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Abstract

Im Rahmen des Seminars Suchmaschinen und Suchalgorithmen beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Auffinden bestimmter Wörter oder Muster in Texten. Der Begriff "Text" wird hier in einem sehr allgemeinen Sinne als strukturierte Folge beliebiger Länge von Zeichen aus einem endlichen Alphabet verstanden. Somit fällt unter diesen Bereich ganz allgemein die Suche nach einem Muster in einer Sequenz von Zeichen. Beispiele hierfür sind neben der Suche von Wörtern in "literarischen" Texten, z.B. das Finden von Pixelfolgen in Bildern oder gar das Finden von Mustern in DNS-Strängen. Das Anwendungsgebiet für eine solche Suche ist weit gefächert. Man denke hier allein an Texteditoren, Literaturdatenbanken, digitale Lexika oder die besagte DNADatenbank. Betrachtet man allein das 1989 publizierte Oxford English Dictionary mit seinen etwa 616500 definierten Stichworten auf gedruckten 21728 Seiten, so gilt es, einen möglichst effizienten Algorithmus für die Suche in Texten zu nutzen. Der in der Arbeit zugrunde liegende Datentyp ist vom Typ String (Zeichenkette), wobei hier offen gelassen wird, wie der Datentyp programmtechnisch realisiert wird. Algorithmen zur Verarbeitung von Zeichenketten (string processing) umfassen ein bestimmtes Spektrum an Anwendungsgebieten [Ot96, S.617 f.], wie z.B. das Komprimieren, das Verschlüssen, das Analysieren (parsen), das Übersetzen von Texten sowie das Suchen in Texten, welches Thema dieses Seminars ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus vorgestellt, der wie der ebenfalls in diesem Seminar vorgestellte Boyer-Moore Algorithmus einen effizienten Suchalgorithmus darstellt. Dabei soll ein gegebenes Suchwort oder Muster (pattern) in einer gegeben Zeichenkette erkannt werden (pattern matching). Gesucht werden dabei ein oder mehrere Vorkommen eines bestimmten Suchwortes (exact pattern matching). Der Knuth-Morris-Pratt Algorithmus wurde erstmals 1974 als Institutbericht der Stanford University beschrieben und erschien 1977 in der Fachzeitschrift Journal of Computing unter dem Titel "Fast Pattern Matching in Strings" [Kn77]. Der Algorithmus beschreibt eine Suche in Zeichenketten mit linearer Laufzeit. Der Name des Algorithmus setzt sich aus den Entwicklern des Algorithmus Donald E. Knuth, James H. Morris und Vaughan R. Pratt zusammen.

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Abstract

Für das Modifizieren von Suchanfragen kennt das Information Retrieval vielfältige Möglichkeiten. Nach einer einleitenden Darstellung der Wechselwirkung zwischen Informationsbedarf und Suchanfrage wird eine konzeptuelle und typologische Annäherung an Verfahren zur Anfragemodifikation gegeben. Im Anschluss an eine kurze Charakterisierung des Fakten- und des Information Retrieval, sowie des Vektorraum- und des probabilistischen Modells, werden intellektuelle, automatische und interaktive Modifikationsverfahren vorgestellt. Neben klassischen intellektuellen Verfahren, wie der Blockstrategie und der "Citation Pearl Growing"-Strategie, umfasst die Darstellung der automatischen und interaktiven Verfahren Modifikationsmöglichkeiten auf den Ebenen der Morphologie, der Syntax und der Semantik von Suchtermen. Darüber hinaus werden das Relevance Feedback, der Nutzen informetrischer Analysen und die Idee eines assoziativen Retrievals auf der Basis von Clustering- und terminologischen Techniken, sowie zitationsanalytischen Verfahren verfolgt. Ein Eindruck für die praktischen Gestaltungsmöglichkeiten der behandelten Verfahren soll abschließend durch fünf Anwendungsbeispiele vermittelt werden.

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Abstract

Das Gebiet des Pattern-Matching besitzt in vielen wissenschaftlichen Bereichen eine hohe Relevanz. Aufgrund unterschiedlicher Einsatzgebiete sind auch Umsetzung und Anwendung des Pattern-Matching sehr verschieden. Die allen Anwendungen des Pattern-Matching inhärente Aufgabe besteht darin, in einer Vielzahl von Eingabedaten bestimmte Muster wieder zu erkennen. Dies ist auch der deutschen Bezeichnung Mustererkennung zu entnehmen. In der Medizin findet Pattern-Matching zum Beispiel bei der Untersuchung von Chromosomensträngen auf bestimmte Folgen von Chromosomen Verwendung. Auf dem Gebiet der Bildverarbeitung können mit Hilfe des Pattern-Matching ganze Bilder verglichen oder einzelne Bildpunkte betrachtet werden, die durch ein Muster identifizierbar sind. Ein weiteres Einsatzgebiet des Pattern-Matching ist das Information-Retrieval, bei dem in gespeicherten Daten nach relevanten Informationen gesucht wird. Die Relevanz der zu suchenden Daten wird auch hier anhand eines Musters, zum Beispiel einem bestimmten Schlagwort, beurteilt. Ein vergleichbares Verfahren findet auch im Internet Anwendung. Internet-Benutzer, die mittels einer Suchmaschine nach bedeutsamen Informationen suchen, erhalten diese durch den Einsatz eines Pattern-Matching-Automaten. Die in diesem Zusammenhang an den Pattern-Matching-Automaten gestellten Anforderungen variieren mit der Suchanfrage, die an eine Suchmaschine gestellt wird. Eine solche Suchanfrage kann im einfachsten Fall aus genau einem Schlüsselwort bestehen. Im komplexeren Fall enthält die Anfrage mehrere Schlüsselwörter. Dabei muss für eine erfolgreiche Suche eine Konkatenation der in der Anfrage enthaltenen Wörter erfolgen. Zu Beginn dieser Arbeit wird in Kapitel 2 eine umfassende Einführung in die Thematik des Textvergleichs gegeben, wobei die Definition einiger grundlegender Begriffe vorgenommen wird. Anschließend werden in Kapitel 3 Verfahren zum Textvergleich mit mehreren Mustern vorgestellt. Dabei wird zunächst ein einfaches Vorgehen erläutert, um einen Einsteig in das Thema des Textvergleichs mit mehreren Mustern zu erleichtern. Danach wird eine komplexe Methode des Textvergleichs vorgestellt und anhand von Beispielen verdeutlicht.