Um dos maiores desafios em Mineração de Dados é a integração da informação temporal ao seu processo. Esse fato tem desafiado profissionais de diferentes domínios de aplicação e recebido investimentos consideráveis da comunidade científica e empresarial. No contexto de predição de Séries Temporais, os investimentos se concentram no subsídio de pesquisas destinadas à adaptação dos métodos convencionais de Aprendizado de Máquina para a análise de dados na qual o tempo constitui um fator importante. À vista disso, neste trabalho é proposta uma nova extensão do algoritmo de Aprendizado de Máquina k-Nearest Neighbors (kNN) para predição de Séries Temporais, intitulado de kNN - Time Series Prediction with Invariances (kNN-TSPI ). O algoritmo concebido difere da versão convencional pela incorporação de três técnicas para obtenção de invariância à amplitude e deslocamento, invariância à complexidade e tratamento de casamentos triviais. Como demonstrado ao longo desta dissertação de mestrado, o uso simultâneo dessas técnicas proporciona ao kNN-TSPI uma melhor correspondência entre as subsequências de dados e a consulta de referência. Os resultados de uma das avaliações empíricas mais extensas, imparciais e compreensíveis já conduzidas no tema de predição de Séries Temporais evidenciaram, a partir do confronto de dez métodos de projeção, que o algoritmo kNN-TSPI, além de ser conveniente para a predição automática de dados a curto prazo, é competitivo com os métodos estatísticos estado-da-arte ARIMA e SARIMA. Por mais que o modelo SARIMA tenha atingido uma precisão relativamente superior a do método baseado em similaridade, o kNN-TSPI é consideravelmente mais simples de ajustar. A comparação objetiva e subjetiva entre algoritmos estatísticos e de Aprendizado de Máquina para a projeção de dados temporais vem a suprir uma importante lacuna na literatura, a qual foi identificada por meio de uma revisão sistemática seguida de uma meta-análise das publicações selecionadas. Os 95 conjuntos de dados empregados nos experimentos computacionais juntamente com todas as projeções analisadas em termos de Erro Quadrático Médio, coeficiente U de Theil e taxa de acerto Prediction Of Change In Direction encontram-se disponíveis no portal Web ICMC-USP Time Series Prediction Repository. A presente pesquisa abrange também contribuições e resultados significativos em relação às propriedades inerentes à predição baseada em similaridade, sobretudo do ponto de vista prático. Os protocolos experimentais delineados e as diversas conclusões obtidas poderão ser usados como referência para guiar o processo de escolha de modelos, configuração de parâmetros e aplicação dos algoritmos de Inteligência Artificial para predição de Séries Temporais. / One of the major challenges in Data Mining is integrating temporal information into process. This difficulty has challenged professionals several application fields and has been object of considerable investment from scientific and business communities. In the context of Time Series prediction, these investments consist majority of grants for designed research aimed at adapting conventional Machine Learning methods for data analysis problems in which time is an important factor. We propose a novel modification of the k-Nearest Neighbors (kNN) learning algorithm for Time Series prediction, namely the kNN - Time Series Prediction with Invariances (kNN-TSPI). Our proposal differs from the literature by incorporating techniques for amplitude and offset invariance, complexity invariance, and treatment of trivial matches. These three modifications allow more meaningful matching between the reference queries and Time Series subsequences, as we discuss with more details throughout this masters thesis. We have performed one of the most comprehensible empirical evaluations of Time Series prediction, in which we faced the proposed algorithm with ten methods commonly found in literature. The results show that the kNN-TSPI is appropriate for automated short-term projection and is competitive with the state-of-the-art statistical methods ARIMA and SARIMA. Although in our experiments the SARIMA model has reached a slightly higher precision than the similarity based method, the kNN-TSPI is considerably simpler to adjust. The objective and subjective comparisons of statistical and Machine Learning algorithms for temporal data projection fills a major gap in the literature, which was identified through a systematic review followed by a meta-analysis of selected publications. The 95 data sets used in our computational experiments, as well all the projections with respect to Mean Squared Error, Theils U coefficient and hit rate Prediction Of Change In Direction are available online at the ICMC-USP Time Series Prediction Repository. This work also includes contributions and significant results with respect to the properties inherent to similarity-based prediction, especially from the practical point of view. The outlined experimental protocols and our discussion on the usage of them, can be used as a guideline for models selection, parameters setting, and employment of Artificial Intelligence algorithms for Time Series prediction.

