[pt] Esta dissertação investiga a utilização de sistemas Neuro- Fuzzy Hierárquicos BSP (Binary Space Partitioning) para classificação de padrões e para extração de regras fuzzy em bases de dados. O objetivo do trabalho foi criar modelos específicos para classificação de registros a partir do modelo Neuro-Fuzzy Hierárquico BSP que é capaz de gerar sua própria estrutura automaticamente e extrair regras fuzzy, lingüisticamente interpretáveis, que explicam a estrutura dos dados. O princípio da tarefa de classificação de padrões é descobrir relacionamentos entre os dados com a intenção de prever a classe de um padrão desconhecido. O trabalho consistiu fundamentalmente de quatro partes: um estudo sobre os principais métodos de classificação de padrões; análise do sistema Neuro-Fuzzy Hierárquico BSP (NFHB) original na tarefa de classificação; definição e implementação de dois sistemas NFHB específicos para classificação de padrões; e o estudo de casos. No estudo sobre os métodos de classificação foi feito um levantamento bibliográfico da área, resultando em um "survey" onde foram apresentadas as principais técnicas utilizadas para esta tarefa. Entre as principais técnicas destacaram-se: os métodos estatísticos, algoritmos genéticos, árvores de decisão fuzzy, redes neurais, e os sistemas neuro-fuzzy. Na análise do sistema NFHB na classificação de dados levou- se em consideração as peculiaridades do modelo, que possui: aprendizado da estrutura, particionamento recursivo do espaço de entrada, aceita maior número de entradas que os outros sistemas neuro-fuzzy, além de regras fuzzy recursivas. O sistema NFHB, entretanto, não é um modelo exatamente desenvolvido para classificação de padrões. O modelo NFHB original possui apenas uma saída e para utilizá- lo como um classificador é necessário criar um critério de faixa de valores (janelas) para representar as classes. Assim sendo, decidiu-se criar novos modelos que suprissem essa deficiência. Foram definidos dois novos sistemas NFHB para classificação de padrões: NFHB-Invertido e NFHB-Class. O primeiro utiliza a arquitetura do modelo NFHB original no aprendizado e em seguida a inversão da mesma para a validação dos resultados. A inversão do sistema consistiu de um meio de adaptar o novo sistema à tarefa específica de classificação, pois passou-se a ter o número de saídas do sistema igual ao número de classes ao invés do critério de faixa de valores utilizado no modelo NFHB original. Já o sistema NFHB-Class utilizou, tanto para a fase de aprendizado, quanto para a fase de validação, o modelo NFHB original invertido. Ambos os sistemas criados possuem o número de saídas igual ao número de classes dos padrões, o que representou um grande diferencial em relação ao modelo NFHB original. Além do objetivo de classificação de padrões, o sistema NFHB-Class foi capaz de extrair conhecimento em forma de regras fuzzy interpretáveis. Essas regras são expressas da seguinte maneira: SE x é A e y é B então padrão pertence à classe Z. Realizou-se um amplo estudo de casos, abrangendo diversas bases de dados Benchmark para a tarefa de classificação, tais como: Iris Dataset, Wine Data, Pima Indians Diabetes Database, Bupa Liver Disorders e Heart Disease, e foram feitas comparações com diversos modelos e algoritmos de classificação de padrões. Os resultados encontrados com os modelos NFHB-Invertido e NFHB-Class mostraram-se, na maioria dos casos, superiores ou iguais aos melhores resultados encontrados pelos outros modelos e algoritmos aos quais foram comparados.O desempenho dos modelos NFHB-Invertido e NFHB-Class em relação ao tempo de processamento também se mostrou muito bom. Para todas as bases de dados descritas no estudo de casos (capítulo 8), os modelos convergiram para uma ótima solução de classificação, além da extração das regras fuzzy, em / [en] This dissertation investigates the use of Neuro-Fuzzy Hierarchical BSP (Binary Space Partitioning) systems for pattern classification and extraction of fuzzy rules in databases. The objective of this work was to create specific models for the classification of registers based on the Neuro-Fuzzy BSP model that is able to create its structure automatically and to extract linguistic rules that explain the data structure. The task of pattern classification is to find relationships between data with the intention of forecasting the class of an unknown pattern. The work consisted of four parts: study about the main methods of the pattern classification; evaluation of the original Neuro-Fuzzy Hierarchical BSP system (NFHB) in pattern classification; definition and implementation of two NFHB systems dedicated to pattern classification; and case studies. The study about classification methods resulted in a survey on the area, where the main techniques used for pattern classification are described. The main techniques are: statistic methods, genetic algorithms, decision trees, neural networks, and neuro-fuzzy systems. The evaluation of the NFHB system in pattern classification took in to consideration the particularities of the model which has: ability to create its own structure; recursive