]> www.fi.muni.cz Git - pan13-paper.git/blob - pan13-paper/simon-source_retrieval.tex
b5b4a5a5da6b9739d2a3acd8e8c1aba647b2119d
[pan13-paper.git] / pan13-paper / simon-source_retrieval.tex
1 \section{Source Retrieval}\r
2 The source retrieval is a subtask in a plagiarism detection process during\r
3 which only a relatively small subset of documents are retrieved from the\r
4 large corpus. Those candidate documents are usually further compared in detail with the\r
5 suspicious document. In the PAN 2013 source retrieval subtask the main goal was to\r
6 identify web pages which have been used as a source of plagiarism for test corpus creation.\r
7 \r
8 The test corpus contained 58 documents each discussing only one theme.\r
9 Those documents were created intentionally by\r
10  semiprofessional writers, thus they feature nearly realistic plagiarism cases~\cite{plagCorpus}. \r
11  Such conditions are similar to a realistic plagiarism detection scenario, such as for\r
12 state of the art commercial plagiarism detection systems or the anti-plagiarism service developed on and\r
13 utilized at the Masaryk University. The main difference between real-world corpus \r
14 of suspicious documents such as for example corpus created from theses stored in the Information System of Masaryk University\r
15 and the corpus of suspicious documents used during the PAN 2013 competition is that in the PAN\r
16 corpus each document contains plagiarism passages. Therefore we can deepen the search during the process\r
17 in certain parts of the document where no similar passage has yet been found. This is the main\r
18 idea of improving recall of detected plagiarism in a suspicious document.\r
19 \r
20 \r
21 \begin{figure}\r
22   \centering\r
23   \includegraphics[width=1.00\textwidth]{img/source_retrieval_process.pdf}\r
24   \caption{Source retrieval process.}\r
25   \label{fig:source_retr_process}\r
26 \end{figure}\r
27 \r
28 An online plagiarism detection can be viewed as a reverse engineering task where \r
29 we need to find original documents from which the plagiarized document was created.\r
30 During the process the plagiarist locates original documents with the use of a search engine.\r
31 The user decides what query the search engine to ask and which of the results from the result page to use.\r
32 In the real-world scenario the corpus is the whole Web and the search engine can be a contemporary commercial search engine\r
33 which scales to the size of the Web. This methodology is based on the fact that we do not\r
34 possess enough resources to download and effectively process the whole corpus.\r
35 In the case of PAN 2013 competition the corpus\r
36 of source documents is the ClueWeb\footnote{\url{http://lemurproject.org/clueweb09.php/}} corpus.\r
37 \r
38 As a document retrieval tool for the competition we utilized the ChatNoir~\cite{chatnoir} search engine which indexes the English\r
39 subset of the ClueWeb.   \r
40 The reverse engineering decision process resides in creation of suitable queries on the basis of the suspicious document\r
41 and in decision what to actually download and what to report as a plagiarism case from the search results.\r
42 \r
43 These first two stages are shown in Figure~\ref{fig:source_retr_process} as Querying and Selecting. Selected results \r
44 from the search engine are forthwith textually aligned with the suspicious document (see section~\ref{text_alignment} for more details).\r
45 This is the last decision phase -- what to report.\r
46 If there is any continuous passage of reused text detected, the result document is reported\r
47  and the continuous passages in the suspicious document are marked as 'discovered' and no further processing\r
48 of those parts is done. \r
49  \r
50 \subsection{Querying}\r
51 Querying means to effectively utilize the search engine in order to retrieve as many relevant\r
52 documents as possible with the minimum amount of queries. We consider the resulting document relevant \r
53 if it shares some of text characteristics with the suspicious document. In real-world queries as such\r
54 represent appreciable cost, therefore their minimization should be one of the top priorities.\r
55 \r
56 We used 3 different types of queries\footnote{We used similar three-way based methodology in PAN 2012 \r
57 Candidate Document Retrieval subtask. However, this time we completely replaced the headers based queries\r
58 with paragraph based queries, since the headers based queries did not pay off in the overall process.}:\r
59 i) keywords based queries, ii) intrinsic plagiarism\r
60 based queries, and iii) paragraph based queries. Three main properties distinguish each type of query: i) Positional; ii) Phrasal; iii) Deterministic.\r
61 Positional queries carry extra information about a textual interval in the suspicious document which the query represents.\r
62 A phrasal query aims for retrieval of documents containing the same small piece of a text. They are usually created from closely coupled words. \r
63 Deterministic queries for specific suspicious document are always the same no matter how many times we run the software. \r
64 On the contrary the software can create in two runs potentially different nondeterministic queries.\r
65 \r
66 \subsubsection{Keywords Based Queries.}\r
67 The keywords based queries are composed of automatically extracted keywords from the whole suspicious document.\r
68 Their purpose is to retrieve documents concerning the same theme. Two documents discussing the \r