A análise automática da similaridade entre imagens depende fortemente de descritores que consigam caracterizar o conteúdo das imagens em dados compactos e discriminativos. Esses dados extraídos e representados em um vetor-de-características tem o objetivo de representar as imagens nos processos de mineração e análise para classificação e/ou recuperação. Neste trabalho foi explorado o uso de dicionários visuais e contexto para representar e recuperar as características locais das imagens utilizando formalismos estendidos com alto poder descritivo. Esta tese apresenta em destaque três novas propostas que contribuem competitivamente com outros trabalhos da literatura no avanço do estado-da-arte, desenvolvendo novas metodologias para a caracterização de imagens e para o processamento de consultas por similaridade. A primeira proposta estende a modelagem Bag-of-Visual-Words, permitindo codificar a interação entre palavras-visuais e suas disposições espaciais na imagem. Para tal fim, três novas abordagem são apresentadas: (i) Weighted Histogram (WE); (ii) Bunch-of-2-grams e (iii) Global Spatial Arrangement (GSA). Cada uma dessas técnicas permitem extrair informações semanticamente complementares, que enriquecem a representação final das imagens descritas em palavras-visuais. A segunda proposta apresenta um novo descritor, chamado de Bag-of-Salience-Points (BoSP), que caracteriza e analisa a dissimilaridade de formas (silhuetas) de objetos explorando seus pontos de saliências. O descritor BoSP se apoia no uso de um dicionário de curvaturas e em histogramas espaciais para representar sucintamente as saliências de um objeto em um único vetor-de-características de tamanho fixo, permitindo recuperar formas usando funções de distâncias computacionalmente rápidas. Por fim, a terceira proposta apresenta um novo modelo de consulta por similaridade, denominada Similarity Based on Dominant Images (SimDIm), baseada no conceito de Imagens Dominantes, que é um conjunto que representa, de uma maneira mais diversificada e reduzida, toda a coleção de imagens da base de dados. Tal conceito permite dar mais eficiência quando se deseja analisar o contexto da coleção, que é o objetivo da proposta. Os experimentos realizados mostram que os métodos propostos contribuem de maneira efetiva para caracterizar e quantificar a similaridade entre imagens por meio de abordagens estendidas baseadas em dicionários visuais e análise contextual, reduzindo a lacuna semântica existente entre a percepção humana e a descrição computacional. / The automatic similarity analysis between images depends heavily on the use of descriptors that should be able to characterize the images\' content in compact and discriminative features. These extracted features are represented by a feature-vector employed to represent the images in the process of mining and analysis for classification and/or retrieval. This work investigated the use of visual dictionaries and context to represent and retrieve the local image features using extended formalism with high descriptive power. This thesis presents three new proposals that contribute in advancing the state-of-the-art by developing new methodologies for characterizing images and for processing similarity queries by content. The first proposal extends the Bag-of-Visual-Words model, by encoding the interaction between the visual words and their spatial arrangements in the image space. For this, three new techniques are presented: (i) Weighted Histogram (WE); (ii) Bunch-of--grams and (iii) Global Spatial Arrangement (GSA). These three techniques allow to extract additional semantically information that enrich the final image representation described in visual-words. The second proposal introduces a new descriptor, called Bag-of-Salience-Points (BoSP), which characterizes and analyzes the dissimilarity of shapes (silhouettes) exploring their salient point. The BoSP descriptor is based on using a dictionary of curvatures and spatial-histograms to represent succinctly the saliences of a shape into a single fixed-length feature-vector, allowing to retrieve shapes using distance functions computationally fast. Finally, the third proposal introduces a new similarity query model, called Similarity based on Dominant Images (SimDIm), based on the concept of dominant images, which is a set of images representing the entire collection of images of the database in a more diversified and reduced manner. This concept allows to efficiently analyze the context of the entire collection, which is the final goal. The experiments showed that the proposed methods effectively contributed to characterize and quantify the similarity between images using extended approaches based on visual dictionaries and contextual analysis, reducing the semantic gap between human perception and computational description.

