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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.55.2012.tde-16072012-144620
Documento
Autor
Nome completo
Marcos Evandro Cintra
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Monard, Maria Carolina (Presidente)
Camargo, Heloisa de Arruda
Ebecken, Nelson Francisco Favilla
Gomide, Fernando Antonio Campos
Vellasco, Marley Maria Bernardes Rebuzzi
Título em inglês
Genetic generation of fuzzy knowledge bases: new perspectives
Palavras-chave em inglês
Classification
Feature selection
Fuzzy systems
Genetic algorithms
Genetic fuzzy systems
Machine learning
Resumo em inglês
This work focus on the genetic generation of fuzzy systems. One of the main contribution of this work is the proposal of the FCA-BASED method, which generates the genetic search space using the formal concept analysis theory by extracting rules from data. The experimental evaluation results of the FCA-BASED method show its robustness, producing a good trade-off between the accuracy and the interpretability of the generated models. Moreover, the FCA-BASED method presents improvements to the DOC-BASED method, a previously proposed approach, related to the reduction of the computational cost for the generation of the genetic search space. In order to tackle high dimensional datasets, we also propose the FUZZYDT method, a fuzzy version of the classic C4.5 decision tree, a highly scalable method that presents low computational cost and competitive accuracy. Due to these characteristics, FUZZYDT is used in this work as a baseline method for the experimental evaluation and comparisons of other classic and fuzzy classification methods. We also include in this work the use of the FUZZYDT method to a real world problem, the warning of the coffee rust disease in Brazilian crops. Furthermore, this work investigates the task of feature subset selection to address the dimensionality issue of fuzzy systems. To this end, we propose the FUZZYWRAPPER method, a wrapper-based approach that selects features taking the relevant information regarding the fuzzyfication of the attributes into account, in the feature selection process. This work also investigates the automatic design of fuzzy data bases, proposing the FUZZYDBD method, which estimates the number of fuzzy sets defining all the attributes of a dataset and evenly distributing the fuzzy sets in the domains of the attributes. A modified version of the FUZZYDBD method, FUZZYDBD-II, which defines independent numbers of fuzzy sets for each attribute of a dataset, by means of estimation functions, is also proposed in this work
Título em português
Geração genética de bases de conhecimento fuzzy: novas perspectivas
Palavras-chave em português
Algoritmos genéticos
Aprendizado de máquina
Classificação
Seleção de atributos
Sistemas fuzzy
Sistemas fuzzy genéticos
Resumo em português
Este trabalho foca na geração genética de sistemas fuzzy. Uma das principais contribuições deste trabalho é a proposta do método FCA-BASED, que gera o espaço de busca genético usando a teoria de análise de conceitos formais por meio da extração de regras dos dados. Os resultados da avaliação experimental do método FCA-BASED demonstram sua robustez. O método FCABASED também produz um bom trade-off entre acurácia e interpretabilidade dos modelos gerados. Além disso, o método FCA-BASED apresenta melhorias em relação ao método DOC-BASED, uma abordagem proposta anteriormente. Essas melhorias estão relacionadas à redução do custo computacional para a geração do espaço de busca genético. Para ser capaz de trabalhar com conjuntos de dados de alta dimensão, foi também proposto o método FUZZYDT, uma versão fuzzy da clássica árvore de decisão C4.5. FUZZYDT é um método altamente escalável que apresenta baixo custo computacional e acurácia competitiva. Devido a essas características, o FUZZYDT é usado nesse trabalho como um método baseline para a avaliação experimental e comparações de outros métodos de classificação, fuzzy e clássicos. Também está incluido nesse trabalho a aplicação do método FUZZYDT em um problema do mundo real, o alerta da doença da ferrugem cafeeira em plantações brasileiras. Além disso, esse trabalho investiga a tarefa de seleção de atributos como forma de atacar o problema da dimensionalidade de sistemas fuzzy. Para esse fim, foi proposto o método FUZZYWRAPPER, uma abordagem baseada em wrapper que seleciona atributos levando em consideração as informações relevantes sobre a fuzificação dos atributos durante o processo de seleção. Esse trabalho também investiga a construção automática de bases de dados fuzzy, incluindo a proposta do método FUZZYDBD, que estima o número de conjuntos fuzzy que define todos os atributos de um conjunto de dados e distribui os conjuntos fuzzy proporcionalmente nos domínios dos atributos. Uma versão modificada do método FUZZYDBD, o método FUZZYDBD-II, também é proposta nesse trabalho. O método FUZZYDBD-II define números independentes de conjuntos fuzzy para cada atributo de um conjunto de dados por meio de funções de estimação
 
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Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange a todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome da pessoa autora do trabalho.
