Esta dissertação apresenta um sistema de indução de classificadores fuzzy. Ao invés de utilizar a abordagem tradicional de sistemas fuzzy baseados em regras, foi utilizado o modelo de Árvore de Padrões Fuzzy(APF), que é um modelo hierárquico, com uma estrutura baseada em árvores que possuem como nós internos operadores lógicos fuzzy e as folhas são compostas pela associação de termos fuzzy com os atributos de entrada. O classificador foi obtido sintetizando uma árvore para cada classe, esta árvore será uma descrição lógica da classe o que permite analisar e interpretar como é feita a classificação. O método de aprendizado originalmente concebido para a APF foi substituído pela Programação Genética Cartesiana com o intuito de explorar melhor o espaço de busca. O classificador APF foi comparado com as Máquinas de Vetores de Suporte, K-Vizinhos mais próximos, florestas aleatórias e outros métodos Fuzzy-Genéticos em diversas bases de dados do UCI Machine Learning Repository e observou-se que o classificador APF apresenta resultados competitivos. Ele também foi comparado com o método de aprendizado original e obteve resultados comparáveis com árvores mais compactas e com um menor número de avaliações. / This work presents a system for induction of fuzzy classifiers. Instead of the traditional fuzzy based rules, it was used a model called Fuzzy Pattern Trees (FPT), which is a hierarchical tree-based model, having as internal nodes, fuzzy logical operators and the leaves are composed of a combination of fuzzy terms with the input attributes. The classifier was obtained by creating a tree for each class, this tree will be a logic class description which allows the interpretation of the results. The learning method originally designed for FPT was replaced by Cartesian Genetic Programming in order to provide a better exploration of the search space. The FPT classifier was compared against Support Vector Machines, K Nearest Neighbour, Random Forests and others Fuzzy-Genetics methods on several datasets from the UCI Machine Learning Repository and it presented competitive results. It was also compared with Fuzzy Pattern trees generated by the former learning method and presented comparable results with smaller trees and a lower number of functions evaluations.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The natural regeneration in disturbed areas might become a slow process due to harsh conditions and constraints imposed by the environment. The positive interactions in these locations are important for the establishment of woody plant community. In abandoned pastures the isolated remnant trees facilitate regeneration by easing the environmental conditions, reducing competition below their canopies and attracting animal dispersers that might increase the local seed rain. Thus, this study aimed to understand the role of isolated trees in the regeneration process and evaluate which factors might affect this process. For this purpose, we selected an abandoned pasture in Deciduous Seasonal Forest conditions (DSF), located within the borders of Parque Estadual do Pau Furado (Pau Furado State Park), Uberlândia MG. In a 10 - hectare area we selected twenty isolated trees and set four 4m² - plots in each one, two below the canopy and two outside the canopy (open area). All the regenerating woody individuals found in the plots were measured and identified. Some characteristics of the trees were also measured: tree height, canopy coverage and area, and distance from the nearest DSF fragment. The environmental data of temperature and relative humidity were gathered in both environments (below and outside the canopy) in two distinct seasons (dry and rainy). The natural regeneration was represented by 245 woody individuals (224 in the plots below the canopy and 21 in the plots outside the canopy), distributed in 51 species, 42 genera, and 22 botany families. The most important families were Fabaceae, Myrtaceae, Rubiaceae, Malvaceae and Bignoniaceae. The plots below the canopy showed higher density of individuals and species richness when compared to the plots outside the canopy. When it comes to dispersion syndrome, the zoochore species were predominant (46.9%), indicating that isolated trees attract dispersers that deposit the seeds on site. As a direct effect of canopy shading we recorded lower temperature and higher values of relative humidity below the canopy in both seasons. The shading also affected the grass coverage that was reduced below the canopy. This reduction is important for seedlings establishment and growing, since alien grasses set limits to natural regeneration due to competition. From the analyzed environmental and biophysical factors by using Canonical Correspondence Analysis (CCA), the height, the canopy area and RH showed a relation to distribution of woody species. The relation species/environment was significant in the dry season (p<0.05), according to Monte Carlo test even though it only explained 23.7 of data variation. In stressful environments, as abandoned pastures, a successful regeneration will probably rely on the existence of isolated trees that act as facilitators easing, thus, the environmental conditions below their canopies. / A regeneração natural em áreas degradadas pode se tornar um processo lento, devido às condições adversas e das barreiras impostas pelo ambiente. Nesses locais, as interações positivas podem ser muito importantes para o estabelecimento da comunidade lenhosa. Em pastagens abandonadas, as árvores remanescentes isoladas facilitam a regeneração por amenizar as condições ambientais e reduzir a competição abaixo de sua copa, e atrair animais dispersores que podem incrementar a chuva de sementes no local. Assim, o presente estudo teve como objetivo compreender o papel de árvores isoladas no processo de regeneração e avaliar quais fatores podem estar atuando nesse processo. Para essa finalidade, selecionou-se uma pastagem abandonada (sem uso) em condições de Floresta Estacional Decidual (FED), situada dentro dos limites do Parque Estadual do Pau Furado, Uberlândia, MG. Em uma área de 10 hectares, foram escolhidas vinte árvores isoladas, e em cada uma foram instaladas quatro parcelas de 4m², duas sob a copa e duas fora da copa (área aberta). Todos os