Nas últimas décadas, com o crescimento acelerado na geração e armazenamento de dados, houve um aumento na necessidade de criação e gerenciamento de grandes bases de dados. Logo, a utilização de técnicas de mineração de dados adequadas para descoberta de padrões e informações úteis em bases de dados é uma tarefa de interesse. Em especial, bases de séries temporais têm sido alvo de pesquisas em áreas como medicina, economia e agrometeorologia. Em mineração de dados, uma das tarefas mais exploradas é a classificação. Entretanto, é comum em bases de séries temporais, a quantidade e complexidade de dados extrapolarem a capacidade humana de análise manual dos dados, o que torna o processo de supervisão dos dados custoso. Como consequência disso, são produzidos poucos dados rotulados, em comparação a um grande volume de dados não rotulados disponíveis. Nesse cenário, uma abordagem adequada para análise desses dados é a classificação semissupervisionada, que considera dados rotulados e não rotulados para o treinamento do classificador. Nesse contexto, este trabalho de mestrado propõe 1) uma metodologia de análise de dados obtidos a partir de séries temporais de imagens de satélite (SITS) usando tarefas de mineração de dados e 2) uma técnica baseada em grafos para classificação semissupervisionada de séries temporais extraídas de imagens de satélite. A metodologia e a técnica de classificação desenvolvidas são aplicadas na análise de séries temporais de índices de vegetação obtidas a partir de SITS, visando a identificação de áreas de plantio de cana-de-açúcar. Os resultados obtidos em análise experimental, realizada com apoio de especialistas no domínio de aplicação, indicam que a metodologia proposta é adequada para auxiliar pesquisas em agricultura. Além disso, os resultados do estudo comparativo mostram que a técnica de classificação semissupervisionada desenvolvida supera métodos de classificação supervisionada consolidados na literatura e métodos correlatos de classificação semissupervisionada. / The amount of digital data generated and stored as well as the need of creation and management of large databases has increased significantly, in the last decades. The possibility of finding valid and potentially useful patterns and information in large databases has attracted the attention of many scientific areas. Time series databases have been explored using data mining methods in serveral domains of application, such as economics, medicine and agrometeorology. Due to the large volume and complexity of some time series databases, the process of labeling data for supervised tasks, such as classification, can be very expensive. To overcome the problem of scarcity of labeled data, semi-supervised classification, which benefits from both labeled and unlabeled data available, can be applied to classify data from large time series databases. In this Master dissertation, we propose 1) a framework for the analysis of data extracted from satellite image time series (SITS) using data mining tasks and 2) a graph-based semi-supervised classification method, developed to classify temporal data obtained from satellite images. According to experts in agrometeorology, the use of the proposed method and framework provides an automatic way of analyzing data extracted from SITS, which is very useful for supporting research in this domain of application. We apply the framework and the proposed semi-supervised classification method in the analysis of vegetation index time series, aiming at identifying sugarcane crop fields, in Brazil. Experimental results indicate that our proposed framework is useful for supporting researches in agriculture, according to experts in the domain of application. We also show that our method is more accurate than traditional supervised methods and related semi-supervised methods.

