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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.55.2005.tde-22022006-172219
Documento
Autor
Nome completo
Huei Diana Lee
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2005
Orientador
Banca examinadora
Monard, Maria Carolina (Presidente)
Carvalho, Francisco de Assis Tenório de
Dutra, Inês de Castro
Rezende, Solange Oliveira
Silva, Flavio Soares Correa da
Título em português
"Seleção de atributos importantes para a extração de conhecimento de bases de dados"
Palavras-chave em português
Aprendizado de Máquina
Dimensão Fractal
Mineração de Dados
Pré-processamento
Resumo em português
O desenvolvimento da tecnologia e a propagação de sistemas computacionais nos mais variados domínios do conhecimento têm contribuído para a geração e o armazenamento de uma quantidade constantemente crescente de dados, em uma velocidade maior da que somos capazes de processar. De um modo geral, a principal razão para o armazenamento dessa enorme quantidade de dados é a utilização deles em benefício da humanidade. Diversas áreas têm se dedicado à pesquisa e a proposta de métodos e processos para tratar esses dados. Um desses processos é a Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados, a qual tem como objetivo extrair conhecimento a partir das informações contidas nesses dados. Para alcançar esse objetivo, usualmente são construídos modelos (hipóteses), os quais podem ser gerados com o apoio de diferentes áreas tal como a de Aprendizado de Máquina. A Seleção de Atributos desempenha uma tarefa essencial dentro desse processo, pois representa um problema de fundamental importância em aprendizado de máquina, sendo freqüentemente realizada como uma etapa de pré-processamento. Seu objetivo é selecionar os atributos mais importantes, pois atributos não relevantes e/ou redundantes podem reduzir a precisão e a compreensibilidade das hipóteses induzidas por algoritmos de aprendizado supervisionado. Vários algoritmos para a seleção de atributos relevantes têm sido propostosna literatura. Entretanto, trabalhos recentes têm mostrado que também deve-se levar em conta a redundância para selecionar os atributos importantes, pois os atributos redundantes também afetam a qualidade das hipóteses induzidas. Para selecionar alguns e descartar outros, é preciso determinar a importância dos atributos segundo algum critério. Entre os vários critérios de importância de atributos propostos, alguns estão baseados em medidas de distância, consistência ou informação, enquanto outros são fundamentados em medidas de dependência. Outra questão essencial são as avaliações experimentais, as quais representam um importante instrumento de estimativa de performance de algoritmos de seleção de atributos, visto que não existe análise matemática que permita predizer que algoritmo de seleção de atributos será melhor que outro. Essas comparações entre performance de algoritmos são geralmente realizadas por meio da análise do erro do modelo construído a partir dos subconjuntos de atributos selecionados por esses algoritmos. Contudo, somente a consideração desse parâmetro não é suficiente; outras questões devem ser consideradas, tal como a percentagem de redução da quantidade de atributos desses subconjuntos de atributos selecionados. Neste trabalho é proposto um algoritmo que separa as análises de relevância e de redundância de atributos e introduz a utilização da Dimensão Fractal para tratar atributos redundantes em aprendizado supervisionado. É também proposto um modelo de avaliação de performance de algoritmos de seleção de atributos baseado no erro da hipótese construída e na percentagem de redução da quantidade de atributos selecionados. Resultados experimentais utilizando vários conjuntos de dados e diversos algoritmos consolidados na literatura, que selecionam atributos importantes, mostram que nossa proposta é competitiva com esses algoritmos. Outra questão importante relacionada à extração de conhecimento a partir de bases de dados é o formato no qual os dados estão representados. Usualmente, é necessário que os exemplos estejam descritos no formato atributo-valor. Neste trabalho também propomos um metodologia para dar suporte, por meio de um processo semi-automático, à construção de conjuntos de dados nesse formato, originados de informações de pacientes contidas em laudos médicos que estão descritos em linguagem natural. Esse processo foi aplicado com sucesso a um caso real.
Título em inglês
"Selection of important features for knowledge extraction from data bases"
Palavras-chave em inglês
Data Mining
Fractal Dimension
Machine Learning
Pre-processing
Resumo em inglês
Progress in computer systems and devices applied to a different number of fields, have made it possible to collect and store an increasing amount of data. Moreover, this technological advance enables the storage of a huge amount of data which is difficult to process unless new approaches are used. The main reason to maintain all these data is to use it in a general way for the benefit of humanity. Many areas are engaged in the research and proposal of methods and processes to deal with this growing data. One such process is Knowledge Discovery from Databases, which aims at finding valuable and interesting knowledge which may be hidden inside the data. In order to extract knowledge from data, models (hypothesis) are usually developed supported by many fields such as Machine Learning. Feature Selection plays an important role in this process since it represents a central problem in machine learning and is frequently applied as a data pre-processing step. Its objective is to choose a subset from the original features that describes a data set, according to some importance criterion, by removing irrelevant and/or redundant features, as they may decrease data quality and reduce comprehensibility of hypotheses induced by supervised learning algorithms. Most of the state-of-art feature selection algorithms mainly focus on finding relevant features. However, it has been shown that relevance alone is not sufficient to select important features. Different approaches have been proposed to select features, among them the filter approach. The idea of this approach is to remove features before the model's induction takes place, based on general characteristics from the data set. For the purpose of selecting features and discarding others, it is necessary to measure the features' goodness, and many importance measures have been proposed. Some of them are based on distance measures, consistency of data and information content, while others are founded on dependence measures. As there is no mathematical analysis capable of predicting whether a feature selection algorithm will produce better feature subsets than others, it is important to empirically evaluate the performance of these algorithms. Comparisons among algorithms' performance is usually carried out through the model's error analysis. Nevertheless, this sole parameter is not complete enough, and other issues, such as percentage of the feature's subset reduction should also be taken into account. In this work we propose a filter that decouples features' relevance and redundancy analysis, and introduces the use of Fractal Dimension to deal with redundant features. We also propose a performance evaluation model based on the constructed hypothesis' error and the percentage of reduction obtained from the selected feature subset. Experimental results obtained using well known feature selection algorithms on several data sets show that our proposal is competitive with them. Another important issue related to knowledge extraction from data is the format the data is represented. Usually, it is necessary to describe examples in the so-called attribute-value format. This work also proposes a methodology to support, through a semi-automatic process, the construction of a database in the attribute-value format from patient information contained in medical findings which are described in natural language. This process was successfully applied to a real case.
 
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tese_huei.pdf (3.89 Mbytes)
Data de Publicação
2006-04-04
 
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