Noise is defined as any undesired sound. Urban noise and its effect on citizens area significant environmental problem, and the increasing level of noise has become a critical problem in some cities. Fortunately, noise pollution can be mitigated by better planning of urban areas or controlled by administrative regulations. However, the execution of such actions requires well-established systems for noise monitoring. In this thesis, we present a solution for noise measurement and classification using a low-power and inexpensive IoT unit. To measure the noise level, we implement an algorithm for calculating the sound pressure level in dB. We achieve a measurement error of less than 1 dB. Our machine learning-based method for noise classification uses Mel-frequency cepstral coefficients for audio feature extraction and four supervised classification algorithms (that is, support vector machine, k-nearest neighbors, bootstrap aggregating, and random forest). We evaluate our approach experimentally with a dataset of about 3000 sound samples grouped in eight sound classes (such as car horn, jackhammer, or street music). We explore the parameter space of the four algorithms to estimate the optimal parameter values for the classification of sound samples in the dataset under study. We achieve noise classification accuracy in the range of 88% – 94%.

Le cancer de la prostate est la deuxième cause de mortalité chez l’homme en France. L’IRM multiparamétrique est considérée comme la technique la plus prometteuse pour permettre une cartographie du cancer, ouvrant la voie au traitement focal, alternatif à la prostatectomie radicale. Néanmoins, elle reste difficile à interpréter et est sujette à une forte variabilité inter- et intra-expert, d’où la nécessité de développer des systèmes experts capables d’aider le radiologue dans son diagnostic. Nous proposons un système original d’aide au diagnostic (CAD) offrant un second avis au radiologue sur des zones suspectes pointées sur l’image. Nous évaluons notre système en nous appuyant sur une base de données clinique de 30 patients, annotées de manière fiable et exhaustive grâce à l’analyse des coupes histologiques obtenues par prostatectomie. Les performances mesurées dans des conditions cliniques auprès de 12 radiologues, sans et avec notre outil, démontrent l’apport significatif de ce CAD sur la qualité du diagnostic, la confiance des radiologues et la variabilité inter-expert. La création d’une base de corrélations anatomo-radiologiques est une tâche complexe et fastidieuse. Beaucoup d’études n’ont pas d’autre choix que de s’appuyer sur l’analyse subjective d’un radiologue expert, entâchée d’incertitude. Nous proposons un nouveau schéma de classification, basé sur l’algorithme du séparateur à vaste marge (SVM), capable d’intégrer, dans la fonction d’apprentissage, l’incertitude sur l’appartenance à une classe (ex. sain/malin) de certains échantillons de la base d’entraînement. Les résultats obtenus, tant sur des exemples simulés que sur notre base de données cliniques, démontrent le potentiel de ce nouvel algorithme, en particulier pour les applications CAD, mais aussi de manière plus générale pour toute application de machine learning s’appuyant sur un étiquetage quantitatif des données / Prostate cancer is one of the leading cause of death in France. Multi-parametric MRI is considered the most promising technique for cancer visualisation, opening the way to focal treatments as an alternative to prostatectomy. Nevertheless, its interpretation remains difficult and subject to inter- and intra-observer variability, which motivates the development of expert systems to assist radiologists in making their diagnosis. We propose an original computer-aided diagnosis system returning a malignancy score to any suspicious region outlined on MR images, which can be used as a second view by radiologists. The CAD performances are evaluated based on a clinical database of 30 patients, exhaustively and reliably annotated thanks to the histological ground truth obtained via prostatectomy. Finally, we demonstrate the influence of this system in clinical condition based on a ROC analysis involving 12 radiologists, and show a significant increase of diagnostic accuracy, rating confidence and a decrease in inter-expert variability. Building an anatomo-radiological correlation database is a complex and fastidious task, so that numerous studies base their evaluation analysis on the expertise of one experienced radiologist, which is thus doomed to contain uncertainties. We propose a new classification scheme, based on the support vector machine (SVM) algorithm, which is able to account for uncertain data during the learning step. The results obtained, both on toy examples and on our clinical database, demonstrate the potential of this new approach that can be extended to any machine learning problem relying on a probabilitic labelled dataset

