Na maioria dos processos de análise de imagens há a necessidade de um pré-processamento, no qual são extraídos e calculados vetores de características que representem as imagens são utilizados no cálculo de similaridade. Uma dificuldade nessas tarefas é o grande número de características que definem um espaço de alta dimensionalidade, afetando fortemente o desempenho das tarefas que seguem, que podem envolver uma análise visual, um agrupamento ou uma classificação de dados, por exemplo. Lidar com esse problema normalmente exige técnicas de redução de dimensionalidade ou seleção de características. O presente trabalho dá sequência a trabalhos que utilizam técnicas de visualização como suporte para avaliar espaços de características gerados a partir de coleções de imagens. Nele, objetiva-se aprimorar um método baseado na análise visual de conjuntos de imagens empregando a árvore de similaridade Neighbor-Joining que apoia o usuário a selecionar um subespaço de características que mantenha ou melhore os resultados das visualizações do conjunto de imagens. A partir da metodologia proposta, a avaliação e a seleção de características representativas é realizada usando a visualização NJ. A maior parte dos experimentos responde positivamente para diferentes conjuntos de imagens representados por vários extratores, obtendo-se processos de seleção personalizados mais precisos e eficazes, em termos de agrupamento, do que abordagens automáticas reportadas na literatura / In the majority of the image analysis processes there is need for a pre-processing step, in which feature vectors representative of the images are extracted and similarity methods are calculates. A difficult step in the process is to choose amongst the large number of features available, that will define a feature space of high dimensionality, impacting the cost of the subsequent processing tasks, such as visual analysis, clustering and classification. This problem is usually handled by dimension reduction of feature selection techniques. This work extends and improves previous work that employs visualization and visual analysis techniques to support evaluation of feature spaces created from image collections. The goal is to improve a previous method of feature selection through visualization to employ similarity trees via the Neighbor Joining (NJ) algorithm as the basis for the visual layout, as well as to improve the choices of the analyst regarding tools for visual selection of features. The same process can be employed to support evaluation of feature spaces using the NJ visualization. The majorities of experiments results in improvement of spaces generated by various extractors, yielding personalized selection process that are more precisely related to user\'s perspective of the data set and are perform similarly or better than automatic approaches available in the literature. Keywords: information visualization, mining, visual images, visual analysis of the feature space, similarity trees

Ionospheric scintillation is a rapid variation in the amplitude and/or phase of radio signals traveling through the ionosphere. This spatial and time-varying phenomenon is of interest because its occurrence may affect the reception quality of satellite signals. Specialized receivers at strategic regions can track multiple variables related to the phenomenon, generating a database of historical observations on the regional behavior of ionospheric scintillation. The analysis of such data is very challenging, since it consists of time-varying measurements of many variables which are heterogeneous in nature and with possibly many missing values, recorded over extensive time periods. There is a need to introduce alternative intuitive strategies that contribute to experts acquiring further knowledge from the ionospheric scintillation data. Such challenges motivated a study on the applicability of visualization techniques to support tasks of identification of relevant attributes in the study of the behavior of phenomena described by multiple time-varying variables, of which the ionospheric scintillation is a good example. In particular, this thesis introduces a visual analytics framework, named TV-MV Analytics, that supports exploratory tasks on time-varying multivariate data and was developed following the requirements of experts on ionospheric scintillation from the Faculty of Science and Technology of UNESP at Presidente Prudente, Brazil. TV-MV Analytics provides an interactive visual exploration loop to analysts inspecting the behavior of multiple variables at different temporal scales, through temporal representations associated with clustering and multidimensional projection techniques. Analysts can also assess how different