A tarefa de classificação em Aprendizado de Máquina consiste da criação de modelos computacionais capazes de identificar automaticamente a classe de objetos pertencentes a um domínio pré-definido a partir de um conjunto de exemplos cuja classe é conhecida. Existem alguns cenários de classificação nos quais cada objeto pode estar associado não somente a uma classe, mas a várias classes ao mesmo tempo. Adicionalmente, nesses cenários denominados multirrótulo, as classes podem ser organizadas em uma taxonomia que representa as relações de generalização e especialização entre as diferentes classes, definindo uma hierarquia de classes, o que torna a tarefa de classificação ainda mais específica, denominada classificação hierárquica. Os métodos utilizados para a construção desses modelos de classificação são complexos e dependem fortemente da disponibilidade de uma quantidade expressiva de exemplos previamente classificados. Entretanto, para muitas aplicações é difícil encontrar um número significativo desses exemplos. Além disso, com poucos exemplos, os algoritmos de aprendizado supervisionado não são capazes de construir modelos de classificação eficazes. Nesses casos, é possível utilizar métodos de aprendizado semissupervisionado, cujo objetivo é aprender as classes do domínio utilizando poucos exemplos conhecidos conjuntamente com um número considerável de exemplos sem a classe especificada. Neste trabalho são propostos, entre outros, métodos que fazem uso do aprendizado semissupervisionado baseado em desacordo coperspectiva, tanto para a tarefa de classificação multirrótulo plana quanto para a tarefa de classificação hierárquica. São propostos, também, outros métodos que utilizam o aprendizado ativo com intuito de melhorar a performance de algoritmos de classificação semissupervisionada. Além disso, são propostos dois métodos para avaliação de algoritmos multirrótulo e hierárquico, os quais definem estratégias para identificação dos multirrótulos majoritários, que são utilizados para calcular os valores baseline das medidas de avaliação. Foi desenvolvido um framework para realizar a avaliação experimental da classificação hierárquica, no qual foram implementados os métodos propostos e um módulo completo para realizar a avaliação experimental de algoritmos hierárquicos. Os métodos propostos foram avaliados e comparados empiricamente, considerando conjuntos de dados de diversos domínios. A partir da análise dos resultados observa-se que os métodos baseados em desacordo não são eficazes para tarefas de classificação complexas como multirrótulo e hierárquica. Também é observado que o problema central de degradação do modelo dos algoritmos semissupervisionados agrava-se nos casos de classificação multirrótulo e hierárquica, pois, nesses casos, há um incremento nos fatores responsáveis pela degradação nos modelos construídos utilizando aprendizado semissupervisionado baseado em desacordo coperspectiva / In machine learning, the task of classification consists on creating computational models that are able to automatically identify the class of objects belonging to a predefined domain from a set of examples whose class is known a priori. There are some classification scenarios in which each object can be associated to more than one class at the same time. Moreover, in such multilabeled scenarios, classes can be organized in a taxonomy that represents the generalization and specialization relationships among the different classes, which defines a class hierarchy, making the classification task, known as hierarchical classification, even more specific. The methods used to build such classification models are complex and highly dependent on the availability of an expressive quantity of previously classified examples. However, for a large number of applications, it is difficult to find a significant number of such examples. Moreover, when few examples are available, supervised learning algorithms are not able to build efficient classification models. In such situations it is possible to use semi-supervised learning, whose aim is to learn the classes of the domain using a few classified examples in conjunction to a considerable number of examples with no specified class. In this work, we propose methods that use the co-perspective disagreement based learning approach for both, the flat multilabel classification and the hierarchical classification tasks, among others. We also propose other methods that use active learning, aiming at improving the performance of semi-supervised learning algorithms. Additionally, two methods for the evaluation of multilabel and hierarchical learning algorithms are proposed. These methods define strategies for the identification of the majority multilabels, which are used to estimate the baseline evaluation measures. A framework for the experimental evaluation of the hierarchical classification was developed. This framework includes the implementations of the proposed methods as well as a complete module for the experimental evaluation of the hierarchical algorithms. The proposed methods were empirically evaluated considering datasets from various domains. From the analysis of the results, it can be observed that the methods based on co-perspective disagreement are not effective for complex classification tasks, such as the multilabel and hierarchical classification. It can also be observed that the main degradation problem of the models of the semi-supervised algorithms worsens for the multilabel and hierarchical classification due to the fact that, for these cases, there is an increase in the causes of the degradation of the models built using semi-supervised learning based on co-perspective disagreement
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-13012012-144607 |
| Date | 25 October 2011 |
| Creators | Metz, Jean |
| Contributors | Freitas, Alex Alves, Monard, Maria Carolina |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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