indivíduos lenhosos regenerantes encontrados nas parcelas foram medidos e identificados. Algumas características da árvore também foram mensuradas: altura da árvore, área e cobertura da copa e distância do fragmento de FED mais próximo. Os dados ambientais de temperatura e umidade relativa do ar e cobertura do solo foram medidos nos dois ambientes (dentro e fora da copa) em duas estações distintas (seca e chuvosa). A regeneração natural foi representada por 245 indivíduos do componente lenhoso (224 nas parcelas sob a copa e 21 nas parcelas fora), distribuídos em 51 espécies, 42 gêneros e 22 famílias botânicas. As famílias que mais se destacaram foram Fabaceae, Myrtaceae, Rubiaceae, Malvaceae e Bignoniaceae. As parcelas sob a copa das árvores apresentaram maior densidade de indivíduos e riqueza de espécies que as parcelas abaixo da copa. Quanto às síndromes de dispersão, nas parcelas sob a copa houve uma predominância de espécies zoocóricas (46,9%), um indicativo de que as árvores isoladas atraem dispersores que depositam sementes no local. Como efeito direto do sombreamento pela copa, observamos temperaturas mais baixas e valores mais altos de umidade relativa nas parcelas abaixo da copa, nas duas estações do ano. O sombreamento também afetou a cobertura de gramíneas, que foi reduzida abaixo da copa das árvores. Essa redução é importante para o estabelecimento e crescimento das plântulas, pois as gramíneas exóticas limitam a regeneração por serem fortes competidoras. Dentre os fatores ambientais e biofísicos avaliados, usando Análise de Correspondência Canônica (ACC), a altura, área de copa e UR apresentaram relação com a distribuição das espécies lenhosas. A relação espécie/ambiente foi significativa na estação seca (p<0,05) pelo teste de Monte Carlo, mesmo explicando somente 23,7% da variação dos dados. Em ambientes estressantes, como pastagens abandonadas, o sucesso da regeneração pode, muitas vezes, depender da existência de árvores isoladas que atuam como facilitadoras amenizando, desta forma, as condições ambientais abaixo da copa das árvores. / Mestre em Ecologia e Conservação de Recursos Naturais

Basic studies of seed germination and seedling emergence assume an important role within scientific researches due to the devastation and fragmentation of the native vegetation of the Cerrado. Thus, in the present study the processes of seed germination and seedling emergency were evaluated using the linear correlations among the measurements calculated for five Cerrado species. The individual contribution for the variability of the studied species and the contribution of each species in relation to the studied group were also quantified. For this purpose, hierarchical lineal models were used to determine the genetic parameters among individuals within the species. The diaspores were collected in the 2004/2005 crops, in a fragmented area of the Araguari river valley, MG. The experiments were carried out using newly-collected diaspores, being conducted in a germination chamber for germination and in a greenhouse covered with light reducing net for seedling emergency. The data collection was carried out every 24 hours, taking into account the protrusion of the embryo for the experiments set up in the laboratory and the emergence of any part of seedling above the substratum for experiments kept in greenhouse. The variability registered among the individuals of the studied species generated statistical differences in all aspects of the germination and emergency processes, indicating that the decision to mix the diaspores or not for the formation of the lots should be made after results of previous tests. High mean values were registered for germinability (G) and emergency percentage (E) for the majority of individuals studied, indicating the good physiological quality of the diaspores produced in the 2004-2005 crop. The seed germination and seedling emergence of Anadenanthera colubrina and Chorisia speciosa and the seedling emergence of Myracrodruon urundeuva were faster and synchronized, while those of Cedrela fissilis and Lithraea molleoides were slower, asynchronous and spread over time, indicating the presence of relative dormancy. These germination and emergence patterns were confirmed by means of positive linear correlations between E and Z (synchrony) and negative between E and U (uncertainty) for the synchronous events; negative correlations between E and Z and positive and E and U for the asynchronous. For C. speciosa the synchrony of germination was also expressed by the positive association between G and v (mean germination rate). The partition of the variability allowed one to verify that the germination process and seedling emergence present a pattern behavior intrinsic to each species, with more than 60% of the total variability attributed to the species. Above 0.80 of the heritability was registered for most of the characteristics evaluated, indicating that the largest proportion of the total variability is of genetic nature. High genetic variability, expressed by the CVg and detected for time, rate, and synchrony measurements was registered between the L. molleoides and C. fissilis individuals. The magnitude of the CVg values showed that genetic variation exists in the studied species in relation to the germination and emergency processes and then they should be included in conservation projects. / Os estudos básicos de germinação de sementes e emergência de plântulas assumem papel relevante dentro das pesquisas científicas diante da realidade de devastação e fragmentação da vegetação nativa do Cerrado. Em função disso, o presente trabalho teve por objetivos avaliar o processo de germinação de diásporos e a emergência de plântulas de cinco espécies do Cerrado do Planalto Central e, a partir de medidas desses processos, quantificar as correlações lineares entre as mesmas; quantificar a contribuição da variabilidade das matrizes para as espécies estudadas e de cada espécie em relação ao grupo estudado, utilizando-se modelos lineares hierárquicos e, estimar parâmetros genéticos entre matrizes dentro de espécies. Os diásporos foram coletados nas safras 2004/2005 numa região fragmentada do vale do rio Araguari, MG. Os testes foram realizados com diásporos recém-coletados de