정보 검색 정의

정보 검색(IR)은 비정형 또는 반정형 데이터의 대규모 컬렉션에서 관련 정보를 효과적이고 효율적으로 검색하도록 촉진하는 프로세스입니다. IR 시스템은 사용자의 검색 쿼리 또는 정보 니즈와 일치하는 정보를 검색하고, 찾고, 제시하도록 지원합니다.

매일 검색 엔진을 사용하는 수십억 명의 사람들은 정보 접근의 지배적인 형태인 정보 검색에 의존합니다. 다양한 모델, 알고리즘 및 점점 더 발전하는 기술(예: 벡터 검색)을 배포하는 정보 검색 시스템을 사용하면 문서, 문서 내 항목, 메타데이터 및 텍스트, 이미지, 동영상, 사운드의 데이터베이스를 포함하여 점점 더 늘어나고 있는 광범위한 소스에 대한 검색 액세스가 가능해집니다.

정보 검색의 간략한 역사

정보 검색의 뿌리는 학술 작품의 인덱싱 및 알파벳순 작성을 포함하여 정보를 정리하고 저장하기 위해 도서관과 기록 보관소가 설립되었던 고대 시대로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 1800년대에는 펀치 카드가 정보 처리에 사용되었으며, 1931년 Emanuel Goldberg는 필름에 인코딩된 데이터를 통해 검색하도록 설계된 "통계 기계"로 알려진 최초의 성공적인 전기 기계 문서 검색 장치에 대한 특허를 받았습니다.

정보 검색은 현대 컴퓨터의 발전과 함께 20세기 중반에 과학 분야로 공식화되기 시작했습니다. Gerard Salton과 Hans Peter Luhn은 자동화된 문서 검색을 위한 초기 모델을 개척했습니다. Cornell의 Salton과 동료들은 1960년대에 SMART 정보 검색 시스템을 만들었습니다. 이는 용어 문서 행렬, 벡터 공간 모델, 정확도 피드백 및 Rocchio 분류를 포함한 현대 정보 검색 기술과 주요 개념의 토대를 마련한 것으로 인정받는 이 분야의 이정표입니다.

1970년대에는 더욱 발전된 검색 기술, 확률 모델, 완전히 연결된 벡터 처리 프레임워크가 등장하면서 이 분야가 크게 발전했습니다. 1990년대 후반 검색 엔진의 등장과 함께, 한때 학계, 기관, 도서관의 전유물이었던 정보 검색 시스템과 모델이 폭넓게 서비스되기 시작했습니다.

정보 검색 모델의 유형

다양한 유형의 정보 검색 모델은 특정 과제를 해결하고 관련 정보를 검색하는 프로세스를 구축하도록 설계되었습니다. 해당 분야의 기초를 형성하는 고전적 모델, 전통적인 접근 방식의 한계를 해결하려고 시도하는 비고전적 모델, 그리고 종종 머신 러닝 및 언어 모델과 같은 고급 기술을 통합하여 훨씬 더 발전하는 대체 정보 검색 모델이 있습니다. 일반적인 수준에서 가장 일반적인 유형의 정보 검색 모델은 다음과 같습니다.

부울 모델
가장 간단한 초기의 정보 검색 모델 중 하나인 부울 모델은 AND, OR, NOT 등의 연산자를 사용하여 쿼리 용어를 결합하는 부울 논리를 기반으로 합니다. 문서는 용어의 집합으로 표현되며, 지정된 조건과 일치하는 문서를 식별하기 위해 쿼리가 처리됩니다. 정확한 쿼리 일치에는 효과적이지만, 부울 모델은 정확도를 기준으로 문서의 순위를 매기거나 부분 일치를 제공할 수 없습니다.

벡터 공간 모델
이 모델에서는 문서와 쿼리가 다차원 공간에서 벡터로 표현됩니다. 각 차원은 고유한 용어에 해당하며, 각 차원의 값은 문서 또는 쿼리에서 해당 용어의 중요성과 빈도를 나타냅니다. 쿼리 벡터와 문서 벡터 간의 코사인 유사성을 계산하여 쿼리에 대한 문서의 정확도를 결정합니다. 부울 모델의 단점을 해결하기 위해 부분적으로 개발된 벡터 공간 모델은 정확도 점수를 기반으로 순위가 매겨진 결과를 제공할 수 있으며 텍스트 검색에 널리 사용됩니다.

확률적 모델
이 모델은 문서가 특정 쿼리와 관련될 확률을 추정합니다. 정확도 확률을 계산하기 위해 용어 빈도 및 문서 길이와 같은 요소를 고려합니다. 특히 대용량 데이터를 처리할 때 유용합니다. 가중 통계와 함께 작동하기 때문에 이 모델은 순위가 매겨진 결과를 제공하는 데 이상적입니다.