Nas últimas décadas, com o crescimento acelerado na geração e armazenamento de dados, houve um aumento na necessidade de criação e gerenciamento de grandes bases de dados. Logo, a utilização de técnicas de mineração de dados adequadas para descoberta de padrões e informações úteis em bases de dados é uma tarefa de interesse. Em especial, bases de séries temporais têm sido alvo de pesquisas em áreas como medicina, economia e agrometeorologia. Em mineração de dados, uma das tarefas mais exploradas é a classificação. Entretanto, é comum em bases de séries temporais, a quantidade e complexidade de dados extrapolarem a capacidade humana de análise manual dos dados, o que torna o processo de supervisão dos dados custoso. Como consequência disso, são produzidos poucos dados rotulados, em comparação a um grande volume de dados não rotulados disponíveis. Nesse cenário, uma abordagem adequada para análise desses dados é a classificação semissupervisionada, que considera dados rotulados e não rotulados para o treinamento do classificador. Nesse contexto, este trabalho de mestrado propõe 1) uma metodologia de análise de dados obtidos a partir de séries temporais de imagens de satélite (SITS) usando tarefas de mineração de dados e 2) uma técnica baseada em grafos para classificação semissupervisionada de séries temporais extraídas de imagens de satélite. A metodologia e a técnica de classificação desenvolvidas são aplicadas na análise de séries temporais de índices de vegetação obtidas a partir de SITS, visando a identificação de áreas de plantio de cana-de-açúcar. Os resultados obtidos em análise experimental, realizada com apoio de especialistas no domínio de aplicação, indicam que a metodologia proposta é adequada para auxiliar pesquisas em agricultura. Além disso, os resultados do estudo comparativo mostram que a técnica de classificação semissupervisionada desenvolvida supera métodos de classificação supervisionada consolidados na literatura e métodos correlatos de classificação semissupervisionada. / The amount of digital data generated and stored as well as the need of creation and management of large databases has increased significantly, in the last decades. The possibility of finding valid and potentially useful patterns and information in large databases has attracted the attention of many scientific areas. Time series databases have been explored using data mining methods in serveral domains of application, such as economics, medicine and agrometeorology. Due to the large volume and complexity of some time series databases, the process of labeling data for supervised tasks, such as classification, can be very expensive. To overcome the problem of scarcity of labeled data, semi-supervised classification, which benefits from both labeled and unlabeled data available, can be applied to classify data from large time series databases. In this Master dissertation, we propose 1) a framework for the analysis of data extracted from satellite image time series (SITS) using data mining tasks and 2) a graph-based semi-supervised classification method, developed to classify temporal data obtained from satellite images. According to experts in agrometeorology, the use of the proposed method and framework provides an automatic way of analyzing data extracted from SITS, which is very useful for supporting research in this domain of application. We apply the framework and the proposed semi-supervised classification method in the analysis of vegetation index time series, aiming at identifying sugarcane crop fields, in Brazil. Experimental results indicate that our proposed framework is useful for supporting researches in agriculture, according to experts in the domain of application. We also show that our method is more accurate than traditional supervised methods and related semi-supervised methods.

A análise de sentimentos é um campo de estudo com recente popularização devido ao crescimento da Internet e do conteúdo que é gerado por seus usuários, principalmente nas redes sociais, nas quais as pessoas publicam suas opiniões em uma linguagem coloquial e em muitos casos utilizando de artifícios gráficos para tornar ainda mais sucintos seus diálogos. Esse cenário é observado no Twitter, uma ferramenta de comunicação que pode facilmente ser usada como fonte de informação para várias ferramentas automáticas de inferência de sentimentos. Esforços de pesquisas têm sido direcionados para tratar o problema de análise de sentimentos em redes sociais sob o ponto de vista de um problema de classificação, com pouco consenso sobre qual é o classificador com melhor poder preditivo, bem como qual é a configuração fornecida pela engenharia de atributos que melhor representa os textos. Outro problema é que em um cenário supervisionado, para a etapa de treinamento do modelo de classificação, é imprescindível se dispor de exemplos rotulados, uma tarefa árdua e que demanda esforço humano em grande parte das aplicações. Esta tese tem por objetivo investigar o uso de agregadores de classificadores (classifier ensembles), explorando a diversidade e a potencialidade de várias abordagens supervisionadas quando estas atuam em conjunto, além de um estudo detalhado da fase que antecede a escolha do classificador, a qual é conhecida como engenharia de atributos. Além destes aspectos, um estudo mostrando que o aprendizado não supervisionado pode fornecer restrições complementares úteis para melhorar a capacidade de generalização de classificadores de sentimento é realizado, fornecendo evidências de que ganhos já observados em outras áreas do conhecimento também podem ser obtidos no domínio em questão. A partir dos promissores resultados experimentais obtidos no cenário de aprendizado supervisionado, alavancados pelo uso de técnicas não supervisionadas, um algoritmo existente, denominado de C3E (Consensus between Classification and Clustering Ensembles) foi adaptado e estendido para o cenário semissupervisionado. Este algoritmo refina a classificação de sentimentos a partir de informações adicionais providas pelo agrupamento em um procedimento de autotreinamento (self-training). Tal abordagem apresenta resultados promissores e competitivos com abordagens que representam o estado da arte em outros domínios. / Sentiment analysis is a field of study that shows recent popularization due to the growth of Internet and the content that is generated by its users. More recently, social networks have emerged, where people post their opinions in colloquial and compact language. This is what happens in Twitter, a communication tool that can easily be used as a source of information for various automatic tools of sentiment inference. Research efforts have been directed to deal with the problem of sentiment analysis in social networks from the point of view of a classification problem, where there is no consensus about what is the best classifier, and what is the best configuration provided by the feature engineering process. Another problem is that in a supervised setting, for the training stage of the classification model, we need labeled examples, which are hard to get in the most of applications. The objective of this thesis is to investigate the use of classifier ensembles, exploring the diversity and the potential of various supervised approaches when these work together, as well as to provide a study about the phase that precedes the choice of the classifier, which is known as feature engineering. In addition to these aspects, a study showing that unsupervised learning techniques can provide useful and additional constraints to improve the ability of generalization of the classifiers is also carried out. Based on the promising results got in supervised learning settings, an existing algorithm called C3E (Consensus between Classification and Clustering Ensembles) was adapted and extended for the semi-supervised setting. This algorithm refines the sentiment classification from additional information provided by clusters of data, in a self-training procedure. This approach shows promising results when compared with state of the art algorithms.