matrizes em separado, sendo os testes de germinação instalados em câmara de germinação e os de emergência em estufa coberta com telado redutor de luminosidade. A coleta dos dados foi realizada a cada 24 horas, observando-se a protrusão do embrião para os experimentos montados em laboratório e a emergência de qualquer parte da plântula acima do substrato para experimentos mantidos em estufa. Registrou-se variabilidade entre as matrizes das espécies estudadas em todos os aspectos do processo de germinação e emergência e, por isso, a decisão da mistura ou não dos diásporos para a formação dos lotes deve ser tomada após a realização de testes prévios. Foram registrados altos valores médios para germinabilidade (G) e porcentagem de emergência (E) para as matrizes estudadas, indicando a boa qualidade fisiológica dos diásporos produzidos na safra 2004-2005. Os processos de germinação de sementes e emergência de plântulas de Anadenanthera colubrina e Chorisia speciosa e de emergência de plântulas de Myracrodruon urundeuva foram mais rápidos e sincronizados, enquanto para Cedrela fissilis e Lithraea molleoides foram mais lentos, assíncronos e espalhados no tempo, indicando a presença de dormência relativa. Esse padrão de comportamento foi confirmado por meio das correlações positivas entre E e Z (sincronia) e negativas entre E e I (incerteza) para os eventos síncronos; correlações negativas entre E e Z e positivas entre E e I para os assíncronos. Para C. speciosa a sincronia da germinação também foi retratada pela associação positiva entre G e v (velocidade média). A partição da variabilidade permitiu verificar que o processo de germinação e emergência de plântulas apresenta padrão de comportamento característico e intrínseco das espécies, com mais de 60% da variabilidade total atribuída às espécies. A herdabilidade da maioria das características avaliadas apresentou valores acima de 0,80, indicando que a maior proporção da variabilidade total é de natureza genética. Alta variabilidade genética, expressa pelo CVg, e detectada para as medidas de tempo, velocidade e sincronia foi registrada entre as matrizes de L. molleoides e C. fissilis. A magnitude dos valores de CVg mostrou que existe variação genética nas espécies estudadas com relação aos processos de germinação e emergência e, por se tratar de material com variabilidade natural, devem ser incluídas em projetos de conservação. / Mestre em Agronomia

O projeto BIOTA “Diversidade, dinâmica e conservação de florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas permanentes” vem sendo conduzido para o conhecimento dos processos geradores, mantenedores e reguladores da biodiversidade nas principais formações vegetacionais do Estado. Uma parcela permanente de 10 ha foi instalada na unidade de conservação correspondente à Floresta Ombrófila Densa (Mata Atlântica) para a caracterização completa do ecossistema. A investigação de elementos químicos nesse ecossistema altamente ameaçado foi desenvolvida nesta Tese de Doutoramento. Diversos processos são responsáveis pela manutenção de ecossistemas naturais. À ciclagem mineral corresponde o caminhamento dos elementos químicos, que fluem entre os compartimentos bióticos (folha e serrapilheira) e abióticos (atmosfera e solo). A complexidade desse mecanismo regulatório está relacionada com a deficiência, a toxicidade, a fitodisponibilidade e as interações dos elementos químicos, além das condições ambientais de crescimento como luminosidade, temperatura e umidade. Devido à sua adaptabilidade, as plantas absorvem elementos químicos, acumulando-os nos seus tecidos. A acumulação é ativa, ou seja, independentemente do meio, as plantas mantêm as concentrações de determinados elementos. Essa característica corrobora o uso desses organismos para a quantificação da qualidade do ambiente a partir dos estudos de biomonitoração de poluição atmosférica. A análise por ativação neutrônica instrumental – INAA foi a técnica analítica empregada para a biomonitoração devido ao seu nível metrológico elevado e sua capacidade de determinação simultânea de diversos elementos. Para a comparabilidade dos resultados gerados, a qualidade do procedimento analítico, a representatividade das amostras e o efeito da contaminação com particulados de terra aderida à superfície das folhas foram também estudados. Os compartimentos solo, serrapilheira e folha tiveram sua composição química avaliada por INAA. De modo geral, foram detectadas concentrações totais de elementos químicos mais elevadas nos solos de vales (baixa altitude) do que nas regiões de alta altitude (solos mais desenvolvidos). Essa variabilidade não foi determinante das concentrações encontradas nas folhas, indicando a composição química elementar intrínseca das plantas. As concentrações nas folhas também não se alteraram significativamente (nível de 95% de confiança) de acordo com os resultados provenientes de quatro épocas de coleta diferenciadas. Foram identificadas espécies acumuladoras dos nutrientes Ca, Co, K, Na, Se e Zn, dos elementos traços Br, Ba, Cs, Hg, Rb, Sc, Sr e dos lantanídeos Ce, La e Sm. A utilização das espécies arbóreas para a biomonitoração da parcela permanente proporcionou o conhecimento das concentrações naturais dos elementos químicos. O trecho de Mata Atlântica avaliado foi considerado de baixo nível de poluição, pois a maior parte das espécies estudadas apresentou concentrações dos elementos químicos dentro da faixa esperada, com exceção das espécies naturalmente acumuladoras. Elementos traços como As, Cd, Cr e Ni ficaram abaixo dos limites de detecção. O trabalho concentrou esforços para o estabelecimento de padrões de referência para estudos de impacto ambiental considerando a composição química da parcela permanente da Mata Atlântica. O reservatório de elementos químicos no ecossistema foi estimado, evidenciando-se a importância desse conhecimento para a conservação da biodiversidade. / The BIOTA Project “Diversity, dynamic and conservation of forests from the São Paulo State: 40 ha of permanent parcels” has been conducted to provide the knowledge on the generation, sustainability and regulation processes of the biodiversity of the State. A long-term plot (permanent parcel) was installed in the conservation unit corresponding to the Dense