space partitioning; ability to deal with more inputs than other neuro-fuzzy system; and recursive fuzzy rules. The original NFHB system, however, is unsuited for pattern classification. The original NFHB model has only one output and its use in classification problems makes it necessary to create a criterion of band value (windows) in order to represent the classes. Therefore, it was decided to create new models that could overcome this deficiency. Two new NFHB systems were developed for pattern classification: NFHB-Invertido and NFHB-Class. The first one creates its structure using the same learning algorithm of the original NFHB system. After the structure has been created, it is inverted (see chapter 5) for the generalization process. The inversion of the structure provides the system with the number of outputs equal to the number of classes in the database. The second system, the NFHB-Class uses an inverted version of the original basic NFHB cell in both phases, learning and validation. Both systems proposed have the number of outputs equal to the number of the pattern classes, what means a great differential in relation to the original NFHB model. Besides the pattern classification objective, the NFHB- Class system was able to extract knowledge in form of interpretable fuzzy rules. These rules are expressed by this way: If x is A and y is B then the pattern belongs to Z class. The two models developed have been tested in many case studies, including Benchmark databases for classification task, such as: Iris Dataset, Wine Data, Pima Indians Diabetes Database, Bupa Liver Disorders and Heart Disease, where comparison has been made with several traditional models and algorithms of pattern classification. The results found with NFHB-Invertido and NFHB-Class models, in all cases, showed to be superior or equal to the best results found by the others models and algorithms for pattern classification. The performance of the NFHB- Invertido and NFHB-Class models in terms of time-processing were also very good. For all databases described in the case studies (chapter 8), the models converged to an optimal classification solution, besides the fuzzy rules extraction, in a time-processing inferior to a minute. / [es] Esta disertación investiga el uso de sistemas Neuro- Fuzzy Herárquicos BSP (Binary Space Partitioning) en problemas de clasificación de padrones y de extracción de reglas fuzzy en bases de datos. El objetivo de este trabajo fue crear modelos específicos para clasificación de registros a partir del modelo Neuro-Fuzzy Jerárquico BSP que es capaz de generar automáticamente su propia extructura y extraer reglas fuzzy, lingüisticamente interpretables, que explican la extructura de los datos. El principio de la clasificación de padrones es descubrir relaciones entre los datos con la intención de prever la clase de un padrón desconocido. El trabajo está constituido por cuatro partes: un estudio sobre los principales métodos de clasificación de padrones; análisis del sistema Neuro-Fuzzy Jerárquico BSP (NFHB) original en la clasificación; definición e implementación de dos sistemas NFHB específicos para clasificación de padrones; y el estudio de casos. En el estudio de los métodos de clasificación se realizó un levatamiento bibliográfico, creando un "survey" donde se presentan las principales técnicas utilizadas. Entre las principales técnicas se destacan: los métodos estadísticos, algoritmos genéticos, árboles de decisión fuzzy, redes neurales, y los sistemas neuro-fuzzy. En el análisis del sistema NFHB para clasificación de datos se tuvieron en cuenta las peculiaridades del modelo, que posee : aprendizaje de la extructura, particionamiento recursivo del espacio de entrada, acepta mayor número de entradas que los otros sistemas neuro-fuzzy, además de reglas fuzzy recursivas. El sistema NFHB, sin embargo, no es un modelo exactamente desarrollado para clasificación de padrones. El modelo NFHB original posee apenas una salida y para utilizarlo conmo un clasificador fue necesario crear un criterio de intervalos de valores (ventanas) para representar las clases. Así, se decidió crear nuevos modelos que supriman esta deficiencia. Se definieron dos nuevos sistemas NFHB para clasificación de padrones: NFHB- Invertido y NFHB-Clas. El primero utiliza la arquitectura del modelo NFHB original en el aprendizaje y en seguida la inversión de la arquitectura para la validación de los resultados. La inversión del sistema es un medio para adaptar el nuevo sistema, específicamente a la clasificación, ya que el sistema pasó a tener número de salidas igual al número de clases, al contrario del criterio de intervalo de valores utilizado en el modelo NFHB original. En el sistema NFHB-Clas se utilizó, tanto para la fase de aprendizajeo, cuanto para la fase de validación, el modelo NFHB original invertido. Ambos sistemas poseen el número de salidas igual al número de clases de los padrones, lo que representa una gran diferencia en relación al modelo NFHB original. Además del objetivo de clasificación de padrones, el sistema NFHB-Clas fue capaz de extraer