O desenvolvimento da tecnologia e a propagação de sistemas computacionais nos mais variados domínios do conhecimento têm contribuído para a geração e o armazenamento de uma quantidade constantemente crescente de dados, em uma velocidade maior da que somos capazes de processar. De um modo geral, a principal razão para o armazenamento dessa enorme quantidade de dados é a utilização deles em benefício da humanidade. Diversas áreas têm se dedicado à pesquisa e a proposta de métodos e processos para tratar esses dados. Um desses processos é a Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados, a qual tem como objetivo extrair conhecimento a partir das informações contidas nesses dados. Para alcançar esse objetivo, usualmente são construídos modelos (hipóteses), os quais podem ser gerados com o apoio de diferentes áreas tal como a de Aprendizado de Máquina. A Seleção de Atributos desempenha uma tarefa essencial dentro desse processo, pois representa um problema de fundamental importância em aprendizado de máquina, sendo freqüentemente realizada como uma etapa de pré-processamento. Seu objetivo é selecionar os atributos mais importantes, pois atributos não relevantes e/ou redundantes podem reduzir a precisão e a compreensibilidade das hipóteses induzidas por algoritmos de aprendizado supervisionado. Vários algoritmos para a seleção de atributos relevantes têm sido propostosna literatura. Entretanto, trabalhos recentes têm mostrado que também deve-se levar em conta a redundância para selecionar os atributos importantes, pois os atributos redundantes também afetam a qualidade das hipóteses induzidas. Para selecionar alguns e descartar outros, é preciso determinar a importância dos atributos segundo algum critério. Entre os vários critérios de importância de atributos propostos, alguns estão baseados em medidas de distância, consistência ou informação, enquanto outros são fundamentados em medidas de dependência. Outra questão essencial são as avaliações experimentais, as quais representam um importante instrumento de estimativa de performance de algoritmos de seleção de atributos, visto que não existe análise matemática que permita predizer que algoritmo de seleção de atributos será melhor que outro. Essas comparações entre performance de algoritmos são geralmente realizadas por meio da análise do erro do modelo construído a partir dos subconjuntos de atributos selecionados por esses algoritmos. Contudo, somente a consideração desse parâmetro não é suficiente; outras questões devem ser consideradas, tal como a percentagem de redução da quantidade de atributos desses subconjuntos de atributos selecionados. Neste trabalho é proposto um algoritmo que separa as análises de relevância e de redundância de atributos e introduz a utilização da Dimensão Fractal para tratar atributos redundantes em aprendizado supervisionado. É também proposto um modelo de avaliação de performance de algoritmos de seleção de atributos baseado no erro da hipótese construída e na percentagem de redução da quantidade de atributos selecionados. Resultados experimentais utilizando vários conjuntos de dados e diversos algoritmos consolidados na literatura, que selecionam atributos importantes, mostram que nossa proposta é competitiva com esses algoritmos. Outra questão importante relacionada à extração de conhecimento a partir de bases de dados é o formato no qual os dados estão representados. Usualmente, é necessário que os exemplos estejam descritos no formato atributo-valor. Neste trabalho também propomos um metodologia para dar suporte, por meio de um processo semi-automático, à construção de conjuntos de dados nesse formato, originados de informações de pacientes contidas em laudos médicos que estão descritos em linguagem natural. Esse processo foi aplicado com sucesso a um caso real. / Progress in computer systems and devices applied to a different number of fields, have made it possible to collect and store an increasing amount of data. Moreover, this technological advance enables the storage of a huge amount of data which is difficult to process unless new approaches are used. The main reason to maintain all these data is to use it in a general way for the benefit of humanity. Many areas are engaged in the research and proposal of methods and processes to deal with this growing data. One such process is Knowledge Discovery from Databases, which aims at finding valuable and interesting knowledge which may be hidden inside the data. In order to extract knowledge from data, models (hypothesis) are usually developed supported by many fields such as Machine Learning. Feature Selection plays an important role in this process since it represents a central problem in machine learning and is frequently applied as a data pre-processing step. Its objective is to choose a subset from the original features that describes a data set, according to some importance criterion, by removing irrelevant and/or redundant features, as they may decrease data quality and reduce comprehensibility of hypotheses induced by supervised learning algorithms. Most of the state-of-art feature selection algorithms mainly focus on finding relevant features. However, it