Clustering plays an important role in the exploratory analysis of data. Its goal is to organize objects into a finite set of categories, i.e., clusters, in the hope that meaningful and previously unknown relationships will emerge from the process. Not every clustering result is meaningful, though. In fact, virtually all clustering algorithms will yield a result, even if the data under analysis has no true clusters. If clusters do exist, one still has to determine the best configuration of parameters for the clustering algorithm in hand, in order to avoid poor outcomes. This selection is usually performed with the aid of clustering validity criteria, which evaluate clustering results in a quantitative fashion. In this thesis we study the evaluation/validation of clustering results, proposing, in a broad context, measures and relative validity criteria ensembles. Regarding measures, we propose the use of the Area Under the Curve (AUC) of the Receiver Operating Characteristics (ROC) curve as a relative validity criterion for clustering. Besides providing an empirical evaluation of AUC, we theoretically explore some of its properties and its relation to another measure, known as Gamma. A relative criterion for the validation of density based clustering results, proposed with the participation of the author of this thesis, is also reviewed. In the case of ensembles, we propose their use as means to avoid the evaluation of clustering results based on a single, ad-hoc selected, measure. In this particular scope, we: (i) show that ensembles built on the basis of arbitrarily selected members have limited practical applicability; and (ii) devise a simple, yet effective heuristic approach to select ensemble members, based on their effectiveness and complementarity. Finally, we consider clustering evaluation in the specific context of gene expression data. In this particular case we evaluate the use of external information from the Geno Ontology for the evaluation of distance measures and clustering results / Técnicas de agrupamento desempenham um papel fundamental na análise exploratória de dados. Seu objetivo é a organização de objetos em um conjunto finito de categorias, i.e., grupos (clusters), na expectativa de que relações significativas entre objetos resultem do processo. Nem todos resultados de agrupamento são relevantes, entretanto. De fato, a vasta maioria dos algoritmos de agrupamento existentes produzirá um resultado (partição), mesmo em casos para os quais não existe uma estrutura real de grupos nos dados. Se grupos de fato existem, a determinação do melhor conjunto de parâmetros para estes algoritmos ainda é necessária, a fim de evitar a utilização de resultados espúrios. Tal determinação é usualmente feita por meio de critérios de validação, os quais avaliam os resultados de agrupamento de forma quantitativa. A avaliação/validação de resultados de agrupamentos é o foco desta tese. Em um contexto geral, critérios de validação relativos e a combinação dos mesmos (ensembles) são propostas. No que tange critérios, propõe-se o uso da área sob a curva (AUC Area Under the Curve) proveniente de avaliações ROC (Receiver Operating Characteristics) como um critério de validação relativo no contexto de agrupamento. Além de uma avaliação empírica da AUC, são exploradas algumas de suas propriedades teóricas, bem como a sua relação com outro critério relativo existente, conhecido como Gamma. Ainda com relação à critérios, um índice relativo para a validação de resultados de agrupamentos baseados em densidade, proposto com a participação do autor desta tese, é revisado. No que diz respeito à combinação de critérios, mostra-se que: (i) combinações baseadas em uma seleção arbitrária de índices possuem aplicação prática limitada; e (ii) com o uso de heurísticas para seleção de membros da combinação, melhores resultados podem ser obtidos. Finalmente, considera-se a avaliação/validação no contexto de dados de expressão gênica. Neste caso particular estuda-se o uso de informação da Gene Ontology, na forma de similaridades semânticas, na avaliação de medidas de dissimilaridade e resultados de agrupamentos de genes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-23032016-111454 |
| Date | 27 November 2015 |
| Creators | Jaskowiak, Pablo Andretta |
| Contributors | Campello, Ricardo José Gabrielli Barreto, Costa Filho, Ivan Gesteira |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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