conocimento en forma de reglas fuzzy interpretables. Esas reglas se expresan de la siguiente manera: Si x es A e y es B entonces el padrón pertenece a la clase Z. Se realizó un amplio estudio de casos, utilizando diversas bases de datos Benchmark para la clasificación, tales como: Iris Dataset, Wine Data, Pima Indians Diabetes Database, Bupa Liver Disorders y Heart Disease. Los resultados se compararon con diversos modelos y algoritmos de clasificación de padrones. Los resultados encontrados con los modelos NFHB-Invertido y NFHB-Clas se mostraron, en la mayoría de los casos, superiores o iguales a los mejores resultados encontrados por los otros modelos y algoritmos con los cuales fueron comparados. El desempeño de los modelos NFHB-Invertido y NFHB-Clas en relación al tiempo de procesamiento tambiém se mostró muy bien. Para todas las bases de datos descritas en el estudio de casos (capítulo 8), los modelos convergieron para una solución óptima, además de la extracción de las reglas fuzzy, con tiemp

[pt] Devido à quantidade cada vez maior de dados armazenada pelas instituições, a área de mineração de dados tem se tornado cada vez mais relevante e vários métodos e métodos têm sido propostos de maneira a aumentar sua aplicabilidade e desempenho. Esta dissertação investiga o uso de diversos métodos e técnicas de mineração de dados na modelagem e solução de problemas de Marketing. O objetivo do trabalho foi fazer um levantamento de alguns métodos e técnicas de mineração, avaliar seus desempenhos e procurar integrá-los na solução de problemas de marketing que envolvessem tarefas de agrupamento ou classificação. O trabalho consistiu de quatro etapas principais: estudo sobre o processo de descoberta de conhecimento em bancos de dados (KDD - Knowledge Discovery in Databases); estudo sobre Marketing e alguns problemas de Marketing de Banco de Dados (DBM - Database Marketing) que envolvessem tarefas de agrupamento e classificação; levantamento e estudo de métodos e técnicas de Inteligência Computacional e Estatística que pudessem ser empregados na solução de alguns desses problemas; e estudos de caso. A primeira etapa do trabalho envolveu um estudo detalhado das diversas fases do processo de KDD: limpeza dos dados; seleção; codificação e transformação; redução de dimensionalidade; mineração; e pós-processamento. Na segunda etapa foram estudados os principais conceitos de Marketing e de DBM e a relação entre eles e o processo de KDD. Pesquisaram-se alguns dos tipos de problemas comuns na área e escolheram- se para análise dois que fossem suficientemente complexos e tivessem a possibilidade de se ter acesso a alguma empresa que fornecesse os dados e validasse a solução posteriormente. Os casos selecionados foram um de marketing direto e outro de segmentação de mercado. Na terceira etapa, foram estudados os métodos de Inteligência Computacional e Estatística usualmente empregados em tarefas de agrupamento e classificação de dados. Foram estudados: Redes Perceptron Multi-Camadas, Mapas Auto- Organizáveis, Fuzzy C-Means, K-means, sistemas Neuro-Fuzzy, Árvores de Decisão, métodos Hierárquicos de agrupamento, Regressão Logística, Fuções Discriminantes de Fisher, entre outros. Por fim, na última etapa, procurou-se integrar todos os métodos e técnicas estudados na solução de dois estudos de caso, propostos inicialmente na segunda etapa do trabalho. Uma vez proposta a solução para os estudos de caso, elas foram levadas aos especialistas em Marketing das empresas para serem validadas no âmbito do negócio. Os estudos de caso mostraram a grande utilidade e aplicabilidade dos métodos e técnicas estudadas em problemas de marketing direto e segmentação de mercado. Sem o emprego dos mesmos, a solução para muitos desses problemas tornar-se-ia extremamente imprecisa ou até mesmo inviável. Mostraram também a grande importância das fases iniciais de pré-processamento dos dados no processo de KDD. Muitos desafios persistem ainda na área de mineração de dados, como a dificuldade de modelar dados não lineares e de manipular quantidades muito grande de dados, o que garante um vasto campo para pesquisa nos próximos anos. / [en] The Data Mining field has received great attention lately, due to the increasing amount of data stored by companies and institutions. A great number of Data Mining methods have been proposed so far, which is good but sometimes leads to confusion. This dissertation investigates the performance of many different methods and techniques of Data Mining used to model and solve Marketing problems. The goal of this research was to look for and study some data mining methods, compare them, and try to integrate them to solve Marketing problems involving clustering and classification tasks. This research can be divided in four stages: a study of the process of Knowledge Discovery in Databases (KDD); a study about Marketing problems involving clustering and classification; a study of some methods and techniques of Statistics and Computational Intelligence that could be used to solve some of those problems; and case studies. On the first stage of the research, the