A análise de sentimentos é um campo de estudo com recente popularização devido ao crescimento da Internet e do conteúdo que é gerado por seus usuários, principalmente nas redes sociais, nas quais as pessoas publicam suas opiniões em uma linguagem coloquial e em muitos casos utilizando de artifícios gráficos para tornar ainda mais sucintos seus diálogos. Esse cenário é observado no Twitter, uma ferramenta de comunicação que pode facilmente ser usada como fonte de informação para várias ferramentas automáticas de inferência de sentimentos. Esforços de pesquisas têm sido direcionados para tratar o problema de análise de sentimentos em redes sociais sob o ponto de vista de um problema de classificação, com pouco consenso sobre qual é o classificador com melhor poder preditivo, bem como qual é a configuração fornecida pela engenharia de atributos que melhor representa os textos. Outro problema é que em um cenário supervisionado, para a etapa de treinamento do modelo de classificação, é imprescindível se dispor de exemplos rotulados, uma tarefa árdua e que demanda esforço humano em grande parte das aplicações. Esta tese tem por objetivo investigar o uso de agregadores de classificadores (classifier ensembles), explorando a diversidade e a potencialidade de várias abordagens supervisionadas quando estas atuam em conjunto, além de um estudo detalhado da fase que antecede a escolha do classificador, a qual é conhecida como engenharia de atributos. Além destes aspectos, um estudo mostrando que o aprendizado não supervisionado pode fornecer restrições complementares úteis para melhorar a capacidade de generalização de classificadores de sentimento é realizado, fornecendo evidências de que ganhos já observados em outras áreas do conhecimento também podem ser obtidos no domínio em questão. A partir dos promissores resultados experimentais obtidos no cenário de aprendizado supervisionado, alavancados pelo uso de técnicas não supervisionadas, um algoritmo existente, denominado de C3E (Consensus between Classification and Clustering Ensembles) foi adaptado e estendido para o cenário semissupervisionado. Este algoritmo refina a classificação de sentimentos a partir de informações adicionais providas pelo agrupamento em um procedimento de autotreinamento (self-training). Tal abordagem apresenta resultados promissores e competitivos com abordagens que representam o estado da arte em outros domínios. / Sentiment analysis is a field of study that shows recent popularization due to the growth of Internet and the content that is generated by its users. More recently, social networks have emerged, where people post their opinions in colloquial and compact language. This is what happens in Twitter, a communication tool that can easily be used as a source of information for various automatic tools of sentiment inference. Research efforts have been directed to deal with the problem of sentiment analysis in social networks from the point of view of a classification problem, where there is no consensus about what is the best classifier, and what is the best configuration provided by the feature engineering process. Another problem is that in a supervised setting, for the training stage of the classification model, we need labeled examples, which are hard to get in the most of applications. The objective of this thesis is to investigate the use of classifier ensembles, exploring the diversity and the potential of various supervised approaches when these work together, as well as to provide a study about the phase that precedes the choice of the classifier, which is known as feature engineering. In addition to these aspects, a study showing that unsupervised learning techniques can provide useful and additional constraints to improve the ability of generalization of the classifiers is also carried out. Based on the promising results got in supervised learning settings, an existing algorithm called C3E (Consensus between Classification and Clustering Ensembles) was adapted and extended for the semi-supervised setting. This algorithm refines the sentiment classification from additional information provided by clusters of data, in a self-training procedure. This approach shows promising results when compared with state of the art algorithms.