has been shown that relevance alone is not sufficient to select important features. Different approaches have been proposed to select features, among them the filter approach. The idea of this approach is to remove features before the model's induction takes place, based on general characteristics from the data set. For the purpose of selecting features and discarding others, it is necessary to measure the features' goodness, and many importance measures have been proposed. Some of them are based on distance measures, consistency of data and information content, while others are founded on dependence measures. As there is no mathematical analysis capable of predicting whether a feature selection algorithm will produce better feature subsets than others, it is important to empirically evaluate the performance of these algorithms. Comparisons among algorithms' performance is usually carried out through the model's error analysis. Nevertheless, this sole parameter is not complete enough, and other issues, such as percentage of the feature's subset reduction should also be taken into account. In this work we propose a filter that decouples features' relevance and redundancy analysis, and introduces the use of Fractal Dimension to deal with redundant features. We also propose a performance evaluation model based on the constructed hypothesis' error and the percentage of reduction obtained from the selected feature subset. Experimental results obtained using well known feature selection algorithms on several data sets show that our proposal is competitive with them. Another important issue related to knowledge extraction from data is the format the data is represented. Usually, it is necessary to describe examples in the so-called attribute-value format. This work also proposes a methodology to support, through a semi-automatic process, the construction of a database in the attribute-value format from patient information contained in medical findings which are described in natural language. This process was successfully applied to a real case.

Um sistema de aprendizado supervisionado é um programa capaz de realizar decisões baseado na experiência contida em casos resolvidos com sucesso. As regras de classificação induzidas por um sistema de aprendizado podem ser analisadas segundo dois critérios: a complexidade dessas regras e o erro de classificação sobre um conjunto independente de exemplos. Sistemas de aprendizado têm sido desenvolvidos na prática utilizando diferentes paradigmas incluindo estatística, redes neurais, bem como sistemas de aprendizado simbólico proposicionais e relacionais. Diversos métodos de aprendizado podem ser aplicados à mesma amostra de dados e alguns deles podem desempenhar melhor que outros. Para uma dada aplicação, não existem garantias que qualquer um desses métodos é necessariamente o melhor. Em outras palavras, não existe uma análise matemática que possa determinar se um algoritmo de aprendizado irá desempenhar melhor que outro. Desta forma, estudos experimentais são necessários. Neste trabalho nos concentramos em uma tarefa de aprendizado conhecida como classificação ou predição, na qual o problema consiste na construção de um procedimento de classificação a partir de um conjunto de casos no qual as classes verdadeiras são conhecidas, chamado de aprendizado supervisionado. O maior objetivo de um classificador é ser capaz de predizer com sucesso a respeito de novos casos. A performance de um classificador é medida em termos da taxa de erro. Técnicas experimentais para estimar a taxa de erro verdadeira não somente provêem uma base para comparar objetivamente as performances de diversos algoritmos de aprendizado no mesmo conjunto de exemplos, mas também podem ser uma ferramenta poderosa para projetar um classificador. As técnicas para estimar a taxa de erro são baseadas na teoria estatística de resampling. Um ambiente chamado AMPSAM foi implementado para ajudar na aplicação dos métodos de resampling em conjuntos de exemplos do mundo real. AMPSAM foi projetado como uma coleção de programas independentes, os quais podem interagir entre si através de scripts pré-definidos ou de novos scripts criados pelo usuário. O ambiente utiliza um formato padrão para arquivos de exemplos o qual é independente da sintaxe de qualquer algoritmo. AMPSAM também inclui ferramentas para particionar conjuntos de exemplos em conjuntos de treinamento e teste utilizando diferentes métodos de resampling. Além do método holdout, que é o estimador de taxa de erro mais comum, AMPSAM suporta os métodos n-fold cross-validation --- incluindo o leaning-one-out --- e o método bootstrap. As matrizes de confusão produzidas em cada iteração utilizando conjuntos de treinamento e teste podem ser fornecidas a um outro sistema implementado chamado SMEC. Este sistema calcula e mostra graficamente algumas das medidas descritivas mais importantes relacionadas com tendência central e dispersão dos dados. Este trabalho também relata os resultados experimentais a respeito de medidas do erro de classificação de três classificadores proposicionais e relacionais bem conhecidos, utilizando ambos os sistemas implementados, em