잠재 시맨틱 인덱싱(LSI)
LSI는 특이값 분해(SVD)를 사용하여 용어와 문서 간의 의미 관계를 포착합니다. 시맨틱 검색과 마찬가지로, 시맨틱 인덱싱은 정확한 용어를 공유하지 않더라도 의도와 맥락을 사용하여 개념적으로 관련된 문서를 식별합니다. 이 핵심 기능을 통해 LSI는 텍스트 본문에서 단어의 문맥적 의미를 추출하는 데 유용합니다.

Okapi BM25
확률 모델의 가장 인기 있는 변형 중 하나인 BM25는 검색 정확도 순위 기능입니다. 이는 검색 엔진에서 문서와 검색 쿼리의 정확도를 추정하는 데 사용됩니다. 문서 내 용어 간의 상호 관계에 관계없이 각 문서에 나타나는 쿼리 용어를 기반으로 문서 집합의 순위를 매기며, 다양한 구성 요소와 매개 변수를 가진 많은 채점 기능으로 구성됩니다. BM은 "베스트 매칭"을 의미합니다.

정보 검색이 왜 중요한가요?

정보화 시대에는 과거에는 상상할 수 없었던 규모로 매초마다 데이터가 생성됩니다. 정보에 액세스할 수 있는 실행 가능한 수단이 없으면 데이터는 사실상 쓸모가 없습니다. 정보 검색 시스템은 정보 과부하의 소음이 커지고 있는 가운데 사용자가 필요한 관련 정보를 얻을 수 있도록 보장합니다.

정보 검색은 학계, 전자 상거래부터 의료, 국방에 이르기까지 현대 세계의 거의 모든 산업과 영역에서 중요한 역할을 합니다. 이는 엔터프라이즈 및 개인 수준 양쪽 모두에서 의사 결정, 연구 및 지식 발견을 지원하는 인간-기계 인터페이스입니다. 현지화된 데스크탑 검색부터 세계의 뉴스 발견까지, 또는 게놈 연구부터 스팸 필터링까지, 정보 검색은 우리 삶의 거의 모든 측면에서 기초적인 요소입니다.

검색 엔진은 정확한 검색 결과를 제공하기 위해 정보 검색 모델을 사용합니다. 전자 상거래 플랫폼은 검색 모델을 사용하여 사용자 선호도와 행동을 기반으로 제품을 추천합니다. 디지털 도서관은 정보 검색 과학을 활용하여 사용자가 조사하는 것을 돕습니다. 의료 분야에서 IR 시스템은 관련 환자 기록, 의료 연구 및 치료 프로토콜에 대한 데이터베이스 검색을 지원합니다. 그리고 법률 전문가는 정보 검색을 사용하여 판례를 찾기 위해 대량의 법적 사건을 샅샅이 뒤집니다.

정보 검색 시스템은 어떻게 작동하나요?

정보 검색 프로세스는 일반적으로 사용자가 정보 니즈를 명시하는 공식 쿼리를 시스템에 입력할 때 시작됩니다. 정보 검색 시스템은 콘텐츠 컬렉션이나 정보 데이터베이스에 문서의 인덱스를 생성합니다. 텍스트 문서, 이미지, 오디오, 동영상 등의 데이터 객체를 처리하여 관련 용어를 추출하고 대용 데이터를 생성하며, 데이터 구조를 사용하여 해당 항목을 효율적으로 저장하고 검색합니다.

사용자가 쿼리를 제출하면 시스템은 이를 처리하여 관련 용어를 식별하고 중요성을 결정합니다. 그런 다음 시스템은 쿼리에의 정확도를 기준으로 문서의 순위를 매깁니다. 많은 경우, 문서 검색 모델과 알고리즘은 컬렉션이나 데이터베이스의 각 개체가 쿼리와 얼마나 일치하는지에 따라 숫자 점수를 계산하는 데 사용됩니다. 많은 쿼리가 정확히 일치하지 않습니다. 가장 정확도가 높은 문서가 순위 목록으로 사용자에게 표시됩니다. 이러한 결과는 정보 검색과 데이터베이스 검색 간의 주요 차이점 중 하나를 나타냅니다.

정보 검색 시스템의 주요 구성 요소

정보 검색 시스템은 다음과 같은 몇 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

문서 컬렉션
시스템이 정보를 검색할 수 있는 문서 세트입니다.

인덱싱 구성 요소
소스 데이터와 문서는 처리되어 인덱스를 생성하고, 용어와 데이터를 이를 포함하는 문서에 매핑합니다. 이는 주로 최적화된 전용 데이터 구조로 이루어집니다.