A fim de auxiliar usuários durante o consumo de produtos, sistemas Web passaram a incorporar módulos de recomendação de itens. As abordagens mais populares são a baseada em conteúdo, que recomenda itens a partir de características que são do seu interesse, e a filtragem colaborativa, que recomenda itens bem avaliados por usuários com perfis semelhantes ao do usuário alvo, ou que são semelhantes aos que foram bem avaliados pelo usuário alvo. Enquanto que a primeira abordagem apresenta limitações como a sobre-especialização e a análise limitada de conteúdo, a segunda enfrenta problemas como o novo usuário e/ou novo item, também conhecido como partida fria. Apesar da variedade de técnicas disponíveis, um problema comum existente na maioria das abordagens é a falta de informações semânticas para representar os itens do acervo. Trabalhos recentes na área de Sistemas de Recomendação têm estudado a possibilidade de usar bases de conhecimento da Web como fonte de informações semânticas. Contudo, ainda é necessário investigar como usufruir de tais informações e integrá-las de modo eficiente em sistemas de recomendação. Dessa maneira, este trabalho tem o objetivo de investigar como informações semânticas provenientes de bases de conhecimento podem beneficiar sistemas de recomendação por meio da descrição semântica de itens, e como o cálculo da similaridade semântica pode amenizar o desafio enfrentado no cenário de partida fria. Como resultado, obtém-se uma técnica que pode gerar recomendações adequadas ao perfil dos usuários, incluindo itens novos do acervo que sejam relevantes. Pode-se observar uma melhora de até 10% no RMSE, no cenário de partida fria, quando se compara o sistema proposto com o sistema cuja predição de notas é baseada na correlação de notas. / In order to support users during the consumption of products,Web systems have incorporated recommendation techniques. The most popular approaches are content-based, which recommends items based on interesting features to the user, and collaborative filtering, which recommends items that were well evaluated by users with similar preferences to the target user, or that have similar features to items which were positively evaluated. While the first approach has limitations such as overspecialization and limited content analysis, the second technique has problems such as the new user and the new item, limitation also known as cold start. In spite of the variety of techniques available, a common problem is the lack of semantic information to represent items features. Recent works in the field of recommender systems have been studying the possibility to use knowledge databases from the Web as a source of semantic information. However, it is still necessary to investigate how to use and integrate such semantic information in recommender systems. In this way, this work has the proposal to investigate how semantic information gathered from knowledge databases can help recommender systems by semantically describing items, and how semantic similarity can overcome the challenge confronted in the cold-start scenario. As a result, we obtained a technique that can produce recommendations suited to users profiles, including relevant new items available in the database. It can be observed an improvement of up to 10% in the RMSE in the cold start scenario when comparing the proposed system with the system whose rating prediction is based on the correlation of rates.

A medida de similaridade é parte fundamental no corregistro de imagens, guiando todo seu processo. Neste estudo foi feita a comparação entre diferentes métricas de similaridade no contexto do corregistro não rígido (ou elástico) de imagens médicas. Como as imagens cardíacas representam as mais desaadoras situações em corregistro de imagens médicas, foram utilizadas para teste imagens de ressonância magnética nuclear e imagens de ultrasom cardíaco com contraste. 10 métricas de similaridades diferentes foram comparadas extensivamente, quanto ao seu desempenho para o corregistro não rígido: a soma do quadrado das diferenças (SQD), correlação cruzada (CC), correlação cruzada normalizada (CCN), informação mútua (IM), entropia da diferença (ED), variância da diferença (VD), energia (EN), campo de gradiente normalizado (CGN), medida pontual de informação mútua (MPIM), medida pontual de entropia da diferença (MPED). As métricas baseadas em entropias de informação, IM, ED, foram generalizadas em termos da entropia de Tsallis e avaliadas em seu parâmetro q. Os resultados apresentados mostram a eciência das métricas estudadas para diferentes parâmetros, como dimensão da região de comparação entre as imagens, dimensão da região de busca por similaridade, número de tons de cinza das imagens e parâmetro entrópico. Estes achados podem ser úteis para a construção de denições apropriadas para o corregistro não-rígido, utilizado no corregistro de imagens médicas complexas. / The similarity measurement plays a key role in images registration, driving the whole process of registration. In this study a comparison was made between dierent metrics of similarity in the context of non-rigid registration in medical images. As cardiac images represent the most challenging situation in medical image registration, it has been used as test heart magnetic resonance imaging (MRI) and cardiac ultrasound contrast images. In this work ten different similarity metrics have been compared extensively, as well its performance for the non-rigid registration process: the sum of the squared differences (SQD), cross- correlation (CC), normalized cross correlation (CCN), mutual information (IM), the entropy difference (ED), variance of the difference (VD), energy (EN), eld of normalized gradient (CGN), point measure of mutual information (MPIM), point measure of entropy differences (MPED). Metrics based on information entropies, IM, ED were eneralized in terms of Tsallis entropy and evaluated in its parameter q. The presented results show the effectiveness of the studied metrics for different parameters such as similarity window search size, similarity region search size, image maximum gray level, and entropic parameter. These nding can be helpful to construct appropriate non-rigid registration settings for complex medical image registration.