Network traffic exhibits a high level of variability over short periods of time. This variability impacts negatively on the performance (accuracy) of anomaly-based network Intrusion Detection Systems (IDS) that are built using predictive models in a batch-learning setup. This thesis investigates how adapting the discriminating threshold of model predictions, specifically to the evaluated traffic, improves the detection rates of these Intrusion Detection models. Specifically, this thesis studied the adaptability features of three well known Machine Learning algorithms: C5.0, Random Forest, and Support Vector Machine. The ability of these algorithms to adapt their prediction thresholds was assessed and analysed under different scenarios that simulated real world settings using the prospective sampling approach. A new dataset (STA2018) was generated for this thesis and used for the analysis. This thesis has demonstrated empirically the importance of threshold adaptation in improving the accuracy of detection models when training and evaluation (test) traffic have different statistical properties. Further investigation was undertaken to analyse the effects of feature selection and data balancing processes on a model's accuracy when evaluation traffic with different significant features were used. The effects of threshold adaptation on reducing the accuracy degradation of these models was statistically analysed. The results showed that, of the three compared algorithms, Random Forest was the most adaptable and had the highest detection rates. This thesis then extended the analysis to apply threshold adaptation on sampled traffic subsets, by using different sample sizes, sampling strategies and label error rates. This investigation showed the robustness of the Random Forest algorithm in identifying the best threshold. The Random Forest algorithm only needed a sample that was 0.05% of the original evaluation traffic to identify a discriminating threshold with an overall accuracy rate of nearly 90% of the optimal threshold.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A partir de 2011, ocorreram e ainda ocorrerão eventos de grande repercussão para a cidade do Rio de Janeiro, como a conferência Rio+20 das Nações Unidas e eventos esportivos de grande importância mundial (Copa do Mundo de Futebol, Olimpíadas e Paraolimpíadas). Estes acontecimentos possibilitam a atração de recursos financeiros para a cidade, assim como a geração de empregos, melhorias de infraestrutura e valorização imobiliária, tanto territorial quanto predial. Ao optar por um imóvel residencial em determinado bairro, não se avalia apenas o imóvel, mas também as facilidades urbanas disponíveis na localidade. Neste contexto, foi possível definir uma interpretação qualitativa linguística inerente aos bairros da cidade do Rio de Janeiro, integrando-se três técnicas de Inteligência Computacional para a avaliação de benefícios: Lógica Fuzzy, Máquina de Vetores Suporte e Algoritmos Genéticos. A base de dados foi construída com informações da web e institutos governamentais, evidenciando o custo de imóveis residenciais, benefícios e fragilidades dos bairros da cidade. Implementou-se inicialmente a Lógica Fuzzy como um modelo não supervisionado de agrupamento através das Regras Elipsoidais pelo Princípio de Extensão com o uso da Distância de Mahalanobis, configurando-se de forma inferencial os grupos de designação linguística (Bom, Regular e Ruim) de acordo com doze características urbanas. A partir desta discriminação, foi tangível o uso da Máquina de Vetores Suporte integrado aos Algoritmos Genéticos como um método supervisionado, com o fim de buscar/selecionar o menor subconjunto das variáveis presentes no agrupamento que melhor classifique os bairros (Princípio da Parcimônia). A análise das taxas de erro possibilitou a escolha do melhor modelo de classificação com redução do espaço de variáveis, resultando em um subconjunto que contém informações sobre: IDH, quantidade de linhas de ônibus, instituições de ensino, valor m médio, espaços ao ar livre, locais de entretenimento e crimes. A modelagem que combinou as três técnicas de Inteligência Computacional hierarquizou os bairros do Rio de Janeiro com taxas de erros aceitáveis, colaborando na tomada de decisão para a compra e venda de imóveis residenciais. Quando se trata de transporte público na cidade em questão, foi possível perceber que a malha rodoviária ainda é a prioritária