Ombrophilous Forest (Atlantic Forest) for the environmental characterization of the ecosystem. The investigation of chemical elements in this highly threatened forest was performed in this Doctorate Thesis. Several processes are responsible for the sustainability of the natural ecosystems. Mineral cycling defines the pathway of chemical elements from non-biotic compartments (soil and atmosphere) to biotic compartments (leaf and litter). The complexity of this regulatory mechanism is related to the deficiency, toxicity, phytoavailability and the interactions of the chemical elements, in addition to environmental growth conditions like luminosity, temperature and humidity. Due to its adaptability, plants are able to uptake and accumulate chemical elements in their tissues. This accumulation is an active process in which the plants tend to maintain the concentrations of some chemical elements independently of the environmental conditions. Such characteristic corroborates the use of these organisms for quantifying the environmental quality by biomonitoring studies of atmospheric pollution. Instrumental neutron activation analysis – INAA was the analytical technique employed for biomonitoring due to its high metrological level and its capability for simultaneous determination of several chemical elements. For the comparability of the results, the quality of analytical procedure, the representativeness of samples and the effect of contamination with earth particles adhered to the leaf surface were also studied. The chemical composition of the soil, litter and leaf compartments was evaluated by INAA. The concentrations of some elements were higher for the soils of the valleys and considerably lower for the soils at higher altitudes. Such variability was not observed for the concentrations found in leaves, indicating the intrinsic chemical composition in plants. The concentrations in leaf did not change significantly (at the 95% confidence level) as demonstrated by the results from four different periods of sampling. Some tree species were able to accumulate the nutrients Ca, Co, K, Na, Se and Zn, the trace elements Br, Ba, Cs, Rb, Sc and Sr and the lanthanides Ce, Eu, La, Sm, Tb and Yb. The use of plants species for biomonitoring the long-term plot provided knowledge on the background concentrations of chemical elements. The Atlantic Forest can be considered to have a low status of pollution since most plants have shown concentrations within the expected range with exception of the accumulator species. Concentrations of some trace elements like As, Cd, Cr and Ni were below the detection limits. This work concentrated efforts to establish reference standards for studies on environmental impact considering the chemical composition in the long-term plot of the Atlantic Forest. The reservoir of chemical elements in the ecosystem was estimated, evidencing the importance of such knowledge for the biodiversity conservation.

Explicar os padrões de diversidade de espécies e entender os processos que geram e mantêm essa diversidade na natureza é um dos grandes objetivos da Ecologia. A teoria clássica de competição prevê que duas espécies só podem coexistir quando há divergência no uso de recursos. Portanto, há um limite de similaridade imposto pela competição entre as espécies, que leva à co-ocorrência de espécies com estratégias ecológicas mais diferentes entre si. Por outro lado, o ambiente físico pode impor restrições às possíveis estratégias ecológicas das espécies. Ambientes com limitações de recursos ou condições desfavoráveis permitem apenas a sobrevivência de espécies com estratégias mais similares, um processo conhecido como filtro ambiental. Dois processos podem então gerar padrões antagônicos na estrutura das comunidades, selecionando estratégias ecológicas mais parecidas ou mais diferentes entre si. Há ainda a possibilidade de que os dois processos ou mesmo nenhum dos dois seja importante na estruturação das comunidades, levando a um padrão aleatório ou neutro. Utilizando-se das contribuições proporcionais (elasticidades) das três taxas vitais demográficas - sobrevivência, crescimento e fecundidade - para a taxa de crescimento populacional para inferir as estratégias ecológicas das espécies de árvores de uma comunidade, nos propusemos a responder a pergunta: \"Qual processo é responsável pela estruturação de comunidades de árvores tropicais?\". O trabalho foi realizado em uma parcela permanente de 10,24 hectares na Restinga da Ilha do Cardoso, São Paulo. Todos os indivíduos com mais de 15cm de perímetro à altura do peito foram marcados, identificados e tiveram seus diâmetros à altura do peito registrados para dois censos. As elasticidades das três taxas vitais para 89 espécies de árvores foram obtidas por meio de um modelo de projeção integral (IPMs). Os IPMs são ferramentas modernas mais robustas que os clássicos modelos matriciais, comumente utilizados em estudos demográficos. Definimos um espaço ecológico no triângulo onde as estratégias ecológicas das espécies são classificadas de acordo com as elasticidades das três taxas demográficas. Construímos também uma filogenia molecular específica para a comunidade baseada nos marcadores cloroplásticos rbcL e matK, com a qual obtivemos as distâncias entre todos os pares de espécies. Calculamos o sinal filogenético das estratégias ecológicas por meio da correlação entre a distância entre as espécies no espaço ecológico e suas distâncias filogenéticas. Aceitamos a premissa de conservação das estratégias ecológicas na filogenia. As espécies puderam ser classificadas em quatro grupos demográficos distintos no espaço ecológico, distribuídos principalmente no eixo crescimento-sobrevivência, o que é esperado para árvores. Não há sinal filogenético para as estratégias ecológicas, o que indica que ambos os processos ou nenhum dos dois processos é importante na estruturação dessa comunidade. Nosso trabalho traz uma nova abordagem metodológica e resultados que contradizem a literatura recente, em que a importância dos filtros ecológicos na estruturação de comunidades tropicais é repetidamente encontrada. A confirmação deste padrão para outras comunidades poderá colaborar para o melhor entendimento dos processos estruturadores das comunidades tropicais. / One