A complexidade dos dados armazenados em grandes bases de dados aumenta cada vez mais, criando a necessidade de novas operações de consulta. Uma classe de operações que tem apresentado interesse crescente são as chamadas Consultas por Similaridade, sendo as mais conhecidas as consultas por Abrangência (\'R IND. q\') e por k-Vizinhos mais Proximos (kNN), sendo que esta ultima obtem quais são os k elementos armazenados mais similares a um dado elemento de referência. Outra consulta que é interessante tanto para consultas diretas quanto como parte de operações de análises mais complexas e a operação de consulta aos k-Vizinhos mais Próximos Reversos (RkNN). Seu objetivo e obter todos os elementos armazenados que têm um dado elemento de referência como um dos seus k elementos mais similares. Devido a complexidade de execução da operação de RkNN, a grande maioria das soluções existentes restringem-se a dados representados em espaços multidimensionais euclidianos (nos quais estão denidas tambem operações cardinais e topológicas, além de se considerar a similaridade como sendo a distância Euclidiana entre dois elementos), ou então obtém apenas respostas aproximadas, sujeitas a existência de falsos negativos. Várias aplicações de análise de dados científicos, médicos, de engenharia, financeiros, etc. requerem soluções eficientes para o problema da operação de RkNN sobre dados representados em espaços métricos, onde os elementos não podem ser considerados estar em um espaço nem Euclidiano nem multidimensional. Num espaço métrico, além dos próprios elementos armazenados existe apenas uma função de comparação métrica entre pares de objetos. Neste trabalho, são propostas novas podas de espaço de busca e o algoritmo RkNN-MG que utiliza essas novas podas para solucionar o problema de consultas RkNN exatas em espaços métricos sem limitações. Toda a proposta supõe que o conjunto de dados esta em um espaço métrico imerso isometricamente em espaço euclidiano e utiliza propriedades da geometria métrica válida neste espaço para realizar podas eficientes por lei dos cossenos combinada com as podas tradicionais por desigualdade triangular. Os experimentos demonstram comparativamente que as novas podas são mais eficientes que as tradicionais podas por desigualdade triangular, tendo desempenhos equivalente quando comparadas em conjuntos de alta dimensionalidade ou com dimensão fractal alta. Assim, os resultados confirmam as novas podas propostas como soluções alternativas eficientes para o problema de consultas RkNN / Data stored in large databases present an ever increasing complexity, pressing for the development of new classes of query operators. One such class, which is enticing an increasing interest, is the so-called Similarity Queries, where the most common are the similarity range queries (\'R IND. q\') and the k-nearest neighbor queries (kNN). A k-nearest neighbor query aims at retrieving the k stored elements nearer (or more similar) to a given reference element. Another important similarity query is the reverse k-nearest neighbor (RkNN), useful both for queries posed directly by the analyst and for queries that are part of more complex analysis processes. The objective of a reverse k-nearest neighbor queries is obtaining the stored elements that has the query reference element as one of their k-nearest neighbors. As the RkNN operation is a rather expensive operation, from the computational standpoint, most existing solutions only solve the query when applied over Euclidean multidimensional spaces (as these spaces also define cardinal and topological operations besides the Euclidean distance between pairs of elements) or retrieve only approximate answers, where false negatives can occur. Several applications, like the analysis of scientific, medical, engineering or financial data, require efficient and exact answers for the RkNN queries over data which is frequently represented in metric spaces, that is where no other property besides the similarity measure exists. Therefore, for applications handling metrical data, the assumption of Euclidean metric or even multidimensional data cannot be used. In this work, we propose new pruning rules based on the law of cosines, and the RkNN-MG algorithm, which uses them to solve RkNN queries in a way that is exact, faster than the existing approaches, that is not limited for any value of k, and that can be applied both over static and over dynamic datasets. The new pruning rules assume that the data set is in a metric space that can be embedded into an Euclidean space and use metric geometry properties valid in this space to perform effective pruning based on the law of cosines combined with the traditional pruning based on the triangle inequality property. The experiments show that the new pruning rules are alkways more efficient than the traditional pruning rules based solely on the triangle inequality. The experiments show that for high high dimensionality datasets, or for metric datasets with high fractal dimensionality, the performance improvement is smaller than for for lower dimensioinality datasets, but it\'s never worse. Thus, the results confirm that the our pruning rules are efficient alternative to solve RkNN queries in general