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho, à discutido o problema de reconhecimento de objetos utilizando imagens extraÃdas de um sensor industrial 3D. NÃs nos concentramos em 9 extratores de caracterÃsticas, dos quais 7 sÃo baseados nos momentos invariantes (Hu, Zernike, Legendre, Fourier-Mellin, Tchebichef, Bessel-Fourier e Gaussian-Hermite), um outro à baseado na Transformada de Hough e o Ãltimo na anÃlise de componentes independentes, e, 4 classificadores, Naive Bayes, k-Vizinhos mais PrÃximos, MÃquina de Vetor de Suporte e Rede Neural Artificial-Perceptron Multi-Camadas. Para a escolha do melhor extrator de caracterÃsticas, foram comparados os seus desempenhos de classificaÃÃo em termos de taxa de acerto e de tempo de extraÃÃo, atravÃs do classificador k-Vizinhos mais PrÃximos utilizando distÃncia euclidiana. O extrator de caracterÃsticas baseado nos momentos de Zernike obteve as melhores taxas de acerto, 98.00%, e tempo relativamente baixo de extraÃÃo de caracterÃsticas, 0.3910 segundos. Os dados gerados a partir deste, foram apresentados a diferentes heurÃsticas de classificaÃÃo. Dentre os classificadores testados, o classificador k-Vizinhos mais PrÃximos, obteve a melhor taxa mÃdia de acerto, 98.00% e, tempo mÃdio de classificaÃÃo relativamente baixo, 0.0040 segundos, tornando-se o classificador mais adequado para a aplicaÃÃo deste estudo. / In this work, the problem of recognition of objects using images extracted from a 3D industrial sensor is discussed. We focus in 9 feature extractors (where seven are based on invariant moments -Hu, Zernike, Legendre, Fourier-Mellin, Tchebichef, BesselâFourier and Gaussian-Hermite-, another is based on the Hough transform and the last one on independent component analysis), and 4 classifiers (Naive Bayes, k-Nearest Neighbor, Support Vector machines and Artificial Neural Network-Multi-Layer Perceptron). To choose the best feature extractor, their performance was compared in terms of classification accuracy rate and extraction time by the k-nearest neighbors classifier using euclidean distance. The feature extractor based on Zernike moments, got the best hit rates, 98.00 %, and relatively low time feature extraction, 0.3910 seconds. The data generated from this, were presented to different heuristic classification. Among the tested classifiers, the k-nearest neighbors classifier achieved the highest average hit rate, 98.00%, and average time of relatively low rank, 0.0040 seconds, thus making it the most suitable classifier for the implementation of this study.

Interfaces cérebro-computador ou Interfaces cérebro-máquina (BCIs/BMIs do inglês Brain-computer interface/Brain-machine interface) são dispositivos que permitem ao usuário interagir com o ambiente ao seu redor sem que seja necessário ativar seus músculos esqueléticos. Estes dispositivos são de extrema valia para indivíduos portadores de deficiências motoras. Esta dissertação ambiciona revisar a literatura acerca de BMIs e expor diferentes técnicas de pré-processamento, extração de características e classificação de sinais neurofisiológicos. Em particular, uma maior ênfase será dada à Máquina de vetor de suporte (SVM do inglês Support-Vector machine), método de classificação baseado no princípio da minimização do risco estrutural. Será apresentado um estudo de caso, que ilustra o funcionamento de uma BMI, a qual permite ao usuário escolher um dentre seis objetos mostrados em uma tela de computador. Esta capacidade da BMI é conseqüência da implementação, através da SVM de um sistema capaz de detectar o potencial evocado P300 nos sinais de eletroencefalograma (EEG). A simulação será realizada em Matlab usando, como sinais de entrada, amostras de EEG de quatro indivíduos saudáveis e quatro deficientes. A análise estatística mostrou que o bom desempenho obtido pela BMI (80,73% de acerto em média) foi promovido pela aplicação da média coerente aos sinais, o que melhorou a relação sinal-ruído do EEG. / Brain-computer interfaces (BCIs) or Brain-machine interfaces (BMIs) technology provide users with the