69 same theme usually share a set of overlapping keywords. Also the combination of keywords in\r
70 query matters. \r
71 As a method for automated keywords extraction, we used a frequency based approach described in~\cite{suchomel_kas_12}.\r
72 The method combines term frequency analysis with TF-IDF score~\cite{Introduction_to_information_retrieval}. As a reference\r
73 corpus we used English web corpus~\cite{ententen} crawled by SpiderLink~\cite{SpiderLink} in 2012 which contains 4.65 billion tokens. \r
74 \r
75 Each keywords based query was constructed from five top ranked keywords consecutively. Each keyword was\r
76 used only in one query. Too long keywords based queries would be overspecific and it would have resulted\r
77 in a low recall. On the other hand having constructed too short queries (one or two tokens) would have resulted\r
78 in a low precision and also possibly low recall since they would be too general.\r
79 \r
80 In order to direct the search more at the highest ranked keywords we also extracted their \r
81 most frequent two and three term long collocations. These were combined also into queries of 5 words.\r
82 Resulting the 4 top ranked keywords alone can appear in two different queries, one from the keywords\r
83 alone and one from the collocations. Collocation describes its keyword better than the keyword alone. \r
84 \r
85 The keywords based queries are non-positional, since they represent the whole document. They are also non-phrasal since\r
86 they are constructed of tokens gathered from different parts of the text. And they are deterministic; for certain input\r
87 document the extractor always returns the same keywords.\r
88 \r
89 \subsubsection{Intrinsic Plagiarism Based Queries.}\r
90 The second type of queries purpose to retrieve pages which contain similar text detected\r
91 as different, in a manner of writing style, from other parts of the suspicious document.\r
92 Such a change may point out plagiarized passage which is intrinsically bound up with the text.  \r
93 We implemented vocabulary richness method which computes average word frequency class value for \r
94 a given text part. The method is described in~\cite{awfc}. The problem is that generally methods\r
95 based on the vocabulary statistics work better for longer texts. According to authors this method\r
96 scales well for shorter texts than other text style detection methods. \r
97 Still the usage is in our case limited by relatively short texts. It is also difficult to determine\r
98 what parts of text to compare. Therefore we used sliding window concept for text chunking with the \r
99 same settings as described in~\cite{suchomel_kas_12}.\r
100 \r
101 A representative sentence longer than 6 words was randomly selected among those that apply from the suspicious part of the document.\r
102 An intrinsic plagiarism based query is created from the representative sentence leaving out stop words.\r
103 \r
104 The intrinsic plagiarism based queries are positional. They carry the position of the representative sentence in the document.\r
105 They are phrasal, since they represent a search for a specific sentence. And they are\r
106 nondeterministic, because the representative sentence is selected randomly. \r
107  \r
108 \subsubsection{Paragraph Based Queries.}\r
109 The purpose of paragraph based queries is to check some parts of the text in more depth.\r
110 Those are parts for which no similarity has been found during previous searches. \r
111 \r
112 For this case we considered a paragraph as a minimum text chunk for plagiarism to occur. \r
113 It is discussible whether a plagiarist would be persecuted for plagiarizing only one sentence in a paragraph.\r
114 Also a detection of a specific sentence is very difficult if we want to avoid exhaustive search approach.\r
115 If someone is to reuse some peace of continuous text, it would probably be no shorter than a paragraph. \r
116 Despite the fact, that paragraphs differ in length, we represent one paragraph by only one query.\r
117 \r
118 \r
119 The paragraph based query was created from each paragraph of suspicious document.\r
120 From each paragraph we extracted the longest sentence from which the query was constructed.\r
121 Ideally the extracted sentence should carry the highest information gain.\r
122 The query was maximally 10 words in length which is the upper bound of ChatNoir\r
123 and was constructed from the selected sentence by omitting stop words.\r
124 \r
125 \subsection{Search Control}\r
126 For each suspicious document we prepared all three types of queries during the first phase at once.\r
127 Queries were executed stepwise. \r
128 After processing each query the results were evaluated (see the following subsection~\ref{resSelection} for more details) and from\r
129 all textual similarities between each result and the suspicious document the suspicious document intervals of those similarities\r
130 were marked as 'discovered'. \r
131 At first there were processed the keywords based queries. All of them were\r
132 always executed. \r
133 After having all the keywords based queries processed, the intrinsic plagiarism based queries were executed according to \r
134 their creation sequence. \r
135 Since they carry its position, not all of the intrinsic plagiarism based queries were carried out.\r
136 During the execution, if any of the query position intersected with any of the 'discovered' interval, the\r
137 query was dropped out. In the same way, the last paragraph based queries were processed. \r
