Automatische Textanalysen in der Geschichtswissen-schaft – Auswertung, Interpretation und Relevanz

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Authorship
  1. 1. Maik Fiedler

    Georg Eckert Institut für internationale Schulbuchforschung

  2. 2. Andreas Weiß

    Georg Eckert Institut für internationale Schulbuchforschung

  3. 3. Ben Heuwing

    Institut für Informationswissenschaft & Sprachtechnologie, Universität Hildesheim

  4. 4. Carsten Schnober

    Ubiquitous Knowledge Processing Lab, Deutsches Institut für Internationale Pädagogische Forschung / Technische Universität Darmstadt

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Motivation und Fragestellung
In jedem Digital-Humanities-Projekt (DH) stellt sich die Frage von neuem: Welche
„Relevanz haben die Modellierung, Vernetzung und Visualisierung für die
Geistesartefakte selbst und für den Gewinn reproduzierbarer wissenschaftlicher
Erkenntnisse über sie? Im Projekt „Welt der Kinder“ (WdK) wurden diese Punkte
mit Hilfe von Topic Modeling und Text-Mining-Werkzeugen mit in der
Geschichtswissenschaft anerkannten Thesen in einem kontrollierten Verfahren
überprüft. Es handelt sich bei WdK mit seinem repräsentativen Textkorpus von
über 3000 historischen Schulbüchern um ein bisher weltweit einzigartiges
Projekt, das für künftige ähnliche Vorhaben vorbildhaft sein will.
Aus Sicht der klassischen Geschichtswissenschaften gibt es bei der Bearbeitung
großer Datenmengen häufig Argwohn gegenüber der Sekundäranalyse maschinell
generierter Ergebnisse, verstärkt durch mangelndes Wissen über fachfremde
Methodik. Dies lässt die Ergebnisse der DH oft als zweifelhaft oder nicht
neuwertig erscheinen. Zusätzlich können Verzerrungen durch die Zusammensetzung
einer Textsammlung entstehen, durch die Dokumentenauswahl und des zu
analysierenden Vokabulars sowie aus den darauf aufbauenden Aggregierungen und
Visualisierungen (Chuang et al. 2012). Große Datenmengen erfordern ein anderes
Vorgehen bei der Auswertung als die traditionell in den Geschichtswissenschaften
üblichen Verfahren. Die Methode der automatischen Textanalyse stellen trotzdem
eine durch die Forschungsziele beeinflusste subjektive Sichtweise auf die
vorhandenen Daten dar (DiMaggio et al. 2013). Wir zeigen an Hand eines in WdK
vorgenommen Validierungsexperiments, welche Aushandlungsprozesse notwendig
waren, um nachnutzbare und nachvollziehbare Ergebnisse zu erhalten.
Für die Meta-Analyse von klassischen und digitalen geschichtswissenschaftlichen
Herangehensweisen ist die Beantwortung folgender Fragen prioritär:

Erstens) Wie können auf klassischem Weg erbrachte
Ergebnisse für die DH so codifiziert werden, dass sie nicht nur für Menschen
interpretierbar, sondern auch durch die digitalen Werkzeuge reproduzierbar sind?
Sinn dieses Verfahrens ist es, Versuchsanordnungen und Analysen so aufzubauen,
dass diese nicht immer „bei Null“ beginnen müssen, sondern, wie ein klassischer
Fachtext, anerkannte Annahmen und Erkenntnisse implizit transportieren und
wiederholen.

Zweitens) Wie kann die Belastbarkeit von Ergebnissen, die
mit Hilfe von Methoden der automatischen Textmodellierung auf einem
umfangreichen Korpus erbracht worden sind, validiert werden?

Drittens) Wie kann man die Leistung digitaler Methoden für
explorative Analysen anwenden, ohne auf ein bereits feststehendes Ziel
hinzuarbeiten?

Viertens) Wie müssen die Versuchsanordnung und das Projekt
aufgebaut werden, um den Daten zu vertrauen und sie interpretieren sowie
kontextualisieren zu können?
Der Vortrag wird den Arbeitsprozess (interdisziplinäre Arbeit an historischen
Thesen mit Hilfe digitaler Tools) analysieren, die verschiedenen
fachspezifischen Methoden problematisieren sowie schlaglichtartig Wege
beleuchten, die zu möglichen Antworten auf die gestellten Fragen führen können.

