Aprendizado múltipla instância (MIL) é um paradigma de aprendizado de máquina que tem o objetivo de classificar um conjunto (bags) de objetos (instâncias), atribuindo rótulos só para os bags. Em MIL apenas os rótulos dos bags estão disponíveis para treinamento, enquanto os rótulos das instâncias são desconhecidos. Este problema é frequentemente abordado através da seleção de uma instância para representar cada bag, transformando um problema MIL em um problema de aprendizado supervisionado padrão. No entanto, não se conhecem abordagens que apoiem o usuário na realização desse processo. Neste trabalho, propomos uma visualização baseada em árvore multi-escala chamada MILTree que ajuda os usuários na realização de tarefas relacionadas com MIL, e também dois novos métodos de seleção de instâncias, chamados MILTree-SI e MILTree-Med, para melhorar os modelos MIL. MILTree é um layout de árvore de dois níveis, sendo que o primeiro projeta os bags, e o segundo nível projeta as instâncias pertencentes a cada bag, permitindo que o usuário explore e analise os dados multi-instância de uma forma intuitiva. Já os métodos de seleção de instãncias objetivam definir uma instância protótipo para cada bag, etapa crucial para a obtenção de uma alta precisão na classificação de dados multi-instância. Ambos os métodos utilizam o layout MILTree para atualizar visualmente as instâncias protótipo, e são capazes de lidar com conjuntos de dados binários e multi-classe. Para realizar a classificação dos bags, usamos um classificador SVM (Support Vector Machine). Além disso, com o apoio do layout MILTree também pode-se atualizar os modelos de classificação, alterando o conjunto de treinamento, a fim de obter uma melhor classificação. Os resultados experimentais validam a eficácia da nossa abordagem, mostrando que a mineração visual através da MILTree pode ajudar os usuários em cenários de classificação multi-instância. / Multiple-instance learning (MIL) is a paradigm of machine learning that aims at classifying a set (bags) of objects (instances), assigning labels only to the bags. In MIL, only the labels of bags are available for training while the labels of instances in bags are unknown. This problem is often addressed by selecting an instance to represent each bag, transforming a MIL problem into a standard supervised learning. However, there is no user support to assess this process. In this work, we propose a multi-scale tree-based visualization called MILTree that supports users in tasks related to MIL, and also two new instance selection methods called MILTree-SI and MILTree-Med to improve MIL models. MILTree is a two-level tree layout, where the first level projects bags, and the second level projects the instances belonging to each bag, allowing the user to understand the data multi-instance in an intuitive way. The developed selection methods define instance prototypes of each bag, which is important to achieve high accuracy in multi-instance classification. Both methods use the MILTree layout to visually update instance prototypes and can handle binary and multiple-class datasets. In order to classify the bags we use a SVM classifier. Moreover, with support of MILTree layout one can also update the classification model by changing the training set in order to obtain a better classifier. Experimental results validate the effectiveness of our approach, showing that visual mining by MILTree can help the users in MIL classification scenarios.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-11012016-095352 |
| Date | 14 August 2015 |
| Creators | Sonia Castelo Quispe |
| Contributors | Rosane Minghim, João Paulo Papa, Milton Hirokazu Shimabukuro |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências da Computação e Matemática Computacional, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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