쿼리 프로세서
쿼리 프로세서 사용자 쿼리와 키워드를 분석하고 이를 색인된 엔터티에 대한 일치 분석을 위해 준비합니다.

순위 알고리즘
순위 알고리즘은 쿼리에 대한 문서의 정확도를 결정하고 점수를 할당합니다. 가장 일반적인 것은 BM25(Best Match 25) 순위 알고리즘으로, 키워드와 반복되는 용어로 문서가 과포화되는 것을 방지하는 용어 빈도에 대한 수정된 접근 방식으로 유명합니다.

사용자 인터페이스
UI는 사용자가 시스템과 상호 작용하고, 쿼리를 제출하고, 결과를 표시하는 디스플레이입니다. 여기서 결과는 사용자 쿼리를 얼마나 잘 처리하는지에 따라 조정될 수 있습니다. 어떤 경우에는 메커니즘을 통해 사용자가 검색된 문서의 정확도에 대한 피드백을 제공하여 향후 검색을 개선하는 데 사용할 수 있습니다.

정보 검색의 이점

정보 검색 모델의 중요한 이점은 다음과 같습니다.

  • 효율적인 정보 액세스: 무엇보다도 문서 검색 시스템은 사람들의 시간과 노력을 엄청나게 줄여줍니다. 정보 검색을 통해 사용자는 방대한 양의 문서와 데이터를 수동으로 검색하지 않고도 관련 정보에 빠르게 액세스할 수 있습니다.
  • 지식 발견: 정보 검색은 데이터를 이해할 수 있게 해주는 강력한 도구입니다. 정보 검색을 통해 사용자는 처음에는 명확하지 않을 수도 있는 데이터 내 동향, 패턴 및 관계를 식별할 수 있습니다.
  • 개인 맞춤화: 일부 정보 검색 시스템은 개인 사용자의 선호도와 행동을 기반으로 의미 있는 방식으로 결과를 맞춤화할 수 있습니다.
  • 의사결정 지원: 전문가들은 필요할 때 가장 적절한 정보에 액세스하여 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있는 권한을 부여받습니다.

정보 검색의 과제와 한계

상당한 발전에도 불구하고, 정보 검색은 결코 완벽한 상태가 아닙니다. 다음을 포함하여 알려진 문제, 과제 및 제한 사항이 남아 있습니다.

애매함 자연어는 본질적으로 애매하므로 사용자 쿼리를 정확하게 해석하기가 어렵습니다. 모호함과 불확실성이라는 유사한 문제는 특히 이미지 및 동영상과 같은 개체의 인덱싱 및 평가 프로세스에 영향을 미칠 수 있습니다.

정확도 정확도를 결정하는 것은 주관적이며 사용자 상황과 의도에 따라 달라질 수 있습니다. 가치와 중요성을 결정하는 데 사용되는 기준은 개별 사용자의 특정 니즈를 반영하지 않는 일련의 불완전하고 일반적인 표준에 의해 지배될 수 있습니다.

의미적 차이 검색 시스템은 텍스트 표현과 인간의 이해 간의 차이로 인해 콘텐츠의 더 깊은 의미를 포착하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 정보와 사용자 표현의 명확성이 부족하면 성공적인 정보 검색에 큰 장애물이 됩니다. AI가 지원되는 고급 자연어 처리는 이러한 의미 및 애매성 차이를 해소하려고 노력합니다.

규모 확장성 데이터 볼륨이 증가함에 따라 효율적이고 효과적인 검색 및 인덱싱을 유지하는 것이 더욱 복잡해지고 더 많은 리소스와 컴퓨팅 성능이 필요합니다.

Elasticsearch를 사용한 정보 검색

Elastic은 Elastic Stack에서 사용할 수 있는 정보 검색 기능을 지속적으로 개선하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 최신 검색 모델인 Elastic Learned Sparse Encoder는 미리 훈련된 언어 모델을 통해 Elastic의 기본 검색 기능을 강화합니다. 그리고 진정한 원클릭 경험을 달성하기 위해 이를 새로운 Elasticsearch Relevance Engine과 통합했습니다.

Elasticsearch는 또한 뛰어난 어휘 검색 기능과 다양한 쿼리 결과를 결합하기 위한 풍부한 도구(하이브리드 검색이라고 알려진 개념)를 갖추고 있습니다. 또한 NLP 및 벡터 검색을 통해 챗봇 기능을 향상하고, 텍스트 임베딩을 위한 서드파티 자연어 처리 모델을 릴리즈하고, BEIR의 하위 집합을 사용하여 성능을 평가하고 있습니다.