Werkzeuge
Die Grundlage der Topic-Modelling-basierten Analyse besteht auf im Bereich DH
etablierter Methoden wie LDA (Latent Dirichlet
Allocation; Blei et al. 2003). Dieses Verfahren ordnet Begriffe auf Basis
von Kookkurrenz und statistischen Analysen einander zu und extrahiert Topics in
Form gewichteter Wortlisten. Diese ergeben für menschliche Benutzer
interpretierbare Listen, und erlauben eine automatische Inferenz von
Topic-Verteilungen innerhalb eines Dokuments.
Die Validierungsstudie wurde mit einem interaktiven Prototyp durchgeführt, der
die Texte im Korpus und Statistiken über die Ergebnismengen zugänglich macht.
Suchanfragen können sich auf Metadaten – beispielsweise Jahr und Ort der
Veröffentlichung oder Schultyp – Termanfragen und Topic-Verteilungen beziehen.
Ergebnisse werden mit Statistiken zur Topic-Intensität und relativen
Dokumentenhäufigkeit im Zeitverlauf ausgegeben.

Vorgehen bei der Validierung:
Belastbarkeitsüberprüfungen bauen Vertrauen in datenbasierte, historische
Schlussfolgerungen und Annahmen auf. So wird überprüft, ob die statistischen
Modelle existierende Erkenntnisse mehrheitlich bestätigen, und als wie
zuverlässig bestätigende oder widerlegende Ergebnisse eingeschätzt werden
(DiMaggio et al. 2013; Evans 2014). Die im Experiment bearbeiteten historischen
Thesen stellten Sachverhalte dar, die sich quantitativ überprüfen lassen, etwa
durch den Vergleich von Topic-Verteilungen (Newman / Block 2006; Yang et al.
2011), und im Nachhinein von Experten für das jeweilige Fachgebiet in Hinblick
auf ihre Plausibilität überprüft werden.
Für die Validierungsstudie wurden zu überprüfende Thesen vorab definiert, um
Abweichungen von der ursprünglichen Fragestellung zu dokumentieren. Sie sind
repräsentativ für reale historische Fragestellungen im Rahmen des Projektes
(Kolonien und Auswanderung; Französische Revolution und Befreiungskriege;
deutsche Kriegsflotte). Dabei wurden in einem ersten Schritt Begrifflichkeiten
und Interpretationen der Fragestellungen in interdisziplinären Arbeitsgruppen
diskutiert, um fachliche Verständnisschwierigkeiten auszuräumen. Da die Thesen
erschöpfend und präzise mit den vorhandenen Werkzeugen untersucht wurden, bilden
auch die Auswertungsstrategien mögliche Vorgehensweisen für die Überprüfung
bereits vorliegender Hypothesen ab.

Auswertung
Bei der Analyse der Thesen zeigten sich unterschiedliche Strategien für die
einzelnen Schritte der Auswertung. Wichtig hierbei war, ob unterschiedliche
Herangehensweisen, vergleichbare Ergebnisse reproduzierten. Die Ergebnisse der
einzelnen Arbeitsgruppen widersprachen einander an wenigen Stellen, und
gegebenenfalls primär in ihrer Bewertung der Verlässlichkeit der Ergebnisse. Die
vorgegebenen geschichtswissenschaftlichen Thesen wurden in den Versuchen mit
Topic-Modellen größtenteils bestätigt und zusätzlich mittels Termanfragen
validiert.
Das Vorgehen bei den Topic-Modelling-basierten Analysen beinhaltete im ersten
Schritt eine Suche nach relevanten Topics an Hand einzelner Terme. Dabei zeigte
sich, dass die Topics in Modellen mit einer manuell überschaubaren Topic-Anzahl
(50, 100, 200) für spezielle historische Forschungsfragen zu allgemein oder auch
zu spezifisch ausfielen. Teilweise wurden daraufhin die Thesen stellvertretend
an Hand thematischer Teilgebiete oder übergeordneter Themen untersucht.
Für eine höhere Genauigkeit wurden auch Kombinationen aus Termsuche und
Dokumentenfiltern auf Basis automatisch generierter Topics eingesetzt. Für eine
Bewertung der Abfragegenauigkeit wurden manuelle Inspektionen der relevantesten
Trefferdokumente durchgeführt und Anfragen iterativ neu formuliert. Um für die
Validierung eine Vergleichsebene bereitzustellen, wurden zusätzliche Analysen
nur auf der Grundlage manuell und mittels historischen Vorwissens gewählter
Terme durchgeführt.