138 \r
139 This search control results in two major properties. Firstly, the source retrieval effort was increased \r
140 in parts of the suspicious document, where there has not yet been found any textual similarity.\r
141 It was increased especially by the paragraph based queries. And secondly, after detection a similarity for a certain part of the text,\r
142 no more intentionally retrieval attempts for that part were effectuated. Meaning that all\r
143 discovered search engine results were evaluated, but there were executed no more queries regarding that passage.\r
144 \r
145 \r
146 \subsection{Result Selection}~\label{resSelection}\r
147 The second main decisive area about source retrieval task is to decide which from the search engine results to download.\r
148 This process is represented in Figure~\ref{fig:source_retr_process} as 'Selecting'. \r
149 Nowadays in the real-world a download is very cheap and quick operation. There can be some disk space considerations\r
150 if there is a need to store original downloaded documents. The main cost represents documents post processing. \r
151 Mainly on the Internet there is a wide range of file formats, which for text alignment must be\r
152 converted into plaintext. This can time and computational-consuming. For example from many\r
153 pdf documents the plain text is hardly extractable, thus one need to use optical character recognition methods.\r
154 \r
155 The ChatNoir offers snippets for discovered documents. The snippet generation is considered costless\r
156 operation. The snippet purpose is to have a quick glance at a small extract of resulting page.\r
157 The extract is maximally 500 characters long and it is a portion of the document around given keywords.\r
158 On the basis of snippet, we needed to decide whether to actually download the result or not.\r
159 \r
160 \subsection{Snippet Control}\r
161 \begin{figure}\r
162   \centering\r
163   \includegraphics[width=1.00\textwidth]{img/snippets_graph.pdf}\r
164   \caption{Downloads and similarities performance.}\r
165   \label{fig:snippet_graph}\r
166 \end{figure}\r
167 \r
168 Since the snippet is relatively small and it can be discontinuous part of the text, the \r
169 text alignment methods described in section~\ref{text_alignment} were insufficient \r
170 in decision making over document download. Therefore we chose to compare existence of snippet word tuples\r
171 in the suspicious document. For 1-tuples the measure means how many words from the snippet\r
172 also exist in the suspicious document. If the snippet contains many common words they may\r
173 also occur in many documents. In this case the 1-tuple measurement is little decisive. \r
174 \r
175 We used 2-tuples measurement, which indicates how many neighbouring word pairs coexist in the snippet and in the suspicious document.\r
176 We decided according to this value whether to download the source or not. For the deduction \r
177  of the threshold value we used 4413 search results from various queries according to documents \r
178  in the training corpus. Each resulting document was textually aligned to its corresponding suspicious document.\r
179 One similarity represents continuous passage of text alignment similarity as is described in the following section~\ref{text_alignment}.\r
180 In this way we obtained 248 similarities in total after downloading all of the 4431 documents.\r
181 \r
182 The 2-tuples similarity performance is depicted in Figure~\ref{fig:snippet_graph}.\r
183 Horizontal axis represents threshold of the 2-tuples similarity percentage between the snippet and the suspicious document.\r
184 The graph curves represent obtain resource percentage according to the snippet similarity threshold.\r
185 A profitable threshold is the one with the largest distance between those two curves.\r
186 We chose threshold of the snippet similarity to 20\%, which in the graph corresponds to 20\% of all\r
187 downloads and simultaneously with 70\% discovered similarities.\r
188  \r
189 \subsection{Source Retrieval Results}\r
190 In PAN 2013 Source Retrieval subtask we competed with other 8 teams. \r
191 There can not be selected the best approach because there were several independent\r
192 performance measures. Possibly each approach has its pros and cons and many approaches\r
193 are usable in different situations. \r
194 \r
195 We believe that in the realistic plagiarism detection the most important is keeping the number of\r
196 queries low and simultaneously maximizing recall. \r
197 % It is often some tradeoff between cost and efectivness.\r
198 It is also advisable to keep the number of downloads down, but on the other hand,\r
199 it is relatively cheep and easily scalable operation.\r
200 \r
201 Our approach had the second best ration of recall to the number of used queries, which\r
202 tells about the query efficacy. The approach with the best ratio used few queries (4.9 queries per document which\r
203 was 0.4 of the amount we used), but also obtained the lowest recall (0.65 of our recall).\r
204 The approach with highest recall (and also lowest precision) achieved 2.8 times higher recall with 3.9 times more queries compared to ours.\r
205 \r
206 Our approach achieved also low precision, which means we reported many more results and they\r
207 were not considered as correct hits. On the other hand each reported result contained some\r
208 textual similarity according to text alignment subtask score, which we believe is still worthwhile to report.\r