diversos conjuntos de exemplos freqüentemente utilizados em pesquisas de Aprendizado de Máquina. / A learning system is a computer program that makes decisions based on the accumulative experience contained in successfully solved cases. The classification rules induced by a learning system are judged by two criteria: their classification error on an independent test set and their complexity. Practical learning systems have been developed using different paradigms including statistics, neural nets, as well as propositional and relational symbolic machine learning. Several learning methods can be applied to the same sample data and some of them may do better than others. Still, for a given application, there is no guarantee that any of these methods will work or that any single method is necessarily the best one. In other words, there is not a mathematical analysis method that can determine whether a learning system algorithm will work well. Hence, experimental studies are required. In this work we confine our attention to the learning task known as classification or prediction, where the problem concerns the construction of a classification procedure from a set of data for which the true classes are known, and is termed supervised learning. The overall objective of a classifier is to be able to predict successfully on new data. Performance is measured in terms of the error rate. Error rate estimation techniques not only provide a basis for objectively comparing the error rate of several classifiers on the same data and then estimating their future performance on new data, but they can also be a powerful tool for designing a classifier. The techniques of error rate estimation are based on statistical resampling theory. In this work, rules induced complexity of propositional and relational learning systems as well as several resampling methods to estimate the true error rate are discussed. An environment called AMPSAM has been implemented to aid in the application of resampling methods to real world data sets. AMPSAM consists of a collection of interdependent programs that can be bound together either by already defined or by new user defined scripts. The environment uses a common file format for data sets which is independent of any specific classifier scheme. It also includes facilities for splitting data sets up into test and training sets using different methods. Besides holdout, which is the most common accuracy estimation method, AMPSAM supports n-fold cross-validation --- including leaving-one-out --- and bootstrap. The confusion matrices produced in each run using those test and training sets can be input to another system called SMEC. This system calculates and graphically displays some of the most important descriptive measures related to central tendency and dispersion of those data. This work also reports the results of experiments measuring the classification error of three well known propositional and relational classifiers, using the implemented systems, on several data sets commonly used in Machine Learning research.

Random Forest é uma técnica computacionalmente eciente que pode operar rapida-mente sobre grandes bases de dados. Ela tem sido usada em muitos projetos de pesquisa recentes e aplicações do mundo real em diversos domínios, entre eles a bioinformática uma vez que a Random Forest consegue lidar com bases que apresentam muitos atributos e poucos exemplos. Porém, ela é de difícil compreensão para especialistas humanos de diversas áreas. A pesquisa de mestrado aqui relatada tem como objetivo criar um modelo simbólico, ou seja, uma única árvore a partir da Random Forest para a classicação de bases de dados de expressão gênica. Almeja-se assim, aumentar a compreensão por parte dos especialistas humanos sobre o processo que classica os exemplos no mundo real tentando manter um bom desempenho. Os resultados iniciais obtidos com o algoritmo aqui proposto são pro-missores, uma vez que ela apresenta, em alguns casos, desempenho melhor do que outro algoritmo amplamente utilizado (J48) e um pouco inferior à Random Forest. Além disso, a árvore criada apresenta, no geral, tamanho menor do que a árvore criada pelo algoritmo J48. / Random Forest is a computationally ecient technique which can operate quickly over large datasets. It has been used in many research projects and recent real-world applications in several elds, including bioinformatics since Random Forest can handle datasets having many attributes, and few examples. However, it is dicult for human experts to understand it. The research reported here aims to create a symbolic model, i.e. a single tree from a Random Forest for the classication of gene expression datasets. Thus, we hope to increase the understanding by human experts on the process that classies the examples in the real world trying to keep a good performance. Initial results obtained from the proposed algorithm are promising since it presents in some cases performance better than other widely used algorithm (J48) and a slightly lower than a Random Forest. Furthermore, the induced tree presents, in general, a smaller size than the tree built by the algorithm J48.

