Due to complexity of biomedical problems, adaptive and intelligent knowledge discovery and data mining systems are highly needed to help humans to understand the inherent mechanism of diseases. For biomedical classification problems, typically it is impossible to build a perfect classifier with 100% prediction accuracy. Hence a more realistic target is to build an effective Decision Support System (DSS). In this dissertation, a novel adaptive Fuzzy Association Rules (FARs) mining algorithm, named FARM-DS, is proposed to build such a DSS for binary classification problems in the biomedical domain. Empirical studies show that FARM-DS is competitive to state-of-the-art classifiers in terms of prediction accuracy. More importantly, FARs can provide strong decision support on disease diagnoses due to their easy interpretability. This dissertation also proposes a fuzzy-granular method to select informative and discriminative genes from huge microarray gene expression data. With fuzzy granulation, information loss in the process of gene selection is decreased. As a result, more informative genes for cancer classification are selected and more accurate classifiers can be modeled. Empirical studies show that the proposed method is more accurate than traditional algorithms for cancer classification. And hence we expect that genes being selected can be more helpful for further biological studies.

A extração de regras de associação (ARM - Association Rule Mining) de dados quantitativos tem sido pesquisa de grande interesse na área de mineração de dados. Com o crescente aumento das bases de dados, há um grande investimento na área de pesquisa na criação de algoritmos para melhorar o desempenho relacionado a quantidade de regras, sua relevância e a performance computacional. O algoritmo APRIORI, tradicionalmente usado na extração de regras de associação, foi criado originalmente para trabalhar com atributos categóricos. Geralmente, para usá-lo com atributos contínuos, ou quantitativos, é necessário transformar os atributos contínuos, discretizando-os e, portanto, criando categorias a partir dos intervalos discretos. Os métodos mais tradicionais de discretização produzem intervalos com fronteiras sharp, que podem subestimar ou superestimar elementos próximos dos limites das partições, e portanto levar a uma representação imprecisa de semântica. Uma maneira de tratar este problema é criar partições soft, com limites suavizados. Neste trabalho é utilizada uma partição fuzzy das variáveis contínuas, que baseia-se na teoria dos conjuntos fuzzy e transforma os atributos quantitativos em partições de termos linguísticos. Os algoritmos de mineração de regras de associação fuzzy (FARM - Fuzzy Association Rule Mining) trabalham com este princípio e, neste trabalho, o algoritmo FUZZYAPRIORI, que pertence a esta categoria, é utilizado. As regras extraídas são expressas em termos linguísticos, o que é mais natural e interpretável pelo raciocício humano. Os algoritmos APRIORI tradicional e FUZZYAPRIORI são comparado, através de classificadores associativos, baseados em regras extraídas por estes algoritmos. Estes classificadores foram aplicados em uma base de dados relativa a registros de conexões TCP/IP que destina-se à criação de um Sistema de Detecção de Intrusos. / The mining of association rules of quantitative data has been of great research interest in the area of data mining. With the increasing size of databases, there is a large investment in research in creating algorithms to improve performance related to the amount of rules, its relevance and computational performance. The APRIORI algorithm, traditionally used in the extraction of association rules, was originally created to work with categorical attributes. In order to use continuous attributes, it is necessary to transform the continuous attributes, through discretization, into categorical attributes, where each categorie corresponds to a discrete interval. The more traditional discretization methods produce intervals with sharp boundaries, which may underestimate or overestimate elements near the boundaries of the partitions, therefore inducing an inaccurate semantical representation. One way to address this problem is to create soft partitions with smoothed boundaries. In this work, a fuzzy partition of continuous variables, which is based on fuzzy set theory is used. The algorithms for mining fuzzy association rules (FARM - Fuzzy Association Rule Mining) work with this principle, and, in this work, the FUZZYAPRIORI algorithm is used. In this dissertation, we compare the traditional APRIORI and the FUZZYAPRIORI, through classification results of associative classifiers based on rules extracted by these algorithms. These classifiers were applied to a database of records relating to TCP / IP connections that aims to create an Intrusion Detection System.

A extração de regras de associação (ARM - Association Rule Mining) de dados quantitativos tem sido pesquisa de grande interesse na área de mineração de dados. Com o crescente aumento das bases de dados, há um grande investimento na área de pesquisa na criação de algoritmos para melhorar o desempenho relacionado a quantidade de regras, sua relevância e a performance computacional. O algoritmo APRIORI, tradicionalmente usado na extração de regras de associação, foi criado originalmente para trabalhar com atributos categóricos. Geralmente, para usá-lo com atributos contínuos, ou quantitativos, é necessário transformar os atributos contínuos, discretizando-os e, portanto, criando categorias a partir dos intervalos discretos. Os métodos mais tradicionais de discretização produzem intervalos com fronteiras sharp, que podem subestimar ou superestimar elementos próximos dos limites das partições, e portanto levar a uma representação imprecisa de semântica. Uma maneira de tratar este problema é criar partições soft, com limites suavizados. Neste trabalho é utilizada uma partição fuzzy das variáveis contínuas, que baseia-se na teoria dos conjuntos fuzzy e transforma os atributos quantitativos em partições de termos linguísticos. Os algoritmos de mineração de regras de associação fuzzy (FARM - Fuzzy Association Rule Mining) trabalham com este princípio e, neste trabalho, o algoritmo FUZZYAPRIORI, que pertence a esta categoria, é utilizado. As regras extraídas são expressas em termos linguísticos, o que é mais natural e interpretável pelo raciocício humano. Os algoritmos APRIORI tradicional e FUZZYAPRIORI são comparado, através de classificadores associativos, baseados em regras extraídas por estes algoritmos. Estes classificadores foram aplicados em uma base de dados relativa a registros de conexões TCP/IP que destina-se à criação de um Sistema de Detecção de Intrusos. / The mining of association rules of quantitative data has been of great research interest in the area of data mining. With the increasing size of databases, there is a large investment in research in creating algorithms to improve performance related to the amount of rules, its relevance and computational performance. The APRIORI algorithm, traditionally used in the extraction of association rules, was originally created to work with categorical attributes. In order to use continuous attributes, it is necessary to transform the continuous attributes, through discretization, into categorical attributes, where each categorie corresponds to a discrete interval. The more traditional discretization methods produce intervals with sharp boundaries, which may underestimate or overestimate elements near the boundaries of the partitions, therefore inducing an inaccurate semantical representation. One way to address this problem is to create soft partitions with smoothed boundaries. In this work, a fuzzy partition of continuous variables, which is based on fuzzy set theory is used. The algorithms for mining fuzzy association rules (FARM - Fuzzy Association Rule Mining) work with this principle, and, in this work, the FUZZYAPRIORI algorithm is used. In this dissertation, we compare the traditional APRIORI and the FUZZYAPRIORI, through classification results of associative classifiers based on rules extracted by these algorithms. These classifiers were applied to a database of records relating to TCP / IP connections that aims to create an Intrusion Detection System.