ability to communicate and control their environment without employing normal output pathway of peripheral nerves and muscles. This technology can be especially valuable for highly paralyzed patients. This thesis reviews BMI research, techniques for preprocessing, feature extracting and classifying neurophysiological signals. In particular, emphasis will be given to Support-Vector Machine (SVM), a classification technique, which is based on structural risk minimization. Additionally, a case study will illustrate the working principles of a BMI which analyzes electroencephalographic signals in the time domain as means to decide which one of the six images shown on a computer screen the user chose. The images were selected according to a scenario where users can control six electrical appliances via a BMI system. This was done by exploiting the Support-Vector Machine ability to recognize a specific EEG pattern (the so-called P300). The study was conducted offline within the Matlab environment and used EEG datasets recorded from four disabled and four able-bodied subjects. A statistical survey of the results has shown that the good performance attained (80,73%) was due to signal averaging method, which enhanced EEG signal-to-noise ratio.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-08-14T18:15:08Z No. of bitstreams: 1 DanielCosta.pdf: 1087754 bytes, checksum: ada5f863f42efd8298fff788c37bded3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-14T18:15:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielCosta.pdf: 1087754 bytes, checksum: ada5f863f42efd8298fff788c37bded3 (MD5) Previous issue date: 2008-02-25 / Female breast cancer is the major cause of death in western countries. Efforts in Computer Vision have been made in order to add improve the diagnostic accuracy by radiologists. In this work, we present a methodology that uses independent component analysis (ICA) along with support vector machine (SVM) and linear discriminant analysis (LDA) to distinguish between mass or non-mass and benign or malign tissues from mammograms. As a result, it was found that: LDA reaches 90,11% of accuracy to discriminante between mass or non-mass and 95,38% to discriminate between benign or malignant tissues in DDSM database and in mini-MIAS database we obtained 85% to discriminate between mass or non-mass and 92% of accuracy to discriminate between benign or malignant tissues; SVM reaches 99,55% of accuracy to discriminate between mass or non-mass and the same percentage to discriminate between benign or malignat tissues in DDSM database whereas, and in MIAS database it was obtained 98% to discriminate between mass or non-mass and 100% to discriminate between benign or malignant tissues. / Câncer de mama feminino é o câncer que mais causa morte nos países ocidentais. Esforços em processamento de imagens foram feitos para melhorar a precisão dos diagnósticos por radiologistas. Neste trabalho, nós apresentamos uma metodologia que usa análise de componentes independentes (ICA) junto com análise discriminante linear (LDA) e máquina de vetor de suporte (SVM) para distinguir as imagens entre nódulos ou não-nódulos e os tecidos em benignos ou malignos. Como resultado, obteve-se com LDA 90,11% de acurácia na discriminação entre nódulo ou não-nódulo e 95,38% na discriminação de tecidos benignos ou malignos na base de dados DDSM. Na base de dados mini- MIAS, obteve-se 85% e 92% na discriminação entre nódulos ou não-nódulos e tecidos benignos ou malignos respectivamente. Com SVM, alcançou-se uma taxa de até 99,55% na discriminação de nódulos ou não-nódulos e a mesma porcentagem na discriminação entre tecidos benignos ou malignos na base de dados DDSM enquanto que na base de dados mini-MIAS, obteve-se 98% e até 100% na discriminação de nódulos ou não-nódulos e tecidos benignos ou malignos, respectivamente.