O Aprendizado de Máquina trata da questão de como desenvolver programas de computador capazes de aprender um conceito ou hipótese a partir de um conjunto de exemplos ou casos observados. Baseado no conjunto de treinamento o algoritmo de aprendizado induz a classificação de uma hipótese capaz de determinar corretamente a classe de novos exemplos ainda não rotulados. Linguagens de descrição são necessárias para escrever exemplos, conhecimento do domínio bem como as hipóteses aprendidas a partir dos exemplos. Em geral, essas linguagens podem ser divididas em dois tipos: linguagem baseada em atributo-valor ou proposicional e linguagem relacional. Algoritmos de aprendizado são classificados como proposicional ou relacional dependendo da liguagem de descrição que eles utilizam. Além disso, no aprendizado simbólico o objetivo é gerar a classificação de hipóteses que possam ser facilmente interpretadas pelos humanos. Algoritmos de aprendizado proposicional utilizam a representação atributo-valor, a qual é inadequada para representar objetos estruturados e relações entre esses objetos. Por outro lado, a Programação lógica Indutiva (PLI) é realizada com o desenvolvimento de técnicas e ferramentas para o aprendizado relacional. Sistemas de PLI são capazes de aprender levando em consideração conhecimento do domínio na forma de um programa lógico e também usar a linguagem de programas lógicos para descrever o conhecimento induzido. Neste trabalho foi implementado um módulo chamado Kaeru para converter dados no formato atributo-valor para o formato relacional utilizado pelo sistema de PLI Aleph. Uma série de experimentos foram realizados com quatro conjuntos de dados naturais e um conjunto de dados real no formato atributo valor. Utilizando o módulo conversor Kaeru esses dados foram convertidos para o formato relacional utilizado pelo Aleph e hipóteses de classificação foram induzidas utilizando aprendizado proposicional bem como aprendizado relacional. É mostrado também, que o aprendizado proposicional pode ser utilizado para incrementar o conhecimento do domínio utilizado pelos sistemas de aprendizado relacional para melhorar a qualidade das hipóteses induzidas. / Machine Learning addresses the question of how to build computer programs that learn a concept or hypotheses from a set of examples, objects or cases. Descriptive languages are necessary in machine learning to describe the set of examples, domain knowledge as well as the hypothesis learned from these examples. In general, these languages can be divided into two types: languages based on attribute values, or em propositional languages, and relational languages. Learning algorithms are often classified as propositional or relational taking into consideration the descriptive language they use. Typical propositional learning algorithms employ the attribute value representation, which is inadequate for problem-domains that require reasoning about the structure of objects in the domain and relations among such objects. On the other hand, Inductive Logig Programming (ILP) is concerned with the development of techniques and tools for relational learning. ILP systems are able to take into account domain knowledge in the form of a logic program and also use the language of logic programs for describing the induced knowledge or hypothesis. In this work we propose and implement a module, named kaeru, to convert data in the attribute-value format to the relational format used by the ILP system Aleph. We describe a series of experiments performed on four natural data sets and one real data set in the attribute value format. Using the kaeru module these data sets were converted to the relational format used by Aleph and classifying hipoteses were induced using propositional as well as relational learning. We also show that propositional knowledge can be used to increment the background knowledge used by relational learners in order to improve the induded hypotheses quality.

A área de aprendizado de máquina adquiriu grande importância na última década graças à sua capacidade de analisar conjuntos de dados complexos em larga escala. Em diversas áreas do conhecimento existe a demanda pela análise de dados por especialistas, seja para obter agrupamentos latentes ou classificar instâncias em classes conhecidas. As ferramentas acessíveis a especialistas leigos em programação são limitadas a problemas específicos e demandam um custo de desenvolvimento às vezes proibitivo, sendo interessante buscar por ferramentas genéricas e aplicáveis a qualquer área do conhecimento. Este trabalho busca estender e implementar uma metodologia genérica de aprendizado de máquina capaz de analisar quaisquer conjuntos de arquivos de forma praticamente livre de configuração. Foram obtidos resultados satisfatórios de sua aplicação em um conjunto amplo de problemas para agrupamento e classificação de executáveis, spam e detecção de línguas. / Machine learning has rised in importance in the last decade thanks to its power to analyse complex datasets in large scale. At several areas of knowledge there is a demand for data analysis by domain experts, be it for discovering latent clusters or classifying instances into known groups. The tools available for experts that do not master computer programming are limited to specific tasks and demand a high development cost, which sometimes is prohibitive. It is interesting, then, to develop generic tools useful to any area of knowledge. This masters thesis seeks to extend and implement a generic machine learning methodology capable of analysing any set of files mostly free of configuration. Its application produced satisfactory results in a wide set of clustering and classification problems over binary executables, spam classification, and language identification.