feature sub-spaces contribute to characterizing a certain behavior, where they may direct the analysis process and include their domain knowledge in the exploratory analysis. We also illustrate the application of TV-MV Analytics on multivariate time-varying data sets from three alternative application domains. Experimental results indicate the proposed solutions show good potential on assisting time-varying multivariate data mining tasks, since it reduces the effort required from experts to gain deeper insight into the historical behavior of the variables describing a phenomenon or domain. / A cintilação ionosférica é uma variação rápida na amplitude e/ou na fase dos sinais de rádio que viajam através da ionosfera. Este fenômeno espacial e variante no tempo é de grande interesse, pois pode afetar a qualidade de recepção dos sinais de satélite. Receptores especializados em regiões estratégicas podem rastrear múltiplas variáveis relacionadas ao fenômeno, gerando um banco de dados de observações históricas sobre o comportamento regional da cintilação. O estudo do comportamento da cintilação é desafiador, uma vez que requer a análise extensiva de dados multivariados e variantes no tempo, coletados por longos períodos. Medições são registradas continuamente, e são de natureza heterogênea, compreendendo múltiplas variáveis de diferentes categorias e possivelmente com muitos valores faltantes. Portanto, existe a necessidade de introduzir estratégias alternativas, eficientes e intuitivas, que contribuam para a adquisição de conhecimento, a partir dos dados, por especialistas que estudam a cintilação ionosférica. Tais desafios motivaram o estudo da aplicabilidade de técnicas de visualização para apoiar tarefas de identificação de atributos relevantes no estudo do comportamento de fenômenos ou domínios que envolvem múltiplas variáveis, como a cintilação. Em particular, esta tese introduz um arcabouço visual, o qual foi denominado TV-MV Analytics, que apoia tarefas de análise exploratória sobre dados multivariados e variáveis no tempo, inspirado em requisitos de especialistas no estudo da cintilação, vinculados à Faculdade de Ciências e Tecnologia da UNESP de Presidente Prudente, Brasil. O TV-MV Analytics fornece aos analistas um ciclo de interativo de exploração que apoia a inspeção do comportamento temporal de múltiplas variáveis, em diferentes escalas temporais, por meio de representações visuais temporais associadas a técnicas de agrupamento e de projeção multidimensional. Também permite avaliar como diferentes sub-espaços de atributos caracterizam um determinado comportamento, podendo direcionar o processo de análise e inserir seu conhecimento do domínio no processo de análise exploratória. As funcionalidades do TV-MV Analytics também são ilustradas em dados variantes no tempo oriundos de outros três domínios de aplicação. Os resultados experimentais indicaram que as soluções propostas têm bom potencial em tarefas de mineração de dados multivariados e variantes no tempo, uma vez que reduz o esforço e contribui para os especialistas obterem informações detalhadas sobre o comportamento histórico das variáveis que descrevem um determinado fenômeno ou domínio.

Técnicas de visualização de informação, tais como as que utilizam posicionamento de pontos baseado na similaridade do conteúdo, são utilizadas para criar representações visuais de dados que evidenciem certos padrões. Essas técnicas são sensíveis à qualidade dos dados, a qual, por sua vez, depende de uma etapa de pré-processamento muito influente. Esta etapa envolve a limpeza do texto e, em alguns casos, a detecção de termos e seus pesos, bem como a definição de uma função de (dis)similaridade. Poucos são os estudos realizados sobre como esses cálculos de (dis)similaridade afetam a qualidade das representações visuais geradas para dados textuais. Este trabalho apresenta um estudo sobre o papel das diferentes medidas de (dis)similaridade entre pares de textos na geração de mapas visuais. Nos concentramos principalmente em dois tipos de funções de distância, aquelas computadas a partir da representação vetorial do texto (Vector Space Model (VSM)) e em medidas de comparação direta de strings textuais. Comparamos o efeito na geração de mapas visuais com técnicas de posicionamento de pontos, utilizando as duas abordagens. Para isso, foram utilizadas medidas objetivas para comparar a qualidade visual dos mapas, tais como Neighborhood Hit (NH) e Coeficiente de Silhueta (CS). Descobrimos que ambas as abordagens têm pontos a favor, mas de forma geral, o VSM apresentou melhores resultados quanto à discriminação de classes. Porém, a VSM convencional não é incremental, ou seja, novas adições à coleção forçam o recálculo do espaço