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-08-14T19:19:25Z No. of bitstreams: 1 SimaraRocha.pdf: 3984461 bytes, checksum: 04243e2b6ab9b63b0b73e436ebc9fc23 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-14T19:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SimaraRocha.pdf: 3984461 bytes, checksum: 04243e2b6ab9b63b0b73e436ebc9fc23 (MD5) Previous issue date: 2014-05-22 / Breast cancer is the second most frequent type of cancer in the world, being more common among women, and representing 22% of the new cases every year. A precocious diagnosis improves the chances of a successful treatment. Mammography is one of the best ways to precocious detection of non-palpable tumor that could lead to a breast cancer. However, it is well known that this exam's sensibility may vary a lot. This is due to factors such as: the specialist's experience, patient's age and the quality of the exam image. The use of Image Processing and Machine Learning techniques has becoming a strong contribution to the specialist diagnosis task. Thes thesis proposes a methodology to discriminate patterns of malignancy and benignity of masses in mammographic images using texture analysis and machine learning. For this purpose, the methodology combines structural and statistical approaches for the analysis of texture regions extracted from mammograms. Furthermore, this research extends the concept of Diversity Index through the use of species co-occurrence information in order to increase the efficiency of extraction of texture features. The techniques used are Local Binary Pattern, Ripley's K function and diversity indexes (Shannon, Mcintosh, Simpson, Gleason and Menhinick indexes). The extracted texture is classified using a Support Vector Machine into benign and malignant classes. The best results obrained with Ripley's K function were 92,20% of accuracy, 92,96% of sensibility, 91,26% of specificity, 10.63 of likelihood positive ratio, 0,07 of likelihood negative ratio and an area under ROC curve Az of 0,92. / O câncer de mama é o segundo tipo de câncer mais frequente no mundo, sendo mais comum entre as mulheres, respondendo por 22% dos casos novos a cada ano. Quanto mais precocemente for diagnosticado, maiores serão as chances de se realizar um tratamento bem sucedido. A mamogra fia é uma das formas de detectar os tumores não palpáveis que causam câncer de mama. Todavia, sabe-se que a sensibilidade desse exame pode variar bastante, devido a fatores como: a experiência do especialista, a idade do paciente e a qualidade das imagens obtidas no exame. O uso de técnicas de Processamento de Imagens e Aprendizagem de Máquina tem contribuído, cada vez mais, para auxiliar os especialistas na realização de diagnósticos mais precisos. Esta tese propõe uma metodologia para discriminar padrões de malignidade e benignidade de massas em imagens de mamogra fias, utilizando análise de textura e aprendizado de máquina. Para tanto, a metodologia combina as abordagens estrutural e estatística para a análise de textura de regiões extraídas das mamogra fias. Além disso, esta pesquisa amplia o conceito de Índice de Diversidade, através do uso da informação de co-ocorrência de espécies, com o propósito de aumentar a e ficiência da extração de características de textura. Assim, são usadas as técnicas de Local Binary Pattern, Função K de Ripley e os Índices de Shannon, Mcintosh, Simpson, Gleason e de Menhinick. Por fi m, a textura extraída e classi ficada utilizando a Máquina de Vetores de Suporte, visando diferenciar as massas malignas das benignas. O melhor resultado foi obtido usando a função K de Ripley com 92,20% de acurácia, 92,96% de sensibilidade, 91,26% de especi cidade, 10,63 de razão de probabilidade positiva, 0,07% de razão de probabilidade negativa e uma área sob a curva ROC (Az) de 0,92.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-21T14:59:23Z No. of bitstreams: 1 Andre Pereira.pdf: 3105574 bytes, checksum: 06e2fe68d48179a3c62a46e447b82513 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-21T14:59:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre Pereira.pdf: 3105574 bytes, checksum: 06e2fe68d48179a3c62a46e447b82513 (MD5) Previous issue date: 2009-02-20 / Breast cancer is one of the major causes of mortality among women throughout the world. Presently, the analysis of breast radiography is the most used method to early detection of this kind of cancer. It enables the identification of anomalies at their initial stage, which is a fundamental factor for success in the treatment. The sensitivity of this kind of exam, although, depends on several factors, such as the size and the location of the abnormalities, density of the breast tissue, quality of the technical resources and radiologist's ability. This work presents a methodology that uses the K-Means clustering algorithm and the Template Matching technique for segmentation of suspicious regions. Next, geometry and texture features are extracted from each of these regions, being the texture described by the Simpson's Diversity Index, a statistic used in Ecology to measure the biodiversity of an