Recentemente, a área de mineração de fluxos contínuos de dados ganhou importância, a qual visa extrair informação útil a partir de conjuntos massivos e contínuos de dados que evoluem com o tempo. Uma das técnicas que mais se destaca nessa área e a de agrupamento de dados, a qual busca estruturar grandes volumes de dados em hierarquias ou partições, tais que objetos mais similares estejam em um mesmo grupo. Diversos algoritmos foram propostos nesse contexto, porém a maioria concentrou-se no agrupamento de fluxos compostos por pontos em um espaço multidimensional. Poucos trabalhos voltaram-se para o agrupamento de séries temporais, as quais se caracterizam por serem coleções de observações coletadas sequencialmente no tempo. Técnicas atuais para agrupamento de séries temporais em fluxos contínuos apresentam uma limitação na escolha da medida de similaridade, a qual na maioria dos casos e baseada em uma simples correlação, como a de Pearson. Este trabalho mostra que até para modelos clássicos de séries temporais, como os de Box e Jenkins, a correlação de Pearson não é capaz de detectar similaridade, apesar das séries serem provenientes de um mesmo modelo matemático e com mesma parametrização. Essa limitação nas técnicas atuais motivou este trabalho a considerar os modelos geradores de séries temporais, ou seja, as equações que regem sua geração, por meio de diversas medidas descritivas, tais como a Autoinformação Mútua, o Expoente de Hurst e várias outras. A hipótese considerada e que, por meio do uso de medidas descritivas, pode-se obter uma melhor caracterização do modelo gerador de séries temporais e, consequentemente, um agrupamento de maior qualidade. Nesse sentido, foi realizada uma avaliação de diversas medidas descritivas, as quais foram usadas como entrada para um novo algoritmo de agrupamento baseado em árvores, denominado TS-Stream. Experimentos com bases sintéticas compostas por diversos modelos de séries temporais foram realizados, mostrando a superioridade de TS-Stream sobre ODAC, a técnica mais popular para esta tarefa encontrada na literatura. Experimentos com séries reais provenientes de preços de ações da NYSE e NASDAQ mostraram que o uso de TS-Stream na escolha de ações, por meio da criação de uma carteira de investimentos diversificada, pode aumentar os retornos das aplicações em várias ordens de grandeza, se comparado a estratégias baseadas somente no indicador econômico Moving Average Convergence Divergence / Recently, the data streams mining area has gained importance, which aims to extract useful information from massive and continuous data sources that evolve over time. One of the most popular techniques in this area is clustering, which aims to structure large volumes of data into hierarchies or partitions, such that similar objects are placed in the same group. Several algorithms were proposed in this context, however most of them focused on the clustering of streams composed of multidimensional points. Few studies have focused on clustering streaming time series, which are characterized by being collections of observations sampled sequentially along time. Current techniques for clustering streaming time series have a limitation in the choice of the similarity measure, as most are based on a simple correlation, such as Pearson. This thesis shows that even for classic time series models, such as those from Box and Jenkins, the Pearson correlation is not capable of detecting similarity, despite dealing with series originating from the same mathematical model and the same parametrization. This limitation in current techniques motivated this work to consider time series generating models, i.e., generating equations, through the use of several descriptive measures, such as Auto Mutual Information, the Hurst Exponent and several others. The hypothesis is that through the use of several descriptive measures, a better characterization of time series generating models can be achieved, which in turn will lead to better clustering quality. In that context, several descriptive measures were evaluated and then used as input to a new tree-based clustering algorithm, entitled TS-Stream. Experiments were conducted with synthetic data sets composed of various time series models, confirming the superiority of TS-Stream when compared to ODAC, the most successful technique in the literature for this task. Experiments with real-world time series from stock market data of the NYSE and NASDAQ showed that the use of TS-Stream in the selection of stocks, by the creation of a diversified portfolio, can increase the returns of the investment in several orders of magnitude when compared to trading strategies solely based on the Moving Average Convergence Divergence financial indicator

