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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
João Carlos Silva de Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Oliveira, Patrícia Rufino (Presidente)
Batista, Gustavo Enrique de Almeida Prado Alves
Lima, Clodoaldo Aparecido de Moraes
Mena Chalco, Jesús Pascual
Título em português
Aprendizado semi-supervisionado para o tratamento de incerteza na rotulação de dados de química medicinal
Palavras-chave em português
Aprendizado semi-supervisionado
Máquinas de Aprendizado Extremo
Maximização da Esperança
Química farmacêutica
Tratamento de incerteza
Resumo em português
Nos últimos 30 anos, a área de aprendizagem de máquina desenvolveu-se de forma comparável com a Física no início do século XX. Esse avanço tornou possível a resolução de problemas do mundo real que anteriormente não poderiam ser solucionados por máquinas, devido à dificuldade de modelos puramente estatísticos ajustarem-se de forma satisfatória aos dados de treinamento. Dentre tais avanços, pode-se citar a utilização de técnicas de aprendizagem de máquina na área de Química Medicinal, envolvendo métodos de análise, representação e predição de informação molecular por meio de recursos computacionais. Os dados utilizados no contexto biológico possuem algumas características particulares que podem influenciar no resultado de sua análise. Dentre estas, pode-se citar a complexidade das informações moleculares, o desbalanceamento das classes envolvidas e a existência de dados incompletos ou rotulados de forma incerta. Tais adversidades podem prejudicar o processo de identificação de compostos candidatos a novos fármacos, se não forem tratadas de forma adequada. Neste trabalho, foi abordada uma técnica de aprendizagem de máquina semi-supervisionada capaz de reduzir o impacto causado pelo problema da incerteza na rotulação dos dados, aplicando um método para estimar rótulos mais confiáveis para os compostos químicos existentes no conjunto de treinamento. Na tentativa de evitar os efeitos causados pelo desbalanceamento dos dados, foi incorporada ao processo de estimação de rótulos uma abordagem sensível ao custo, com o objetivo de evitar o viés em benefício da classe majoritária. Após o tratamento do problema da incerteza na rotulação, classificadores baseados em Máquinas de Aprendizado Extremo foram construídos, almejando boa capacidade de aproximação em um tempo de processamento reduzido em relação a outras abordagens de classificação comumente aplicadas. Por fim, o desempenho dos classificadores construídos foi avaliado por meio de análises dos resultados obtidos, confrontando o cenário com os dados originais e outros com as novas rotulações obtidas durante o processo de estimação semi-supervisionado
Título em inglês
Semi supervised learning for uncertainty on medicinal chemistry labelling
Palavras-chave em inglês
Expectation and Maximization
Extreme Learning Machines
Medicinal Chemistry
Semi-supervised learning
Uncertainty handling
Resumo em inglês
In the last 30 years, the area of machine learning has developed in a way comparable to Physics in the early twentieth century. This breakthrough has made it possible to solve real-world problems that previously could not be solved by machines because of the difficulty of purely statistical models to fit satisfactorily with training data. Among these advances, one can cite the use of machine learning techniques in the area of Medicinal Chemistry, involving methods for analysing, representing and predicting molecular information through computational resources. The data used in the biological context have some particular characteristics that can influence the result of its analysis. These include the complexity of molecular information, the imbalance of the classes involved, and the existence of incomplete or uncertainly labeled data. If they are not properly treated, such adversities may affect the process of identifying candidate compounds for new drugs. In this work, a semi-supervised machine learning technique was considered to reduce the impact caused by the problem of uncertainty in the data labeling, by applying a method to estimate more reliable labels for the chemical compounds in the training set. In an attempt to reduce the effects caused by data imbalance, a cost-sensitive approach was incorporated to the label estimation process, in order to avoid bias in favor of the majority class. After addressing the uncertainty problem in labeling, classifiers based on Extreme Learning Machines were constructed, aiming for good approximation ability in a reduced processing time in relation to other commonly applied classification approaches. Finally, the performance of the classifiers constructed was evaluated by analyzing the results obtained, comparing the scenario with the original data and others with the new labeling obtained by the semi-supervised estimation process
 
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Data de Publicação
2017-10-24
 
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