of Ecology\'s biggest goals is to explain the patterns of species\' diversity and to understand the processes that generate and maintain this diversity in natural communities. Classical competition theory predicts that two species will be able to coexist only when there is divergence in the use of resources, i.e., competition imposes a limiting similarity among species that allows co-occurrence of species with divergent ecological strategies. On the other hand, the physical environment may impose restrictions to the range of possible ecological strategies of species. Environments with limited resources or adverse conditions will allow the survival of species with more specific strategies, a process known as environmental filtering. These two processes will generate opposite effects on the structure of communities, as more similar or more different ecological strategies will be selected. There is still the possibility that both processes are occurring simultaneously, or neither are important for the community. In both cases, a neutral or random pattern is expected. Using the proportional contribution (elasticities) of the three demographic vital rates - survival, growth and fecundity - to the finite rate of increase of population as a mean of inferring the ecological strategy of trees in a community, we intended to answer the question: \"What process is responsible for the structuring of tropical tree communities?\". Data was collected in a Restinga forest 10.24 ha permanent plot. All individuals with more than 15cm of perimeter at breast height were marked, identified and had their diameters at breast height registered for two censes. Elasticities of the three vital rates for 89 tree species were obtained with an Integral Projection Model (IPM). IPMs are modern tools more robust than classical matrix models, commonly used in demographic studies. We defined an ecological space in the triangle where ecological strategies are plotted according to elasticities of the three vital rates. We also generated a molecular phylogeny based on rbcL and matK chloroplast markers, and used it to obtain the phylogenetic distance between all pairs of species. We calculated the phylogenetic signal of ecological strategies using the correlation between ecological distances in the ecological space and phylogenetic distances. We assumed ecological strategies to be conserved in the phylogeny. Species could be classified into four demographic groups in ecological space, distributed mainly in a growth-survival axis. This is expected for trees. No phylogenetic signal was found for the ecological strategies. This can mean that either both processes are structuring this community, or neither is important. Our study uses a new methodological approach and presents new results that contradict recent literature, on which environmental filtering is repeatedly accounted as the main process structuring tropical communities. Confirmation of this pattern for other communities may bring further understanding of structuring of tropical communities.

Diversos problemas envolvem a classificação de dados em categorias, também denominadas classes. A partir de um conjunto de dados cujas classes são conhecidas, algoritmos de Aprendizado de Máquina (AM) podem ser utilizados na indução de um classificador capaz de predizer a classe de novos dados do mesmo domínio, realizando assim a discriminação desejada. Dentre as diversas técnicas de AM utilizadas em problemas de classificação, as Máquinas de Vetores de Suporte (Support Vector Machines - SVMs) se destacam por sua boa capacidade de generalização. Elas são originalmente concebidas para a solução de problemas com apenas duas classes, também denominados binários. Entretanto, diversos problemas requerem a discriminação dos dados em mais que duas categorias ou classes. Nesta Tese são investigadas e propostas estratégias para a generalização das SVMs para problemas com mais que duas classes, intitulados multiclasses. O foco deste trabalho é em estratégias que decompõem o problema multiclasses original em múltiplos subproblemas binários, cujas saídas são então combinadas na obtenção da classificação final. As estratégias propostas visam investigar a adaptação das decomposições a cada aplicação considerada, a partir de informações do desempenho obtido em sua solução ou extraídas de seus dados. Os algoritmos implementados foram avaliados em conjuntos de dados gerais e em aplicações reais da área de Bioinformática. Os resultados obtidos abrem várias possibilidades de pesquisas futuras. Entre os benefícios verificados tem-se a obtenção de decomposições mais simples, que requerem menos classificadores binários na solução multiclasses. / Several problems involve the classification of data into categories, also called classes. Given a dataset containing data whose classes are known, Machine Learning (ML) algorithms can be employed for the induction of a classifier able to predict the class of new data from the same domain, thus performing the desired discrimination. Among the several ML techniques applied to classification problems, the Support Vector Machines (SVMs) are known by their high generalization ability. They are originally conceived for the solution of problems with only two classes, also named binary problems. However, several problems require the discrimination of examples into more than two categories or classes. This thesis investigates and proposes strategies for the generalization of SVMs to problems with more than two classes, known as multiclass problems. The focus of this work is on strategies that decompose the original multiclass problem into multiple binary subtasks, whose outputs are then combined to obtain the final classification. The proposed strategies aim to investigate the adaptation of the decompositions for each multiclass application considered, using information of the performance obtained for its solution or extracted from its examples. The implemented algorithms were evaluated on general datasets and on real applications from the Bioinformatics domain. The results obtained open possibilities of many future work. Among the benefits observed is the obtainment of simpler decompositions, which require less binary classifiers in the multiclass solution.