de dados e das dissimilaridades anteriormente computadas. Nesse sentido, um novo modelo incremental baseado no VSM (Incremental Vector Space Model (iVSM)) foi considerado em nossos estudos comparativos. O iVSM apresentou os melhores resultados quantitativos e qualitativos em diversas configurações testadas. Os resultados da avaliação são apresentados e recomendações sobre a aplicação de diferentes medidas de similaridade de texto em tarefas de análise visual, são oferecidas / Information visualization techniques, such as similarity based point placement, are used for generating of visual data representation that evidence some patterns. These techniques are sensitive to data quality, which depends of a very influential preprocessing step. This step involves cleaning the text and in some cases, detecting terms and their weights, as well as definiting a (dis)similarity function. There are few studies on how these (dis)similarity calculations aect the quality of visual representations for textual data. This work presents a study on the role of the various (dis)similarity measures in generating visual maps. We focus primarily on two types of distance functions, those based on vector representations of the text (Vector Space Model (VSM)) and measures obtained from direct comparison of text strings, comparing the effect on the visual maps obtained with point placement techniques with the two approaches. For this, objective measures were employed to compare the visual quality of the generated maps, such as the Neighborhood Hit and Silhouette Coefficient. We found that both approaches have strengths, but in general, the VSM showed better results as far as class discrimination is concerned. However, the conventional VSM is not incremental, i.e., new additions to the collection force the recalculation of the data space and dissimilarities previously computed. Thus, a new model based on incremental VSM (Incremental Vector Space Model (iVSM)) has been also considered in our comparative studies. iVSM showed the best quantitative and qualitative results in several of the configurations considered. The evaluation results are presented and recommendations on the application of different similarity measures for text analysis tasks visually are provided

Signal processing is used in a wide variety of applications, ranging from digital image processing to biomedicine. Recently, some tools from signal processing have been extended to the context of graphs, allowing its use on irregular domains. Among others, the Fourier Transform and the Wavelet Transform have been adapted to such context. Graph signal processing (GSP) is a new field with many potential applications on data exploration. In this dissertation we show how tools from graph signal processing can be used for visual analysis. Specifically, we proposed a data filtering method, based on spectral graph filtering, that led to high quality visualizations which were attested qualitatively and quantitatively. On the other hand, we relied on the graph wavelet transform to enable the visual analysis of massive time-varying data revealing interesting phenomena and events. The proposed applications of GSP to visually analyze data are a first step towards incorporating the use of this theory into information visualization methods. Many possibilities from GSP can be explored by improving the understanding of static and time-varying phenomena that are yet to be uncovered. / O processamento de sinais é usado em uma ampla variedade de aplicações, desde o processamento digital de imagens até a biomedicina. Recentemente, algumas ferramentas do processamento de sinais foram estendidas ao contexto de grafos, permitindo seu uso em domínios irregulares. Entre outros, a Transformada de Fourier e a Transformada Wavelet foram adaptadas nesse contexto. O Processamento de Sinais em Grafos (PSG) é um novo campo com muitos aplicativos potenciais na exploração de dados. Nesta dissertação mostramos como ferramentas de processamento de sinal gráfico podem ser usadas para análise visual. Especificamente, o método de filtragem de dados porposto, baseado na filtragem de grafos espectrais, levou a visualizações de alta qualidade que foram atestadas qualitativa e quantitativamente. Por outro lado, usamos a transformada de wavelet em grafos para permitir a análise visual de dados massivos variantes no tempo, revelando fenômenos e eventos interessantes. As aplicações propostas do PSG para analisar visualmente os dados são um primeiro passo para incorporar o uso desta teoria nos métodos de visualização da informação. Muitas possibilidades do PSG podem ser exploradas melhorando a compreensão de fenômenos estáticos e variantes no tempo que ainda não foram descobertos.