No Aprendizado de Máquina Supervisionado---AM---o algoritmo de indução trabalha com um conjunto de exemplos de treinamento, no qual cada exemplo é constituído de um vetor com os valores dos atributos e as classes, e tem como tarefa induzir um classificador capaz de predizer a qual classe pertence um novo exemplo. Em geral, os algoritmos de indução baseiam-se nos exemplos de treinamento para a construção do classificador, sendo que uma representação inadequada desses exemplos, bem como inconsistências nos mesmos podem tornar a tarefa de aprendizado difícil. Um dos problemas centrais de AM é a Seleção de um Subconjunto de Atributos---SSA---cujo objetivo é diminuir o número de atributos utilizados na representação dos exemplos. São três as principais razões para a realização de SSA. A primeira razão é que a maioria dos algoritmos de AM, computacionalmente viáveis, não trabalham bem na presença de vários atributos. A segunda razão é que, com um número menor de atributos, o conceito induzido através do classificador pode ser melhor compreendido. E, a terceira razão é o alto custo para coletar e processar grande quantidade de informações. Basicamente, são três as abordagens para a SSA: embedded, filtro e wrapper. A Teoria de Rough Sets---RS---é uma abordagem matemática criada no início da década de 80, cuja principal funcionalidade são os redutos, e será tratada neste trabalho. Segundo essa abordagem, os redutos são subconjuntos mínimos de atributos que possuem a propriedade de preservar o poder de descrição do conceito relacionado ao conjunto de todos os atributos. Neste trabalho o enfoque esta na abordagem filtro para a realização da SSA utilizando como filtro os redutos calculados através de RS. São descritos vários experimentos sobre nove conjuntos de dados naturais utilizando redutos, bem como outros filtros para SSA. Feito isso, os atributos selecionados foram submetidos a dois algoritmos simbólicos de AM. Para cada conjunto de dados e indutor, foram realizadas várias medidas, tais como número de atributos selecionados, precisão e números de regras induzidas. Também, é descrito um estudo de caso sobre um conjunto de dados do mundo real proveniente da área médica. O objetivo desse estudo pode ser dividido em dois focos: comparar a precisão dos algoritmos de indução e avaliar o conhecimento extraído com a ajuda do especialista. Embora o conhecimento extraído não apresente surpresa, pôde-se confirmar algumas hipóteses feitas anteriormente pelo especialista utilizando outros métodos. Isso mostra que o Aprendizado de Máquina também pode ser visto como uma contribuição para outros campos científicos. / In Supervised Machine Learning---ML---an induction algorithm is typically presented with a set of training examples, where each example is described by a vector of feature values and a class label. The task of the induction algorithm is to induce a classifier that will be useful in classifying new cases. In general, the inductive-learning algorithms rely on existing provided data to build their classifiers. Inadequate representation of the examples through the description language as well as inconsistencies in the training examples can make the learning task hard. One of the main problems in ML is the Feature Subset Selection---FSS---problem, i.e. the learning algorithm is faced with the problem of selecting some subset of feature upon which to focus its attention, while ignoring the rest. There are three main reasons that justify doing FSS. The first reason is that most ML algorithms, that are computationally feasible, do not work well in the presence of many features. The second reason is that FSS may improve comprehensibility, when using less features to induce symbolic concepts. And, the third reason for doing FSS is the high cost in some domains for collecting data. Basically, there are three approaches in ML for FSS: embedded, filter and wrapper. The Rough Sets Theory---RS---is a mathematical approach developed in the early 1980\'s whose main functionality are the reducts, and will be treated in this work. According to this approach, the reducts are minimal subsets of features capable to preserve the same concept description related to the entire set of features. In this work we focus on the filter approach for FSS using as filter the reducts obtained through the RS approach. We describe a series of FSS experiments on nine natural datasets using RS reducts as well as other filters. Afterwards we submit the selected features to two symbolic ML algorithms. For each dataset, various measures are taken to compare inducers performance, such as number of selected features, accuracy and number of induced rules. We also present a case study on a real world dataset from the medical area. The aim of this case study is twofold: comparing the induction algorithms performance as well as evaluating the extracted knowledge with the aid of the specialist. Although the induced knowledge lacks surprising, it allows us to confirm some hypothesis already made by the specialist using other methods. This shows that Machine Learning can also be viewed as a contribution to other scientific fields.