TeseMarcosECintra.pdf (4.63 Mbytes)
Data de Publicação
2012-08-06
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • CINTRA, Marcos, et al. Feature Subset Selection Using a Fuzzy Method. In International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics (ICIHMSC), Hangzhou, China, 2009.
  • CINTRA, Marcos, et al. FuzzyDT- A Fuzzy Decision Tree Algorithm Based on C4.5. In Congresso Brasileiro de Sistemas Fuzzy (CBSF), 2, Natal, Brasil, 2012.
  • CINTRA, Marcos, et al. On Rule Generation Approaches for Genetic Fuzzy Systems. In Encontro Nacional de Inteligência Artificial (ENIA), Natal, Brasil, 2011.
  • CINTRA, Marcos, et al. On the Estimation of the Number of Fuzzy Sets for Fuzzy Rule-Based Classification Systems. In International Conference on Hybrid Intelligent Systems (HIS), 11, Malaka, Malásia, 2011.
  • CINTRA, Marcos, et al. Optimising the Fuzzy Granulation of Attribute Domains. In International Fuzzy Systems Association World Conference (IFSA), Lisbon, Portugal, 2009.
  • CINTRA, Marcos, et al. The use of fuzzy decision trees for coffee rust warning in Brazilian crops. In International Conference on Intelligent Systems Design and Applications (ISDA), 11, Cordoba, Espanha, 2011.
  • CINTRA, Marcos, and CAMARGO, Heloisa. Feature Subset Selection for Fuzzy Classification Methods. In Information Processing and Management of Uncertainty in Knowledge-Based Systems (IPMU), Dortmund, Germany, 2010.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. A comparative study on classic machine learning and fuzzy approaches for classification problems. In Congresso da Academia Trinacional de Ciências, Foz do Iguaçu, Brasil, 2009.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. A study on techniques for the automatic generation of membership functions for pattern recognition. In Congresso da Academia Trinacional de Ciência (CATC), Foz do Iguaçu, Brasil, 2008.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. An evaluation of rule-based classification models induced by a fuzzy method and two classic learning algorithms. In Brazilian Symposium on Neural Networks (SBRN), São Bernardo do Campo, Brasil, 2010.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. Evaluation of the pruning impact on Fuzzy C4.5. In Congresso Brasileiro de Sistemas Fuzzy (CBSF), 1, Sorocaba, Brasil, 2010.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. Feature subset selection using the Wang & Mendel method. In International Conference on Hybrid Intelligent Systems (HIS), Barcelona, Spain, 2008.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. Fuzzy and classic rule learning methods: a comparative analysis. In World Conference on Soft Computing (WCSC), San Francisco, USA, 2011.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, and CAMARGO, Heloisa. On the genetic generation of fuzzy knowledge bases. In: , 2012, São Carlos. Workshop de teses e dissertações, 2012. In Workshop de teses e dissertações do ICMC (WTD), São Carlos, 2012.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, e CAMARGO, Heloisa. Geração de bases de conhecimento fuzzy utilizando o paradigma genético de aprendizado: novas perspectivas. In Simpósio de Aplicações com Lógica Fuzzy (SALF), 2, Sorocaba, Brasil, 2008.
  • MAJIDIAN, Andrei, MARTIN, Trevor, and CINTRA, Marcos. Fuzzy Formal Concept Analysis and Algorithm. In Workshop on Computational Intelligence (WCI), 11, Manchester, UK, 2011.
  • CINTRA, Marcos, MONARD, Maria, e CAMARGO, Heloisa. On Rule Learning Methods: A Comparative Analysis of Classic and Fuzzy Approaches : Studies in Fuzziness and Soft Computing. 291 ed.. Berlin : Springer Berlin Heidelberg, 2013.
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