Ionospheric scintillation is a rapid variation in the amplitude and/or phase of radio signals traveling through the ionosphere. This spatial and time-varying phenomenon is of interest because its occurrence may affect the reception quality of satellite signals. Specialized receivers at strategic regions can track multiple variables related to the phenomenon, generating a database of historical observations on the regional behavior of ionospheric scintillation. The analysis of such data is very challenging, since it consists of time-varying measurements of many variables which are heterogeneous in nature and with possibly many missing values, recorded over extensive time periods. There is a need to introduce alternative intuitive strategies that contribute to experts acquiring further knowledge from the ionospheric scintillation data. Such challenges motivated a study on the applicability of visualization techniques to support tasks of identification of relevant attributes in the study of the behavior of phenomena described by multiple time-varying variables, of which the ionospheric scintillation is a good example. In particular, this thesis introduces a visual analytics framework, named TV-MV Analytics, that supports exploratory tasks on time-varying multivariate data and was developed following the requirements of experts on ionospheric scintillation from the Faculty of Science and Technology of UNESP at Presidente Prudente, Brazil. TV-MV Analytics provides an interactive visual exploration loop to analysts inspecting the behavior of multiple variables at different temporal scales, through temporal representations associated with clustering and multidimensional projection techniques. Analysts can also assess how different feature sub-spaces contribute to characterizing a certain behavior, where they may direct the analysis process and include their domain knowledge in the exploratory analysis. We also illustrate the application of TV-MV Analytics on multivariate time-varying data sets from three alternative application domains. Experimental results indicate the proposed solutions show good potential on assisting time-varying multivariate data mining tasks, since it reduces the effort required from experts to gain deeper insight into the historical behavior of the variables describing a phenomenon or domain. / A cintilação ionosférica é uma variação rápida na amplitude e/ou na fase dos sinais de rádio que viajam através da ionosfera. Este fenômeno espacial e variante no tempo é de grande interesse, pois pode afetar a qualidade de recepção dos sinais de satélite. Receptores especializados em regiões estratégicas podem rastrear múltiplas variáveis relacionadas ao fenômeno, gerando um banco de dados de observações históricas sobre o comportamento regional da cintilação. O estudo do comportamento da cintilação é desafiador, uma vez que requer a análise extensiva de dados multivariados e variantes no tempo, coletados por longos períodos. Medições são registradas continuamente, e são de natureza heterogênea, compreendendo múltiplas variáveis de diferentes categorias e possivelmente com muitos valores faltantes. Portanto, existe a necessidade de introduzir estratégias alternativas, eficientes e intuitivas, que contribuam para a adquisição de conhecimento, a partir dos dados, por especialistas que estudam a cintilação ionosférica. Tais desafios motivaram o estudo da aplicabilidade de técnicas de visualização para apoiar tarefas de identificação de atributos relevantes no estudo do comportamento de fenômenos ou domínios que envolvem múltiplas variáveis, como a cintilação. Em particular, esta tese introduz um arcabouço visual, o qual foi denominado TV-MV Analytics, que apoia tarefas de análise exploratória sobre dados multivariados e variáveis no tempo, inspirado em requisitos de especialistas no estudo da cintilação, vinculados à Faculdade de Ciências e Tecnologia da UNESP de Presidente Prudente, Brasil. O TV-MV Analytics fornece aos analistas um ciclo de interativo de exploração que apoia a inspeção do comportamento temporal de múltiplas variáveis, em diferentes escalas temporais, por meio de representações visuais temporais associadas a técnicas de agrupamento e de projeção multidimensional. Também permite avaliar como diferentes sub-espaços de atributos caracterizam um determinado comportamento, podendo direcionar o processo de análise e inserir seu conhecimento do domínio no processo de análise exploratória. As funcionalidades do TV-MV Analytics também são ilustradas em dados variantes no tempo oriundos de outros três domínios de aplicação. Os resultados experimentais indicaram que as soluções propostas têm bom potencial em tarefas de mineração de dados multivariados e variantes no tempo, uma vez que reduz o esforço e contribui para os especialistas obterem informações detalhadas sobre o comportamento histórico das variáveis que descrevem um determinado fenômeno ou domínio.