Redes complexas é um campo de pesquisa científica recente e bastante ativo que estuda redes de larga escala com estruturas topológicas não triviais, tais como redes de computadores, redes de telecomunicações, redes de transporte, redes sociais e redes biológicas. Muitas destas redes são naturalmente divididas em comunidades ou módulos e, portanto, descobrir a estrutura dessas comunidades é um dos principais problemas abordados no estudo de redes complexas. Tal problema está relacionado com o campo de aprendizado de máquina, que tem como interesse projetar e desenvolver algoritmos e técnicas que permitem aos computadores aprender, ou melhorar seu desempenho através da experiência. Alguns dos problemas identificados nas técnicas tradicionais de aprendizado incluem: dificuldades em identificar formas irregulares no espaço de atributos; descobrir estruturas sobrepostas de grupos ou classes, que ocorre quando elementos pertencem a mais de um grupo ou classe; e a alta complexidade computacional de alguns modelos, que impedem sua aplicação em bases de dados maiores. Neste trabalho tratamos tais problemas através do desenvolvimento de novos modelos de aprendizado de máquina utilizando redes complexas e dinâmica espaço-temporal, com capacidade para tratar grupos e classes sobrepostas, além de fornecer graus de pertinência para cada elemento da rede com relação a cada cluster ou classe. Os modelos desenvolvidos tem desempenho similar ao de algoritmos do estado da arte, ao mesmo tempo em que apresentam ordem de complexidade computacional menor do que a maioria deles / Complex networks is a recent and active scientific research field, which concerns large scale networks with non-trivial topological structure, such as computer networks, telecommunication networks, transport networks, social networks and biological networks. Many of these networks are naturally divided into communities or modules and, therefore, uncovering their structure is one of the main problems related to complex networks study. This problem is related with the machine learning field, which is concerned with the design and development of algorithms and techniques which allow computers to learn, or increase their performance based on experience. Some of the problems identified in traditional learning techniques include: difficulties in identifying irregular forms in the attributes space; uncovering overlap structures of groups or classes, which occurs when elements belong to more than one group or class; and the high computational complexity of some models, which prevents their application in larger data bases. In this work, we deal with these problems through the development of new machine learning models using complex networks and space-temporal dynamics. The developed models have performance similar to those from some state-of-the-art algorithms, at the same time that they present lower computational complexity order than most of them

A robótica é uma área multidisciplinar que cresce continuamente com a contribuição do avanço científico e aumento frequente do poder computacional do hardware. As pesquisas em robótica estão divididas em diversas linhas de investigação. A visão computacional é uma das linhas de pesquisa de grande interesse devido à farta variedade de métodos e técnicas oferecidas. Um dos maiores desafios para os robôs é descobrir e analisar o ambiente em que estão inseridos. Dentre os principais sensores que podem ser utilizados, as câmeras digitais oferecem um bom benefício: podem ser leves, pequenas e baratas, características fundamentais para alguns robôs. Este trabalho propõe o desenvolvimento e análise de um sistema de visão computacional para rastrear veículos usando sistemas de detecção e classificação de segmentos em imagens. Para atingir os objetivos são investigados métodos de extração de informações das imagens, modelos de atenção visual e modelos de aprendizado bioinspirados para detecção e classificação de veículos. Para a tarefa de atenção visual foram utilizadas as técnicas de geração de mapas de saliência iNVT e VOCUS2, enquanto que para classificação foi empregada a técnicas bag-of-features e finalmente, para o rastreamento do veículo especificado, durante seu percurso em uma rodovia, foi adotada a técnica Camshift com filtro de Kalman. O sistema desenvolvido foi implementado com um robô aéreo e testado com imagens reais contendo diferentes veículos em uma rodovia e os resultados de classificação e rastreamento obtidos foram muito satisfatórios. / Robotics is a multidisciplinary area that continually grows with the contribution of scientific advancement and frequent increase in computational hardware power. Research in robotics are divided into several lines of investigation. Computer vision is one of the research areas of great interest due to the abundant variety of methods and techniques offered. One of the biggest challenges for the robots is to discover and analyze the environment in which they are inserted. Among the main sensors that can be used, digital cameras offer good benefits: they can be lightweitgh, small and cheap, which are fundamental characteristics for some robots. This work undertakes the development and analysis of a computer vision system to track vehicles by detecting and classifying segments in imaging systems. To achieve the objectives, methods on image information extraction, visual attention models and bioinspired learning models were studied for detection and classification of vehicles. For the task of visual attention the INVT and VOCUS2 models were used to generate saliency maps, while for classification was applied the bag-of-features method and finally to track the specified vehicle during its journey on a highway, it was adopted CamShift technique joint with a Kalman filter. The developed system was implemented with an aerial robot and tested with real images containing different vehicles on a highway and the results of classification and tracking obtained were very satisfactory.

