question unanswered.</p>
      <p>For both tasks, the only difference between the submitted two runs is the use (or not) of the expansion in 
the passage retrieval module. That is, in the first run (“run 1” in Table 1), during the retrieval we only used the 
original words that were in the passage. In the second run (“run 2” in Table 1), apart from the original words, we 
also used the expanded words.</p>
      <p>Table 1 summarizes the results of our submitted runs, explained in Section 3.</p>
      <p>#answered 
correctly
#answered 
incorrectly
English ­ English
Basque ­ English
run 1
run 2
run 1
run 2
211
240
78
91
289
260
422
409</p>
      <p>The results show that the use of the expanded words (run 2) was effective for both tasks, improving   the 
final result by 6 % in the monolingual task.</p>
      <p>Figure   2   shows   an   example   of   a   document   expansion   which  was   effective   for   answering   the   English 
question number 32: “Into which plant may genes be introduced and not raise any doubts about  unfavourable  
consequences for people's health?”
doc_id:  jrc31998D0293­en.xml
p_id: 17
original passage: Whereas the Commission, having examined each of the objections raised in the light of  
Directive 90/220/EEC, the information submitted in the dossier and the opinion of the Scientific Committee on  
Plants, has reached the conclusion that there is no reason to believe that there will be any adverse effects on  
human health or the environment from the introduction into maize of the gene coding for phosphinotricine­
acetyl­transferase and the truncated gene coding for beta­lactamase;
some expanded words: cistron factor gene coding cryptography secret_writing ... acetyl acetyl_group  
acetyl_radical ethanoyl_group ethanoyl_radical  beta_lactamase penicillinase  common_market ec eec eu  
europe european_community european_economic_community european_union ... directive directing directional  
guiding citizens_committee committee  environment environs surround surroundings corn indian_corn maize  
zea_mays health wellness  health adverse contrary homo human human_being man adverse inauspicious  
untoward gamboge lemon lemon_yellow ... unfavorable unfavourable ... set_up expostulation objection  
remonstrance remonstration dissent protest believe light lightly  belief feeling impression notion opinion ...  
reason reason_out argue jurisprudence law consequence effect event issue outcome result upshot ...</p>
      <sec id="sec-4-1">
        <title>Figure 2: Example of a document expansion</title>
        <p>In   the   last  part   of   the  example   we   can   see   some   words   that   we  obtained   after   applying  the   expansion 
process explained in Section 2.3.1 to the original passage showed in the example too. As we can see, there are 
some   new   words   among   the   expanded   words   that   are   not   in   the   original   passage,   such   as  unfavourable  or 
consequence. Those two words were in the question we mentioned before (number 32). That could be why we 
answered that question correctly when using the expanded words (in run 2), but not when using the original 
words only (without using the expanded words, in run 1).</p>
        <p>As expected, the best results were obtained in the monolingual task. With the intention of finding reasons 
to explain the significant performance drop in the bilingual run, we analyzed manually 100 query translations 
obtained in the query translation process of the 500 test queries, and detected several types of errors arising from 
both the question analysis process and from the query translation process. In the question analysis process, some 
lemmas were not correctly identified by the lemmatizer/tagger, and in other cases some entities were not returned 
by the  lemmatizer/tagger causing us to lose important information  for the subsequent translation and retrieval 
processes. In the query translation process, leaving aside the incorrect translation selections, the words appearing 
in the source questions were not exactly the ones that figured in many queries that had been correctly translated. 
In most cases this happened because the English source query word was not a translation candidate in the MRD. 
If we assume that the answers contain words that appear in the questions and therefore in the passage that we 
must return, this will negatively affect the final retrieval process.</p>
        <p>The joint Elhuyar­Ixa team has presented a system which works on passage retrieval alone, without any 
question analysis and answer validation steps. Our English­English results show that good results can be achieved 
by   means   of   this   simple   strategy.   We   experimented   with   applying   semantic   relatedness   in   order   to   expand 
passages prior to indexing, and the results are highly positive, especially for English­English. The performance 
drop  in the  Basque­English bilingual runs  is significant,  and  is  caused  by the  accumulation of  errors  in the 
analysis and translation of the query mentioned.</p>
        <p>Acknowledgments
This work has been supported by KNOW (TIN2006­15049­C03­01), imFUTOURnet (IE08­233) and KYOTO 
(ICT­2007­211423). Arantxa Otegi's work is funded by a PhD grant from the Basque Government.
[1] E. Agirre, A. Soroa, E. Alfonseca, K. Hall, J. Kravalova, and M. Pasca. A study on similarity and relatedness 
using distributional and WordNet­based approaches. In Proceedings of annual meeting of the North  
American Chapter of the Association of Computational Linguistics (NAACL), Boulder, USA, June 2009.
[2] I. Alegria, O. Arregi, I. Balza, N. Ezeiza, I. Fernandez, and R. Urizar. Development of a Named Entity </p>
        <p>Recognizer for an Agglutinative Language. In IJCNLP, 2004.
[3] O. Ansa, X. Arregi, A. Otegi, A. Soraluze. Ihardetsi question answering system at QA@CLEF 2008. </p>
        <p>Working Notes of the Cross­Lingual Evaluation Forum, Aarhus, Denmark. 2008.
[4] L. Ballesteros  and W. Bruce Croft, Resolving Ambiguity for Cross­language Retrieval. Proceedings of the  
21st annual international ACM SIGIR conference on Research and development in information retrieval,  
p.64–71. 2008
[5] P. Boldi and S. Vigna. MG4J at TREC 2005. In Ellen M. Voorhees and Lori P. Buckland, editors, The  
Fourteenth Text REtrieval Conference (TREC 2005) Proceedings, number SP 500­266 in Special  
Publications. NIST, 2005. http://mg4j.dsi.unimi.it/.
[6] K. Darwish and D. W. Oard. Probabilistic structured Query Methods. Proceedings of the 26th annual  
international ACM SIGIR conference on Research and development in information retrieval. P.338–344. 
2003.
[9] S. Kim, H. Seo, H. Rim. Information retrieval using word senses: Root sense tagging approach. Proceedings  
of SIGIR 2004.</p>
      </sec>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list />
  </back>
</article>