Orientador: Stanley Robson de Medeiros Oliveira / Acompanhado de 1 DVD / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-16T20:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nonato_RobsonTavares_M.pdf: 2571579 bytes, checksum: 95440ba27ff9c0fe2dfa47f9b7f3d9e5 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O surgimento e a evolução das geotecnologias, que podem ser entendidas como tecnologias originadas de estudos e pesquisas na área de sensoriamento remoto, mais especificamente da utilização de sensores situados na órbita do planeta Terra, têm permitido o desenvolvimento de metodologias inovadoras para o mapeamento da cobertura do solo e o monitoramento agrícola. O emprego dessas novas tecnologias tem permitido, também, uma melhoria das metodologias utilizadas na estimativa da produtividade agrícola e na previsão de safras. Mesmo assim, no Brasil, muitas das metodologias empregadas no mapeamento agrícola ainda utilizam as imagens de satélite como material auxiliar, principalmente, em levantamentos amostrais. Isto se deve, em parte, aos avanços necessários no processo de extração de informações das imagens. Dentre estes avanços, deve-se destacar a necessidade de melhoria dos métodos utilizados para identificação e classificação digital de regiões contendo a cultura agrícola de interesse dentro da imagem. Amplamente utilizadas na resolução de problemas de classificação automatizada de dados, nas mais diversas áreas do conhecimento, as técnicas de mineração de dados se apresentam como uma alternativa promissora na resolução de problemas de identificação e classificação de regiões cultivadas com cana-de-açúcar. Dentro desse contexto, o objetivo desse trabalho foi avaliar as técnicas de mineração de dados voltadas para classificação de dados, dentre elas os métodos de seleção de atributos e a técnica de árvore de decisão binária na identificação de áreas cultivadas com cana-de-açúcar, no estado de São Paulo, em imagens com correção atmosférica do sensor TM a bordo do satélite Landsat 5. Também foi investigado o resultado da inserção de atributos de textura e de índices de vegetação com o objetivo de melhorar os resultados da identificação e classificação de áreas cultivadas com cana-de-açúcar. Neste trabalho foram abordados três cenários contendo áreas cultivadas com canade- açúcar. No primeiro cenário, a técnica de árvore de decisão foi avaliada na classificação de pixels puros de regiões cultivadas com cana-de-açúcar em meio a alvos diversos, como áreas urbanas, solo exposto, corpos compostos por água e outros tipos de vegetação. No segundo cenário, a ênfase foi a classificação de pixels puros de regiões cultivadas com cana-de-açúcar em diferentes fases fenológicas. No último cenário, a técnica de classificação foi avaliada na distinção de pixels puros de regiões cultivadas com cana-de-açúcar, em diferentes fases fenológicas, e em meio a outros tipos de cobertura do solo como áreas urbanas, solo exposto, corpos compostos por água e outros tipos de vegetação, como pastos e florestas. Nos três cenários abordados, os modelos de árvores de decisão binária, induzidos pelo algoritmo J48, produziram taxas de acerto superiores a 90%. A introdução de atributos de textura trouxe ganhos expressivos nos três cenários e contribuiu para melhorar a distinção de áreas cultivadas com cana-de-açúcar em meio a tipos diversos de cobertura do solo, como solo exposto, área urbana e corpos d'água. Os resultados de todos os cenários estudados reforçam o potencial forte das árvores de decisão no processo de classificação e identificação de áreas cultivadas com canade- açúcar, em diferentes cidades produtoras no estado de São Paulo. Também, deve-se destacar, que as técnicas de mineração de dados destinadas à seleção de subconjuntos de atributos relevantes para a classificação trouxeram redução significativa dos conjuntos de dados e permitiram a identificação de modelos melhores de classificação / Abstract: The appearance and evolution of geotechnologies, notably those originated from research results in the area of remote sensing, allowed for the development of innovative methodologies for the land cover mapping and agricultural monitoring. The use of such technologies also allowed for a significant improvement in the methods used for agricultural productivity and crop forecasting. However, in Brazil, most of the methodologies applied to agricultural mapping are still using remote sensing images as an auxiliary tool, especially in connection with sample surveys designed to solve agricultural problems. This fact may be explained, in part, by the advances in the information extraction process of remote sensing images. Among such advances, it could be highlighted the need for improvement in methods used for identification and digital classification of regions containing agricultural crops inside the remote sensing images. Frequently used to solve data classification problems at the most different knowledge areas, the data mining techniques arise as alternative way to solve problems related to classification of pixels related to sugar cane tilled areas. So this work aimed evaluate the data mining techniques driven for data classification like decision tree learning methods and feature selection methods for the identification and classification of tilled regions with sugar cane inside TM Landsat 5 images. In this work three scenarios having tilled areas with sugar cane inside were evaluated. In the first scenario, decision tree learning technique was evaluated in the classification process of pixels having only sugar cane tilled areas among several others soil coverage like water, rivers, lakes, forest and others kind of vegetations. The second scenario was compound by pure pixels having only sugar cane in three different age phases. In the last scenario, the decision three learning technique was evaluated in the distinction of pure pixels having sugar cane in three different age phases among different kinds of soil coverage like urban areas, water, rivers, lakes, forests and vegetation. In all of the three scenarios, the binary decision three learning techniques, inducted by J48 algorithm, produced accuracy rates up to 90%. The insertion of the texture attributes produced relevant gains in two of three scenarios and also has demonstrated to bring contribution to improvement of the classification process of tilled sugar cane among different kinds of soil coverage. The observed results in all studied scenarios confirm the relevance of the decision three learning technique in the classification and identification process of regions tilled with sugar cane in different producer cities from the state of São Paulo. Also, should be highlighted that data mining techniques driven to feature selection have bring significant reduction of the databases and allowed the identification of better classification models / Mestrado / Planejamento e Desenvolvimento Rural Sustentável / Mestre em Engenharia Agrícola