Atualmente, o meio mais comum de busca de informações é a WEB. Assim, é importante procurar métodos eficientes para recuperar essa informação. As máquinas de busca na WEB usualmente utilizam palavras-chaves para expressar uma busca. Porém, não é trivial caracterizar a informação desejada. Usuários diferentes com necessidades diferentes podem estar interessados em informações relacionadas, mas distintas, ao realizar a mesma busca. O processo de realimentação de relevância torna possível a participação ativa do usuário no processo de busca. A idéia geral desse processo consiste em, após o usuário realizar uma busca na WEB permitir que indique, dentre os sites encontrados, quais deles considera relevantes e não relevantes. A opinião do usuário pode então ser considerada para reordenar os dados, de forma que os sites relevantes para o usuário sejam retornados mais facilmente. Nesse contexto, e considerando que, na grande maioria dos casos, uma consulta retorna um número muito grande de sites WEB que a satisfazem, das quais o usuário é responsável por indicar um pequeno número de sites relevantes e não relevantes, tem-se o cenário ideal para utilizar aprendizado parcialmente supervisionado, pois essa classe de algoritmos de aprendizado requer um número pequeno de exemplos rotulados e um grande número de exemplos não-rotulados. Assim, partindo da hipótese que a utilização de aprendizado parcialmente supervisionado é apropriada para induzir um classificador que pode ser utilizado como um filtro de realimentação de relevância para buscas na WEB, o objetivo deste trabalho consiste em explorar algoritmos de aprendizado parcialmente supervisionado, mais especificamente, aqueles que utilizam multidescrição de dados, para auxiliar na recuperação de sites na WEB. Para avaliar esta hipótese foi projetada e desenvolvida uma ferramenta denominada C-SEARCH que realiza esta reordenação dos sites a partir da indicação do usuário. Experimentos mostram que, em casos que buscas genéricas, que o resultado possui um bom diferencial entre sites relevantes e irrelevantes, o sistema consegue obter melhores resultados para o usuário / As nowadays the WEB is the most common source of information, it is very important to find reliable and efficient methods to retrieve this information. However, the WEB is a highly volatile and heterogeneous information source, thus keyword based querying may not be the best approach when few information is given. This is due to the fact that different users with different needs may want distinct information, although related to the same keyword query. The process of relevance feedback makes it possible for the user to interact actively with the search engine. The main idea is that after performing an initial search in the WEB, the process enables the user to indicate, among the retrieved sites, a small number of the ones considered relevant or irrelevant according with his/her required information. The users preferences can then be used to rearrange sites returned in the initial search, so that relevant sites are ranked first. As in most cases a search returns a large amount of WEB sites which fits the keyword query, this is an ideal situation to use partially supervised machine learning algorithms. This kind of learning algorithms require a small number of labeled examples, and a large number of unlabeled examples. Thus, based on the assumption that the use of partially supervised learning is appropriate to induce a classifier that can be used as a filter for relevance feedback in WEB information retrieval, the aim of this work is to explore the use of a partially supervised machine learning algorithm, more specifically, one that uses multi-description data, in order to assist the WEB search. To this end, a computational tool called C-SEARCH, which performs the reordering of the searched results using the users feedback, has been implemented. Experimental results show that in cases where the keyword query is generic and there is a clear distinction between relevant and irrelevant sites, which is recognized by the user, the system can achieve good results