Schlussfolgerungen

Zusammengefasst kann zwischen zwei
grundlegenden Vorgehensweisen unterschieden werden. In der ersten Variante
werden die aufgestellten Thesen konfirmatorisch überprüft. Diese werden dafür
formalisiert und in Form von Suchanfragen und zu erwartenden Ergebnissen
operationalisiert. Die Ergebnisse werden dann vor allem hinsichtlich der
erwarteten Zeitverläufe und relativen Unterschiede zwischen Untermengen
interpretiert.
Die explorative Herangehensweise an die Datenanalyse berücksichtigt dagegen auch
andere Hinweise aus den Ergebnissen, und sucht nach Erklärungen für beobachtete
Auffälligkeiten. Die Aussagekraft der Ergebnisse kann dabei jedoch dadurch
eingeschränkt werden, dass die untersuchten Thesen erst mit Kenntnis der Daten
formuliert worden sind. Eine Strategie, um diese Unsicherheit auszugleichen,
besteht darin, Evidenz für eine Aussage mit mehreren unterschiedlichen
Vorgehensweisen zu sammeln.

Diese Ergebnisse zeigen den potentiellen
Mehrwert von DH an, da mit Hilfe computerlinguistischer und
informationswissenschaftlicher Methoden klassische Thesen aus der
Geschichtswissenschaft präzisiert werden konnten. Die Interpretation
quantitativer Ergebnisse, etwa als Diagramm visualisiert, konnte sich nach
Bedarf auf die vorab definierten Vorannahmen beschränken. Die Einbeziehung
größerer zeitlicher Kontexte erforderte teilweise, die dargestellten Verläufe
und Tendenzen mit verschiedenen Zeitspannen neu zu interpretieren. Als wichtige
Vorgehensweise hat sich hier die Bildung eines gleitenden Durchschnitts über
längere Zeiträume erwiesen, um thematische Tendenzen zuverlässiger
interpretieren zu können.
Als wichtiger Faktor stellte sich auch die Qualität der OCR-Digitalisierung
heraus. Bei Daten aus historischen Quellen (Schriftbild Sütterlin / Fraktur)
werden auch mit aktueller Technologie aufgrund der verwendeten Schriftarten
teilweise über 10 Prozent der Zeichen falsch erkannt, was bei der Auswertung der
maschinell generierten Topics durch die Benutzer zu Problemen bei der
Interpretation und Weiterverwendung führt. Daher muss die Frage gestellt werden,
wie Daten zukünftig in den Vorverarbeitungsschritten aufbereitet werden, damit
Topic Modelling und andere automatische Methoden zu hilfreichen und
interpretierbaren Ergebnissen führen.
Neben der Einbeziehung von Topic Models, die auf unterschiedliche Perspektiven
optimiert wurden, werden im Rahmen des Projektes andere Herangehensweisen an die
statistische Textmodellierung, wie z. B. Clustering-Verfahren, in Hinblick auf
ihre Anwendbarkeit und Robustheit vergleichend evaluiert. In diesem Zusammenhang
ist es wichtig, thematisch relevante Topics einfach auffindbar zu machen und sie
für Anfragen kombinieren zu können. Des Weiteren sollten Topics geordnet nach
Themen oder Diskursfeldern und / oder -strängen präsentiert werden sowie in
einer leicht lesbaren Anzeige deren synchrone und diachrone Verteilungen
herausstellen, wobei Ungleichverteilungen innerhalb der Untersuchungsmenge und
die Zuverlässigkeit statistischer Aggregierungen deutlich gemacht werden müssen.

Bibliographie

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[letzter Zugriff 08. Januar 2016].

Newman, David J. / Block, Sharon (2006):
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Computational Linguistics 96–104.

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Conference Info

In review

DHd - 2016
"Modellierung - Vernetzung – Visualisierung: Die Digital Humanities als fächerübergreifendes Forschungsparadigma"

Hosted at Universität Leipzig

Leipzig, Germany

March 7, 2016 - March 11, 2016

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Conference website: http://dhd2016.de/

Contributors: Patrick Helling, Harald Lordick, R. Borges, & Scott Weingart.

Series: DHd (3)

Organizers: DHd