Orientadores: Luiz Henrique Antunes Rodrigues, Eduardo Delgado Assad / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-12T21:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bucene_LucianaCorpas_D.pdf: 2595416 bytes, checksum: 86c930f5cf0a3ca7ba03de8acb811ea8 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: As perdas que ocorrem na agricultura são grandes, devido, principalmente, à ocorrência de sinistros climáticos que ocorrem nas plantações. Muitas vezes, os impactos social e econômico causados pelos danos são significativos, uma vez que envolvem fatores como a produção e o preço de alimentos. Como exemplos, têm-se a produção de café e a de cana-de-açúcar no Estado de São Paulo, que sofrem alternâncias motivadas por eventos climáticos adversos e, em especial, as geadas e as secas, que reduzem drasticamente as produções. Neste sentido, este estudo propõe identificar relações entre parâmetros climáticos, como temperatura máxima, temperatura mínima, precipitação, entre outros atributos, visando descobrir eventuais novos conhecimentos, a partir do comportamento conhecido dos atributos climáticos já ocorridos no passado, com o propósito de desenvolver a previsão local de geada e a previsão de deficiência hídrica. Para isso, foram aplicadas técnicas de descoberta de conhecimento em grandes bancos de dados climáticos. Utilizaram-se as ferramentas WEKA e o DISCOVER, que foram consideradas satisfatórias, uma vez que os objetivos propostos foram atingidos. As bases de dados disponíveis atenderam a necessidade para a realização do projeto, apresentando um volume de dados e atributos suficientes para que pudesse gerar resultados para a previsão local de geada e de deficiência hídrica. Referente aos resultados, com até 1 dia de antecedência à geada, o modelo gerado foi considerado confiável. A partir de 2 dias de antecedência à geada, os resultados encontrados apresentam uma diminuição no grau de acerto quanto mais distante estiver de acontecer o evento geada. Para o caso deficiência hídrica, os resultados encontrados foram diferenciados conforme a classe. Para a classe não, com 1dia até 15 dias de antecedência ao evento, o grau de acerto foi alto e aceitável. A classe forte, em seguida à classe não, é a que apresenta melhores resultados de acerto, decaindo para as outras classes. Até 3 dias de antecedência ao evento deficiência hídrica e, dependendo do mês, o grau de acerto é aceitável. De 4 dias em diante, os resultados mostram que o modelo gerado não é aceitável / Abstract: The losses that occur in agriculture are high, mainly due to the occurrence of crop damages due to climatic events. Many times, the social and economic impacts caused by the damages are significant, since they involve factors such as the production and the price of foods. For example, coffee and sugarcane production in São Paulo State suffer alternations motivated by adverse climatic events and, in special, frost and drought, that greatly reduce the production. The purpose of this study is to identify relationships between climatic parameters, such as maximum temperature, minimum temperature, precipitation, etc., in order to discover eventual new knowledge, from known behavior of the climatic attributes already occurred in the past, with the objective of developing local frost and deficit water forecast models. To achieve this, data mining techniques were applied to climatic data bases. WEKA and the DISCOVER tools had been used and considered satisfactory, since they reached the objectives. The available databases were suitable for the accomplishment of the project, presenting enough volume of data and attributes so that it could generate results for the frost and water deficit forecast. Concerning to the results, with up to 1 day of antecedence to the frost, the generated model was considered trustworthy. From 2 days of antecedence to the frost the results present a reduction in the accuracy. For water deficit, results were differentiated, depending on the class. For the not class, from 1 to 15 days of antecedence to the event, the accuracy was high and acceptable. The strong class, following the not class, is the one that presents better results, falling down for the other classes. Up to 3 days of antecedence to the event water deficit and, depending on the month, the accuracy is acceptable. For 4 days or more in advance, the results showed that the generated model is not acceptable / Doutorado / Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Roberto de Alencar Lotufo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T21:44:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AlexandreGoncalves_D.pdf: 8468020 bytes, checksum: 8e00e5b8cd107e6379773db874c73089 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma imagem em níveis de cinza pode ser interpretada como uma superfície topográfica e representada por uma árvore de componentes, baseada na relação de inclusão de regiões conexas, obtida a partir da decomposição por limiares. Medidas sobre platôs, vales ou montanhas deste relevo são úteis na caracterização de objetos de interesse em sistemas de visão computacional. Este trabalho apresenta métodos de filtragem, segmentação e reconhecimento de padrões derivados da exploração de aspectos semânticos oferecidos por essa estrutura hierárquica, construída de maneira concisa e em tempo quase-linear, mesmo com a introdução de uma série de novos atributos geométricos, topológicos e estatísticos. Havendo menos elementos a processar em relação à quantidade de pixels e, sendo possível a alteração da organização dos mesmos por meio de podas e enxertos, essa representação possibilita a implementação de algoritmos rápidos para operadores conexos antiextensivos. Um importante resultado da árvore estendida de atributos é a formulação genérica e determinação eficiente de novos valores de extinção, utilizados como modelo simplificado de seleção de extremos ou marcadores relevantes para reconstrução morfológica ou segmentação por regiões de influência. Propõe-se também um algoritmo unificado para pesquisa de formas conforme a análise adotada para verificação aproximada da disposição espacial de pixels de cada componente na árvore. / Abstract: A gray-level image can be interpreted as a topographical surface and represented by a component tree, based on the inclusion relation of connected regions, obtained by threshold