Técnicas de visualização de informação, tais como as que utilizam posicionamento de pontos baseado na similaridade do conteúdo, são utilizadas para criar representações visuais de dados que evidenciem certos padrões. Essas técnicas são sensíveis à qualidade dos dados, a qual, por sua vez, depende de uma etapa de pré-processamento muito influente. Esta etapa envolve a limpeza do texto e, em alguns casos, a detecção de termos e seus pesos, bem como a definição de uma função de (dis)similaridade. Poucos são os estudos realizados sobre como esses cálculos de (dis)similaridade afetam a qualidade das representações visuais geradas para dados textuais. Este trabalho apresenta um estudo sobre o papel das diferentes medidas de (dis)similaridade entre pares de textos na geração de mapas visuais. Nos concentramos principalmente em dois tipos de funções de distância, aquelas computadas a partir da representação vetorial do texto (Vector Space Model (VSM)) e em medidas de comparação direta de strings textuais. Comparamos o efeito na geração de mapas visuais com técnicas de posicionamento de pontos, utilizando as duas abordagens. Para isso, foram utilizadas medidas objetivas para comparar a qualidade visual dos mapas, tais como Neighborhood Hit (NH) e Coeficiente de Silhueta (CS). Descobrimos que ambas as abordagens têm pontos a favor, mas de forma geral, o VSM apresentou melhores resultados quanto à discriminação de classes. Porém, a VSM convencional não é incremental, ou seja, novas adições à coleção forçam o recálculo do espaço de dados e das dissimilaridades anteriormente computadas. Nesse sentido, um novo modelo incremental baseado no VSM (Incremental Vector Space Model (iVSM)) foi considerado em nossos estudos comparativos. O iVSM apresentou os melhores resultados quantitativos e qualitativos em diversas configurações testadas. Os resultados da avaliação são apresentados e recomendações sobre a aplicação de diferentes medidas de similaridade de texto em tarefas de análise visual, são oferecidas / Information visualization techniques, such as similarity based point placement, are used for generating of visual data representation that evidence some patterns. These techniques are sensitive to data quality, which depends of a very influential preprocessing step. This step involves cleaning the text and in some cases, detecting terms and their weights, as well as definiting a (dis)similarity function. There are few studies on how these (dis)similarity calculations aect the quality of visual representations for textual data. This work presents a study on the role of the various (dis)similarity measures in generating visual maps. We focus primarily on two types of distance functions, those based on vector representations of the text (Vector Space Model (VSM)) and measures obtained from direct comparison of text strings, comparing the effect on the visual maps obtained with point placement techniques with the two approaches. For this, objective measures were employed to compare the visual quality of the generated maps, such as the Neighborhood Hit and Silhouette Coefficient. We found that both approaches have strengths, but in general, the VSM showed better results as far as class discrimination is concerned. However, the conventional VSM is not incremental, i.e., new additions to the collection force the recalculation of the data space and dissimilarities previously computed. Thus, a new model based on incremental VSM (Incremental Vector Space Model (iVSM)) has been also considered in our comparative studies. iVSM showed the best quantitative and qualitative results in several of the configurations considered. The evaluation results are presented and recommendations on the application of different similarity measures for text analysis tasks visually are provided

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-04T13:59:37Z No. of bitstreams: 1 MAXWELL GUIMARÃES DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGCC 2012..pdf: 28277196 bytes, checksum: 398cd7b385ee61c414d0086810fbeeed (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-04T13:59:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MAXWELL GUIMARÃES DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGCC 2012..pdf: 28277196 bytes, checksum: 398cd7b385ee61c414d0086810fbeeed (MD5) Previous issue date: 2012-08-20 / Capes / Atualmente, há um volume considerável de dados espaço-temporais disponíveis em vários meios, sobretudo na Internet. A visualização de dados espaço-temporais é uma tarefa complexa, que requer uma série de recursos visuais apropriados para que, em conjunto, possam permitir aos usuários uma correta interpretação das informações analisadas. Além do emprego de técnicas de visualização, a utilização de técnicas de descoberta de conhecimento em bancos de dados tem se mostrado relevante no auxílio à análise exploratória de relacionamentos em dados espaço-temporais. O levantamento do estado da arte em visualização de dados espaço-temporais leva à conclusão de que a área ainda é deficiente em soluções para visualização e análise desses tipos. Muitas abordagens abrangem somente questões espaciais, desprezando as características temporais desses dados. Inserido nesse contexto, o principal objetivo deste trabalho é melhorar a experiência do usuário