A possibilidade de recuperar e comparar imagens usando as suas características visuais intrínsecas é um recurso valioso para responder a consultas por similaridade em imagens médicas. Desse modo, a agregação desses recursos aos Sistemas de Arquivamento e Comunicação de Imagens (Picture Archiving and Communication Systems - PACS) vêm potencializar a utilidade e importância destes no contexto de atividades tais como ensino e treinamento de novos radiologistas, estudos de casos e auxílio ao diagnóstico de forma geral, uma vez que as consultas por similaridade permitem que casos parecidos possam ser facilmente recuperados. O trabalho apresentado nesta tese possui duas vertentes. Primeiro, ele apresenta novos métodos de extração e de características, com o objetivo de obter a essência das imagens, considerando um critério específico. Os atributos obtidos pelos algoritmos de extração são armazenados em vetores de características para posteriormente serem utilizados para indexar e recuperar as imagens baseando-se em seu conteúdo, para responder a consultas por similaridade. Há uma relação próxima entre os vetores de características e as funções de distância utilizadas para compará-los. Assim, a segunda parte deste trabalho trata da proposta, análise e comparação de novas famílias de funções de distância. As funções de distância propostas têm por objetivo tratar o problema do gap semântico, o qual representa o principal obstáculo das funções de distância tradicionais, derivadas da família Lp, quando processam consultas por similaridade. As principais contribuições desta tese incluem o desenvolvimento de novos métodos de extração e comparação de características de imagens, que operam sobre os três principais descritores de baixo nível de imagens: distribuição de cor, textura e forma. Os experimentos realizados mostraram que os ganhos em precisão são maiores para os métodos propostos, quando comparados com algoritmos tradicionais. No que diz respeito às famílias de funções de distância propostas (WAID e SAID), pelos resultados iniciais obtidos, podemos afirmar que eles são bastante promissores no sentido de se aproximarem da expectativa do usuário, no momento de comparar imagens. Os resultados obtidos com esse trabalho podem ser futuramente integrados aos PACS. Particularmente, pretendemos acrescentar novos algoritmos e métodos ao cbPACS, que consiste em um sistema PACS em construção, desenvolvido em uma colaboração entre o Grupo de Bases de Dados e Imagens (GBDI) do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação - USP e o Centro de Ciências da Imagens e Física Médica (CCIFM) da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP / The ability of retrieving and comparing images using their inherent pictorial information is a valuable asset to answer similarity queries over medical images. Thus, having such resources added in Picture Archiving and Communication Systems (PACS) increase their applicability and importance in the context of teaching and training new radiologists on diagnosing, since that similar cases can be easily retrieved. Similarity queries also play an important role on gathering close images, what allows to perform case studies, as well as to aid on diagnosing. The work presented in this thesis is twofold. First, it presents new feature extraction techniques, which aim at obtaining the essence of the images regarding a given criteria. The features obtained by the algorithms are stored in feature vectors and employed to index and retrieve the images by content, in order to answer similarity queries. There is a close relationship among feature vectors and the distance function employed to compare them. Thus, the second, part of this work concerns the comparison, analysis and proposal of new families of distance functions to compare the features extracted from the images. The distance functions proposed intend to deal with the semantic gap problem, which is the main drawback of the traditional distance functions derived from the Lp metrics when processing similarity queries. The main contributions of this thesis include the development of new image feature extractors that works on the three aspects of raw image data (color distribution, texture and shape). The experiments have shown that the gain in precision are higher for all the feature extractors proposed, when comparing with the state-of-the-art algorithms. Regarding the two families of distance functions WAID and SAID proposed, by the initial experiments performed we can claim that they are very promising on preserving the user expectation when comparing images. The results provided by this work can be straightforwardly integrated to PACS. Particularly, we intend to add the new algorithms and methods to cbPACS, which is under joined development between the Image Data Base Group of Instituto de CiLncias Matemáticas e de Computaçno of USP and Centro de CiLncias de Imagens e Física Médica of Faculdade de Medicina de Ribeirno Preto of USP

