Classificação com exemplos de uma única classe baseada na busca pelos limites das características do problema

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: CABRAL, George Gomes
• Orientador(a): OLIVEIRA, Adriano Lorena Inácio de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Palavras-chave em Português: Classificação com exemplos de uma única classe; Detecção de anomalias; Detecção de novidades; Regra do vizinho mais próximo; Redução de protótipos
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/12097

A detecção de novidades é um problema com um grande número de aplicações. Em algumas aplicações, o foco está na prevenção ou detecção de estados indesejados. Em alguns casos, esses estados não são conhecidos durante o treinamento do modelo de classificador; em outros, como monitoramento de máquinas, por exemplo, uma quebra da máquina pode ser bem rara e exemplos desse caso podem ser bastante raros. Nestes casos, a abordagem mais aceita consiste em se modelar o comportamento normal do sistema de forma a, no futuro, se detectar eventos desconhecidos. Esse é o conceito básico de Classificação com Exemplos de uma Única Classe (One-Class Classification - OCC). Esta tese introduz duas versões de um método simples e efetivo para OCC, chamado de FBDOCC (Feature Boundaries Detector for One-Class Classification). O FBDOCC funciona analisando cada característica (dimensão) do problema e criando uma representação sintética da classe novidade (desconhecida a priori) que engloba os dados da classe normal. Esse trabalho também considera o uso do algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) na busca da melhor configuração dos parâmetros do método proposto. Além disso, o presente trabalho introduz também um procedimento para a melhoria do custo computacional durante o treinamento, da técnica proposta, sem que haja a degradação na qualidade da classificação. Entre as motivações por trás deste trabalho, estão a criação de um método com baixo custo computacional e com a mesma ou melhor precisão na classificação que métodos para detecção de novidades do estado da arte. Vários experimentos foram executados com bases de dados do mundo real e artificiais no intuito de comparar as duas versões desenvolvidas do método proposto com alguns dos mais recentes e efetivos métodos OCC, são eles: Support Vector Data Description (SVDD), One-Class SVM (OCSVM), Least Squares One-class SVM (LSOCSVM), Kernel Principal Component Analysis (KPCA), Gaussian Process Prior OCC (GP-OCC), Condensed Nearest Neighbor Data Description (CNNDD) e One-class Random Forests (OCRF). As métricas de desempenho consideradas nos experimentos foram: (i) a area sob a curva ROC (Area Under the Curve - AUC); (ii) o coeficiente de correlação deMatthews (Matthews Correlation Coefficient - MCC); (iii) o tempo de treinamento; e (iv) a taxa de redução de protótipos. Em relação às métricas AUC e MCC, a primeira versão do método FBDOCC apresentou a melhor média global entre todos os métodos enquanto que a segunda versão do método proposto, FBDOCC2, obteve resultados comparáveis aosmelhoresmétodos em experimentos onde o FBDOCC obteve um baixo desempenho. O FBDOCC obteve os melhores resultados considerando o tempo de treinamento em todas as bases de dados, exceto uma. Em adição, o FBDOCC foi bem mais rápido que todos os métodos baseados em Máquinas de Vetores de Suporte. Além disso, um estudo de caso foi realizado utilizando dados adquiridos em um hospital local de renome. Estes dados são compostos de informações não-invasivas sobre as crianças que compareceram ao hospital com sintomas de sopro no coração. Informações como idade, peso, altura, etc., foram usadas para prever se a criança é ou cardiopata. Devido ao elevado grau de desequilíbrio entre as classes (ou seja, o número de pacientes saudáveis foi consideravelmente mais elevado), a abordagem adotada foi a de construir uma descrição dos casos saudáveis deixando casos desconhecidos fora desta descrição. Os resultados mostram que dois dos classificadores OCC aplicados (FBDOCC e OCSVM) obtiveram êxito nesta tarefa, resultando na melhor taxa, entre os métodos investigados, de detecção baseada exclusivamente em dados não-invasivo