different tasks (clustering, classification, modeling, etc) and phases (data cleansing, data selection, data transformation, Data Mining, etc) of a KDD process were studied in detail. The second stage involved a study of the main concepts of Marketing and Database Marketing and their relation to the KDD process. The most common types of problems in the field were studied and, among them, two were selected to be furthered analyzed as case studies. One case was related to Direct Marketing and the other to Market Segmentation. These two cases were chosen because they were complex enough and it was possible to find a company to provide data to the problem and access to their marketing department. On the third stage, many different methods for clustering and classification were studied and compared. Among those methods, there were: Multilayer Perceptrons, Self Organizing Maps, Fuzzy C-Means, K-Means, Neuro-Fuzzy systems, Decision Trees, Hierarquical Clustering Methods, Logistic Regression, Fisher`s Linear Discriminants, etc Finally, on the last stage, all the methods and techniques studied were put together to solve the two case studies proposed earlier. Once they were solved, their solutions were submitted to the Marketing Department of the company who provided the data, so that they could validate the results in the context of their business. The case studies were able to show the large potential of applicability of the methods and techniques studied on problems of Market Segmentation and Direct Marketing. Without employing those methods, it would be very hard or even impossible to solve those problems. The case studies also helped verify the very important role of the data pre-processing phase on the KDD process. Many challenges persist in the data mining field. One could mention, for example, the difficulty to model non-linear data and to manipulate larges amounts of data. These and many other challenges provide a vast field of research to be done in the next years. / [es] Debido a la cantidad cada vez mayor de datos almacenados por las instituiciones, el área de mineración de datos há ganado relevancia y varios métodos han sido propuestos para aumentar su aplicabilidad y desempeño. Esta disertación investiga el uso de diversos métodos y técnicas de mineración de datos en la modelación y solución de problemas de Marketing. EL objetivo del trabajo fue hacer un levantamiento de algunos métodos y técnicas de mineración, evaluar su desempeño e integrarlos en la solución de problemas de marketing que involucran tareas de agrupamiento y clasificación. EL trabajo consta de cuatro etapas principales: estudio sobre el proceso de descubrimiento de conocimientos en bancos de datos (KDD - Knowledge Discovery in Databases); estudio sobre Marketing y algunos problemas de Marketing de Banco de Datos (DBM - Database Marketing) que incluyen tareas de agrupamientoy clasificación; levantamiento y estudio de métodos y técnicas de Inteligencia Computacional y Estadística que pueden ser empleados en la solución de algunos problemas; y por último, estudios de casos. La primera etapa del trabajo contiene un estudio detallado de las diversas fases del proceso de KDD: limpeza de datos; selección; codificación y transformación; reducción de dimensionalidad; mineración; y posprocesamento. En la segunda etapa fueron estudados los principales conceptos de Marketing y de DBM y la relación entre ellos y el proceso de KDD. Algunos de los tipos de problemas comunes en la área fueron investigados, seleccionando dos de ellos, por ser suficientemente complejos y tener posibilidad de acceso a alguna empresa que suministrase los datos y evaluase posteriormente la solución. Los casos selecionados fueron uno de marketing directo y otro de segmentación de mercado. En la tercera etapa, se estudiaron los métodos de Inteligencia Computacional y Estadística que son empleados usualmente en tareas de agrupamiento y clasificación de datos. Éstos fueron: Redes Perceptron Multicamada, Mapas Autoorganizables, Fuzzy C-Means, K-means, sistemas Neuro- Fuzzy, Árboles de Decisión, métodos Jerárquicos de agrupamiento, Regresión Logística, Fuciones Discriminantes de Fisher, entre otros. En la última etapa, se integraron todos los métodos y técnicas estudiados en la solución de dos estudios de casos, propuestos inicialmente en la segunda etapa del trabajo. Una vez proposta la solución para el estudios de casos, éstas fueron evaluadas por los especialistas en Marketing de las empresas. Los estudios de casos mostraron la grande utilidad y aplicabilidad de los métodos y técnicas estudiadas en problemas de marketing directo y segmentación de mercado. Sin el empleo de dichos métodos, la solución para muchos de esos problemas sería extremadamente imprecisa o hasta incluso inviáble. Se comprobó también la gran importancia de las fases iniciales de preprocesamiento de datos en el proceso de KDD. Existen todavía muchos desafíos en el área de mineración de datos, como la dificuldad de modelar datos no lineales y de manipular cantidades muy grandes de datos, lo que garantiza un vasto campo de investigación