Um dos maiores desafios em Mineração de Dados é a integração da informação temporal ao seu processo. Esse fato tem desafiado profissionais de diferentes domínios de aplicação e recebido investimentos consideráveis da comunidade científica e empresarial. No contexto de predição de Séries Temporais, os investimentos se concentram no subsídio de pesquisas destinadas à adaptação dos métodos convencionais de Aprendizado de Máquina para a análise de dados na qual o tempo constitui um fator importante. À vista disso, neste trabalho é proposta uma nova extensão do algoritmo de Aprendizado de Máquina k-Nearest Neighbors (kNN) para predição de Séries Temporais, intitulado de kNN - Time Series Prediction with Invariances (kNN-TSPI ). O algoritmo concebido difere da versão convencional pela incorporação de três técnicas para obtenção de invariância à amplitude e deslocamento, invariância à complexidade e tratamento de casamentos triviais. Como demonstrado ao longo desta dissertação de mestrado, o uso simultâneo dessas técnicas proporciona ao kNN-TSPI uma melhor correspondência entre as subsequências de dados e a consulta de referência. Os resultados de uma das avaliações empíricas mais extensas, imparciais e compreensíveis já conduzidas no tema de predição de Séries Temporais evidenciaram, a partir do confronto de dez métodos de projeção, que o algoritmo kNN-TSPI, além de ser conveniente para a predição automática de dados a curto prazo, é competitivo com os métodos estatísticos estado-da-arte ARIMA e SARIMA. Por mais que o modelo SARIMA tenha atingido uma precisão relativamente superior a do método baseado em similaridade, o kNN-TSPI é consideravelmente mais simples de ajustar. A comparação objetiva e subjetiva entre algoritmos estatísticos e de Aprendizado de Máquina para a projeção de dados temporais vem a suprir uma importante lacuna na literatura, a qual foi identificada por meio de uma revisão sistemática seguida de uma meta-análise das publicações selecionadas. Os 95 conjuntos de dados empregados nos experimentos computacionais juntamente com todas as projeções analisadas em termos de Erro Quadrático Médio, coeficiente U de Theil e taxa de acerto Prediction Of Change In Direction encontram-se disponíveis no portal Web ICMC-USP Time Series Prediction Repository. A presente pesquisa abrange também contribuições e resultados significativos em relação às propriedades inerentes à predição baseada em similaridade, sobretudo do ponto de vista prático. Os protocolos experimentais delineados e as diversas conclusões obtidas poderão ser usados como referência para guiar o processo de escolha de modelos, configuração de parâmetros e aplicação dos algoritmos de Inteligência Artificial para predição de Séries Temporais. / One of the major challenges in Data Mining is integrating temporal information into process. This difficulty has challenged professionals several application fields and has been object of considerable investment from scientific and business communities. In the context of Time Series prediction, these investments consist majority of grants for designed research aimed at adapting conventional Machine Learning methods for data analysis problems in which time is an important factor. We propose a novel modification of the k-Nearest Neighbors (kNN) learning algorithm for Time Series prediction, namely the kNN - Time Series Prediction with Invariances (kNN-TSPI). Our proposal differs from the literature by incorporating techniques for amplitude and offset invariance, complexity invariance, and treatment of trivial matches. These three modifications allow more meaningful matching between the reference queries and Time Series subsequences, as we discuss with more details throughout this masters thesis. We have performed one of the most comprehensible empirical evaluations of Time Series prediction, in which we faced the proposed algorithm with ten methods commonly found in literature. The results show that the kNN-TSPI is appropriate for automated short-term projection and is competitive with the state-of-the-art statistical methods ARIMA and SARIMA. Although in our experiments the SARIMA model has reached a slightly higher precision than the similarity based method, the kNN-TSPI is considerably simpler to adjust. The objective and subjective comparisons of statistical and Machine Learning algorithms for temporal data projection fills a major gap in the literature, which was identified through a systematic review followed by a meta-analysis of selected publications. The 95 data sets used in our computational experiments, as well all the projections with respect to Mean Squared Error, Theils U coefficient and hit rate Prediction Of Change In Direction are available online at the ICMC-USP Time Series Prediction Repository. This work also includes contributions and significant results with respect to the properties inherent to similarity-based prediction, especially from the practical point of view. The outlined experimental protocols and our discussion on the usage of them, can be used as a guideline for models selection, parameters setting, and employment of Artificial Intelligence algorithms for Time Series prediction.