decomposition. Measures on plateaus, valleys or mountains of this relief are useful in the characterization of objects of interest in computer vision systems. This work presents filtering, segmentation and pattern recognition methods from the exploration of semantic aspects provide by this hierarchical structure, whose can be constructed in a concise way and in quasi-linear time, even with the addition of a set of new geometric, topological and statistical attributes. How there is less elements to process in relation to the amount of pixels, and being able to change the organization of these through pruning and grafting, this representation allows the implementation of fast algorithms for connected anti-extensive operators. An important result of the extended attribute tree is the generic formulation and efficient determination of new extinction values, used as simplified model of selecting relevant extremes or markers for morphological reconstruction or segmentation by influence regions. A unified algorithm to search shapes is also proposed according the analysis adopted for approximate verification of the spatial layout of pixels of each component in the tree. / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:01:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoAbneFigueiredoNeto.pdf: 3315403 bytes, checksum: fa71315e1c2d245dfe9bb258f5291ad0 (MD5) Previous issue date: 2011-09-02 / Disposal of sludge from Water Treatment Plants (WTP) in the environment is very harmful and can cause deterioration of water supplies. Existing methods for treatment of waste produced in ETA are few applied because the costs involved with operation and maintenance. Several alternatives are suggested for the disposal of these wastes, including the application of sludge in agricultural soils can generate several benefits. In this work we evaluated the development of crops with different dosages of WTS (0%, 18.75%, 37.50%, 56.25%, 75%). The sludge used in the study was collected in the ETA Eng. Rodolfo José da Costa, located in Goiânia/GO, which is used in aluminum sulphate (Al2 (SO4) 3) as a primary coagulant. For the study we used five treatments (T1: 25% substrate, 75% land, 0% sludge, T2: 25% substrate, land 56.25%, 18.75% sludge, T3: 25% substrate, 37.50 % land, 37.50% sludge, T4: 25% substrate, land 18.75%, 56.25% sludge, T5: 25% substrate, 0% land, 75% sludget) for four species of native plants occurring in cerrado (Padu-de-óleo; Gonçalo-alves; Canafístula and Ipe-brando). We adopted the completely randomized design (CRD) with four repetitions, totaling 400 plants. The data collections were performed at 30, 60, 90, 120 and 150 days after planting. Parameters such as the collar diameter, height, weight and chlorophyll were evaluated. Some relationships were used to determine the level of quality seedlings, as the ratio of shoot height and diameter of the collar, the relationship between height and dry weight of shoots and the ratio of dry weight of shoots and dry weight of roots. The largest number of dead individuals was found for Ipê-branco (Tabebuia roseo-alba), regardless of the treatment he underwent. The morphological parameters showed little variation among treatments. Compared to quality, some species showed the best 4 and subjected to treatment with 56.25% of sludge. In the treatments with higher amounts of sludge, the levels of nitrogen (N), potassium (K), calcium (Ca) and magnesium (Mg) in leaves were reduced. It was found that the allocation of the WTS nursery can be an alternative available and also an economic advantage to commercial nurseries. It is expected not only to encourage the commercial use of residue in crops that require specific concentrations of metals such as aluminum, abundant in the mud, the greater concern is the environmental and ecological nature, as tons of waste are discarded altogether, causing pollution and occupation of space unnecessarily. / O descarte do lodo das Estações de Tratamento Água (ETA) no meio ambiente é bastante nocivo, podendo provocar a deterioração dos mananciais. Os métodos existentes para tratamento dos resíduos produzidos em ETA são poucos aplicados em virtude dos custos envolvidos com operação e manutenção. Várias alternativas são sugeridas para a disposição destes resíduos, entre elas a aplicação do lodo em solos agrícolas pode gerar diversos benefícios. Neste trabalho foi avaliado o desenvolvimento de plantas cultivadas com diferentes doses de lodo de ETA (0%; 18,75%; 37,50%; 56,25%; 75%). O lodo utilizado no estudo foi coletado na ETA Eng. Rodolfo José da Costa, localizada em Goiânia/GO, na qual é utilizado o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3) como coagulante primário. Para o estudo utilizaram-se 5 tratamentos (T1: 25% substrato, 75% terra, 0% lodo; T2: 25% substrato, 56,25% terra, 18,75% lodo; T3: 25% substrato, 37,50% terra, 37,50% lodo; T4: 25% substrato, 18,75% terra, 56,25% lodo; T5: 25% substrato, 0% terra, 75% lodo) para 4 espécies de plantas nativas com ocorrência no cerrado (Pau-de-óleo; Gonçalo-alves; Canafístula e Ipê-branco). Adotou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado (DIC), com 4 repetições, num total de 400 plantas. As coletas de dados foram realizadas aos 30, 60, 90, 120 e 150 dias após o plantio. Parâmetros como o diâmetro do coleto, altura, peso e clorofila foram avaliados. Algumas relações foram utilizadas para a determinação do índice de qualidade das mudas, como a relação altura da parte aérea e o diâmetro do coleto, a relação da altura e o peso de matéria seca da parte aérea e a relação entre o peso de matéria seca da parte aérea e o peso de matéria seca das raízes. O maior número de indivíduos mortos foi encontrado para o Ipê-branco (Tabebuia roseo-alba), independente do tratamento a que foi submetido. Os parâmetros morfológicos apresentaram poucas variações significativas entre os tratamentos. Em relação aos índices de qualidade, algumas espécies apresentaram os melhores valores quanto submetidas ao tratamento 4, com 56,25% de lodo. Nos tratamentos com maior quantidade de lodo, os teores de nitrogênio (N), potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg) nas folhas foram reduzidas. Verificou-se que a destinação de lodo de ETA para viveiros pode ser uma alternativa de disposição e ainda uma vantagem econômica para os viveiros comerciais. Espera-se não somente incentivar o uso comercial do resíduo em plantios que requeiram concentrações específicas de metais, tais como o alumínio, abundante no lodo; o maior interesse é de cunho ambiental e ecológico, visto que toneladas desse resíduo são completamente descartadas, gerando poluição e ocupação de espaços desnecessariamente.