em visualização e análise espaço-temporal, indo além do universo da visualização dos dados espaço-temporais brutos e considerando, também, a importância em visualização de dados espaço-temporais derivados de um processo de descoberta de conhecimento, mais especificamente algoritmos de clustering. Esse objetivo é atingido com a definição de uma abordagem inovadora em visualização de dados espaço-temporais, e de sua implementação, denominada GeoSTAT (Geographic SpatioTemporal Analysis Tool), que engloba pontos importantes observados nas principais abordagens existentes e acrescenta, principalmente, técnicas de visualização voltadas à dimensão temporal e à utilização de algoritmos de clustering, valorizando características até então pouco exploradas em dados espaço-temporais. A validação deste trabalho ocorre por meio de dois estudos de caso, onde cada um aborda dados espaço-temporais de um domínio específico, para demonstrar a experiência do usuário final diante das técnicas de visualização reunidas na abordagem proposta. / Nowadays, there is a considerable amount of spatiotemporal data available in various media, especially on the Internet. The visualization of spatiotemporal data is a complex task that requires a series of visual suitable resources which can enable users to have a correct interpretation of the data. Apart from the use of visualization techniques, the use of techniques of knowledge discovery in databases has proven relevantfor the exploratory analysis of relationships in spatiotemporal data. The state of the art in visualization of spatiotemporal data leads to the conclusion that the area is still deficient in solutions for viewing and analysis of those data. Many approaches cover only spatial issues, ignoring the temporal characteristics of such data. Inserted in this context, the main objective of this work is to improve the user experience in spatiotemporal visualization and analysis, going beyond the universe of visualization of spatiotemporal raw data and also considering the importance of visualization of spatiotemporal data derived from a knowledge discovery process, more specifically clustering algorithms. This goal is achieved by defining an innovative approach for the analysis and visualization of spatiotemporal data, and its implementation, called GeoSTAT (Spatiotemporal Geographic Analysis Tool), which includes importam points in the main existing approaches and adds especially visualization techniques geared to the temporal dimension and the use of clustering algorithms, enhancing unexplored features in spatiotemporal data. The validation of this work occurs through two case studies, where each one deals with spatiotemporal data of a specific domain to demonstrate the end-user experience on the visualization techniques combined in the proposed approach.

Signal processing is used in a wide variety of applications, ranging from digital image processing to biomedicine. Recently, some tools from signal processing have been extended to the context of graphs, allowing its use on irregular domains. Among others, the Fourier Transform and the Wavelet Transform have been adapted to such context. Graph signal processing (GSP) is a new field with many potential applications on data exploration. In this dissertation we show how tools from graph signal processing can be used for visual analysis. Specifically, we proposed a data filtering method, based on spectral graph filtering, that led to high quality visualizations which were attested qualitatively and quantitatively. On the other hand, we relied on the graph wavelet transform to enable the visual analysis of massive time-varying data revealing interesting phenomena and events. The proposed applications of GSP to visually analyze data are a first step towards incorporating the use of this theory into information visualization methods. Many possibilities from GSP can be explored by improving the understanding of static and time-varying phenomena that are yet to be uncovered. / O processamento de sinais é usado em uma ampla variedade de aplicações, desde o processamento digital de imagens até a biomedicina. Recentemente, algumas ferramentas do processamento de sinais foram estendidas ao contexto de grafos, permitindo seu uso em domínios irregulares. Entre outros, a Transformada de Fourier e a Transformada Wavelet foram adaptadas nesse contexto. O Processamento de Sinais em Grafos (PSG) é um novo campo com muitos aplicativos potenciais na exploração de dados. Nesta dissertação mostramos como ferramentas de processamento de sinal gráfico podem ser usadas para análise visual. Especificamente, o método de filtragem de dados porposto, baseado na filtragem de grafos espectrais, levou a visualizações de alta qualidade que foram atestadas qualitativa e quantitativamente. Por outro lado, usamos a transformada de wavelet em grafos para permitir a análise visual de dados massivos variantes no tempo, revelando fenômenos e eventos interessantes. As aplicações propostas do PSG para analisar visualmente os dados são um primeiro passo para incorporar o uso desta teoria nos métodos de visualização da informação. Muitas possibilidades do PSG podem ser exploradas melhorando a compreensão de fenômenos estáticos e variantes no tempo que ainda não foram descobertos.