O problema da condução de calor, envolvendo mudança de fase, foi resolvido para o caso de uma cavidade limitada por duas superfícies cilíndricas indefinidamente longas. As condições de contorno impostas consistem em manter a temperatura da superfície interna fixa e abaixo da temperatura de fusão do material que preenche a cavidade, enquanto que a temperatura da superfície externa é mantida fixa e acima da temperatura de fusão. Como condição inicial se fixou a temperatura de todo o material que preenche a cavidade no valor da temperatura da superfície externa. A solução obtida consiste em duas soluções da equação de condução de calor, uma escrita para o material solidificado e outra escrita para o material em estado líquido. As duas soluções são formalmente escritas em termos da posição da frente de mudança de fase, que é representada por uma superfície cilíndrica com raio em expansão dentro da cavidade. A posição dessa superfície é, a princípio, desconhecida e é calculada impondo o balanço de energia através da frente da mudança de fase. O balanço de energia é expresso por uma equação diferencial de primeira ordem, cuja solução numérica fornece a posição da frente como função do tempo. A substituição da posição da frente de mudança de fase em um instante particular, nas soluções da equação de condução de calor, fornece a temperatura nas duas fases naquele instante. A solução obtida é ilustrada através de exemplos numéricos. / The heat conduction problem, in the presence of a change of state, was solved for the case of an indefinitely long cylindrical layer cavity. As boundary conditions it is imposed that the internal surface of the cavity is maintained below the fusion temperature of the infilling substance and the external surface is kept above it. The solution, obtained in non-dimensional variables, consists in two closed form heat conduction equation solutions for the solidified and liquid regions, which formally depend of the, at first, unknown position of the phase change front. The energy balance through the phase change front furnishes the equation for time dependence of the front position, which is numerically solved. Substitution of the front position for a particular instant in the heat conduction equation solutions gives the temperature distribution inside the cavity at that moment. The solution is illustrated with numerical examples.

Os volumes de dados armazenados em grandes bases de dados aumentam em ritmo sempre crescente, pressionando o desempenho e a flexibilidade dos Sistemas de Gerenciamento de Bases de Dados (SGBDs). Os problemas de se tratar dados em grandes quantidades, escopo, complexidade e distribuição vêm sendo tratados também sob o tema de big data. O aumento da complexidade cria a necessidade de novas formas de busca - representar apenas números e pequenas cadeias de caracteres já não é mais suficiente. Buscas por similaridade vêm se mostrando a maneira por excelência de comparar dados complexos, mas até recentemente elas não estavam disponíveis nos SGBDs. Agora, com o início de sua disponibilidade, está se tornando claro que apenas os operadores de busca por similaridade fundamentais não são suficientes para lidar com grandes volumes de dados. Um dos motivos disso é que similaridade\' é, usualmente, definida considerando seu significado quando apenas poucos estão envolvidos. Atualmente, o principal foco da literatura em big data é aumentar a eficiência na recuperação dos dados usando paralelismo, existindo poucos estudos sobre a eficácia das respostas obtidas. Esta tese visa propor e desenvolver variações dos operadores de busca por similaridade para torná-los mais adequados para processar big data, apresentando visões mais abrangentes da base de dados, aumentando a eficácia das respostas, porém sem causar impactos consideráveis na eficiência dos algoritmos de busca e viabilizando sua execução escalável sobre grandes volumes de dados. Para alcançar esse objetivo, este trabalho apresenta quatro frentes de contribuições: A primeira consistiu em um modelo de diversificação de resultados que pode ser aplicado usando qualquer critério de comparação e operador de busca por similaridade. A segunda focou em definir técnicas de amostragem e de agrupamento de dados com o modelo de diversificação proposto, acelerando o processo de análise dos conjuntos de resultados. A terceira contribuição desenvolveu métodos de avaliação da qualidade dos conjuntos de resultados diversificados. Por fim, a última frente de contribuição apresentou uma abordagem para integrar os conceitos de mineração visual de dados e buscas por similaridade com diversidade em sistemas de recuperação por conteúdo, aumentando o entendimento de como a propriedade de diversidade pode ser aplicada. / The data being collected and generated nowadays increase not only in volume, but also in complexity, requiring new query operators. Health care centers