ecosystem. Finally, this information is submitted to a Support Vector Machine so that the suspicious regions are classified into masses and non-masses. The methodology was tested with 650 mammographic images from the DDSM database, achieving 83.94% of accuracy, 83.24% of sensibility and 84.14% of specificity in average. / O câncer de mama é uma das maiores causas de mortalidade entre as mulheres no mundo todo. Atualmente, a análise da radiografia da mama é o recurso mais utilizado na detecção precoce desse tipo de câncer, pois possibilita a identificação de anomalias em sua fase inicial, fator fundamental para o sucesso do tratamento. A sensibilidade desse tipo de exame, no entanto, depende de diversos fatores, tais como tamanho e localização das anomalias, densidade do tecido mamário, qualidade dos recursos técnicos e habilidade do radiologista. Este trabalho apresenta uma metodologia para detecção de massas em imagens digitais de mamografias que poderá auxiliar o especialista em sua análise. O método proposto utiliza o algoritmo de agrupamento K-Means e a técnica de Template Matching para segmentar as regiões suspeitas de conterem massas. Em seguida, medidas de geometria e textura são extraídas de cada uma dessas regiões, sendo a textura descrita através do Índice de Diversidade de Simpson, uma estatística usada na Ecologia para mensurar a biodiversidade de um ecossistema. Finalmente, essas informações são submetidas a uma Máquina de Vetores de Suporte para que as regiões suspeitas sejam classificadas em massas ou não massas. A metodologia foi testada com 650 imagens mamográficas obtidas da base de dados DDSM, atingindo 83,94% de acurácia, 83,24% de sensibilidade, e 84,14% de especificidade em média.

Interfaces cérebro-computador ou Interfaces cérebro-máquina (BCIs/BMIs do inglês Brain-computer interface/Brain-machine interface) são dispositivos que permitem ao usuário interagir com o ambiente ao seu redor sem que seja necessário ativar seus músculos esqueléticos. Estes dispositivos são de extrema valia para indivíduos portadores de deficiências motoras. Esta dissertação ambiciona revisar a literatura acerca de BMIs e expor diferentes técnicas de pré-processamento, extração de características e classificação de sinais neurofisiológicos. Em particular, uma maior ênfase será dada à Máquina de vetor de suporte (SVM do inglês Support-Vector machine), método de classificação baseado no princípio da minimização do risco estrutural. Será apresentado um estudo de caso, que ilustra o funcionamento de uma BMI, a qual permite ao usuário escolher um dentre seis objetos mostrados em uma tela de computador. Esta capacidade da BMI é conseqüência da implementação, através da SVM de um sistema capaz de detectar o potencial evocado P300 nos sinais de eletroencefalograma (EEG). A simulação será realizada em Matlab usando, como sinais de entrada, amostras de EEG de quatro indivíduos saudáveis e quatro deficientes. A análise estatística mostrou que o bom desempenho obtido pela BMI (80,73% de acerto em média) foi promovido pela aplicação da média coerente aos sinais, o que melhorou a relação sinal-ruído do EEG. / Brain-computer interfaces (BCIs) or Brain-machine interfaces (BMIs) technology provide users with the ability to communicate and control their environment without employing normal output pathway of peripheral nerves and muscles. This technology can be especially valuable for highly paralyzed patients. This thesis reviews BMI research, techniques for preprocessing, feature extracting and classifying neurophysiological signals. In particular, emphasis will be given to Support-Vector Machine (SVM), a classification technique, which is based on structural risk minimization. Additionally, a case study will illustrate the working principles of a BMI which analyzes electroencephalographic signals in the time domain as means to decide which one of the six images shown on a computer screen the user chose. The images were selected according to a scenario where users can control six electrical appliances via a BMI system. This was done by exploiting the Support-Vector Machine ability to recognize a specific EEG pattern (the so-called P300). The study was conducted offline within the Matlab environment and used EEG datasets recorded from four disabled and four able-bodied subjects. A statistical survey of the results has shown that the good performance attained (80,73%) was due to signal averaging method, which enhanced EEG signal-to-noise ratio.