collecting image exams and remote sensing from satellites and from earth-based stations are examples of application domains where more powerful and flexible operators are required. Storing, retrieving and analyzing data that are huge in volume, structure, complexity and distribution are now being referred to as big data. Representing and querying big data using only the traditional scalar data types are not enough anymore. Similarity queries are the most pursued resources to retrieve complex data, but until recently, they were not available in the Database Management Systems. Now that they are starting to become available, its first uses to develop real systems make it clear that the basic similarity query operators are not enough to meet the requirements of the target applications. The main reason is that similarity is a concept formulated considering only small amounts of data elements. Nowadays, researchers are targeting handling big data mainly using parallel architectures, and only a few studies exist targeting the efficacy of the query answers. This Ph.D. work aims at developing variations for the basic similarity operators to propose better suited similarity operators to handle big data, presenting a holistic vision about the database, increasing the effectiveness of the provided answers, but without causing impact on the efficiency on the searching algorithms. To achieve this goal, four mainly contributions are presented: The first one was a result diversification model that can be applied in any comparison criteria and similarity search operator. The second one focused on defining sampling and grouping techniques with the proposed diversification model aiming at speeding up the analysis task of the result sets. The third contribution concentrated on evaluation methods for measuring the quality of diversified result sets. Finally, the last one defines an approach to integrate the concepts of visual data mining and similarity with diversity searches in content-based retrieval systems, allowing a better understanding of how the diversity property is applied in the query process.

O problema da descontinuidade semântica tem sido um dos principais focos de pesquisa no desenvolvimento de sistemas de recuperação de imagens baseada em conteúdo (CBIR). Neste contexto, as pesquisas mais promissoras focam principalmente na inferência de pesos de características contínuos e na seleção de características. Entretanto, os processos tradicionais de inferência de pesos contínuos são computacionalmente caros e a seleção de características equivale a uma ponderação binária. Visando tratar adequadamente o problema de lacuna semântica, este trabalho propõe dois métodos de transformação de espaço de características métricos baseados na inferência de funções de transformação por meio de algoritmo genético. O método WF infere funções de ponderação para ajustar a função de dissimilaridade e o método TF infere funções para transformação das características. Comparados às abordagens de inferência de pesos contínuos da literatura, ambos os métodos propostos proporcionam uma redução drástica do espaço de busca ao limitar a busca à escolha de um conjunto ordenado de funções de transformação. Análises visuais do espaço transformado e de gráficos de precisão vs. revocação confirmam que TF e WF superam a abordagem tradicional de ponderação de características. Adicionalmente, foi verificado que TF supera significativamente WF em termos de precisão dos resultados de consultas por similaridade por permitir transformação não lineares no espaço de característica, conforme constatado por análise visual. / The semantic gap problem has been a major focus of research in the development of content-based image retrieval (CBIR) systems. In this context, the most promising research focus primarily on the inference of continuous feature weights and feature selection. However, the traditional processes of continuous feature weighting are computationally expensive and feature selection is equivalent to a binary weighting. Aiming at alleviating the semantic gap problem, this master dissertation proposes two methods for the transformation of metric feature spaces based on the inference of transformation functions using Genetic Algorithms. The WF method infers weighting functions and the TF method infers transformation functions for the features. Compared to the existing methods, both proposed methods provide a drastic searching space reduction by limiting the search to the choice of an ordered set of transformation functions. Visual analysis of the transformed space and precision. vs. recall graphics confirm that both TF and WF outperform the traditional feature eighting methods. Additionally, we found that TF method significantly outperforms WF regarding the query similarity accuracy by performing non linear feature space transformation, as found in the visual analysis.