Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Uzai, Luis Gustavo de Carvalho
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Informática
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5452
Resumo: Time series are a sequence of values distributed over time. Analyzing time series is important in many areas, including medical, financial, aerospace, commercial, and entertainment. Change point detection is the problem of identifying change in the meaning or distribution of data in a time series. The academic and commercial interest in the subject has been increased in the last decade due to the increase of power and complexity of sensors, as well as the advance of technological processes, which allowed the capture and recognition of a large volume of data. Many widely used algorithms find it difficult to achieve optimal results when the number of dimensions increases or the data volume grows exponentially, there are also time series where most algorithms do not have satisfactory results (over 0.80 precision) even considering twodimensional data as in context-based distributions. Most known algorithms are more efficient in specific scenarios and less efficient in others, so a greater number of solution options increases the likelihood that the user will get an algorithm that best meets their needs. Solutions to these issues are of great ecological and economic interest. The objective of this work is the development of an unsupervised change point detection algorithm that is applicable in series with multiple change points and large data volume with high precision. To achieve this goal, the new SpecDetec method was developed, an algorithm that uses graph spectrum clustering to detect shift points. The algorithm was published in a package in CRAN as SpecDetec and is available for unrestricted use. The SpecDetec was evaluated using the UCR Archive which is a large database of different time series. The performance of SpecDetec has been compared with other state-of-the-art algorithms for detecting shift points. The results showed that graph spectrum clustering is an efficient technique for detecting shift points, as Spec has achieved better accuracy compared to the state of the art in some specific scenarios and is as efficient as in most cases evaluated. In contexts where it is possible to support a tolerance of up to 0.05, SpecDetec is recommended as it was superior to other algorithms in most databases.
id UTFPR-12_a87060387140aae079e2e4c01f247a2b
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/5452
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafoAnálise de séries temporaisInteligência artificialTeoria dos grafosTime-series analysisArtificial intelligenceGraph theoryCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOCiência da ComputaçãoTime series are a sequence of values distributed over time. Analyzing time series is important in many areas, including medical, financial, aerospace, commercial, and entertainment. Change point detection is the problem of identifying change in the meaning or distribution of data in a time series. The academic and commercial interest in the subject has been increased in the last decade due to the increase of power and complexity of sensors, as well as the advance of technological processes, which allowed the capture and recognition of a large volume of data. Many widely used algorithms find it difficult to achieve optimal results when the number of dimensions increases or the data volume grows exponentially, there are also time series where most algorithms do not have satisfactory results (over 0.80 precision) even considering twodimensional data as in context-based distributions. Most known algorithms are more efficient in specific scenarios and less efficient in others, so a greater number of solution options increases the likelihood that the user will get an algorithm that best meets their needs. Solutions to these issues are of great ecological and economic interest. The objective of this work is the development of an unsupervised change point detection algorithm that is applicable in series with multiple change points and large data volume with high precision. To achieve this goal, the new SpecDetec method was developed, an algorithm that uses graph spectrum clustering to detect shift points. The algorithm was published in a package in CRAN as SpecDetec and is available for unrestricted use. The SpecDetec was evaluated using the UCR Archive which is a large database of different time series. The performance of SpecDetec has been compared with other state-of-the-art algorithms for detecting shift points. The results showed that graph spectrum clustering is an efficient technique for detecting shift points, as Spec has achieved better accuracy compared to the state of the art in some specific scenarios and is as efficient as in most cases evaluated. In contexts where it is possible to support a tolerance of up to 0.05, SpecDetec is recommended as it was superior to other algorithms in most databases.Séries temporais são sequência de valores distribuídos ao longo do tempo. Analisar séries temporais é importante em várias áreas, incluindo médica, financeira, aeroespacial, comercial e entretenimento. Detecção de pontos de mudança é o problema em identificar a mudança no significado ou distribuição dos dados em uma série temporal. O interesse acadêmico e comercial no tema foi ampliado na ultima década devido ao aumento de potência e complexidade de sensores, além do avanço de processos tecnológicos, que, possibilitaram a captura e reconhecimento de um grande volume de dados. Muitos algoritmos amplamente utilizados na atualidade tem dificuldade para chegar em resultados ótimos quando o número de dimensões aumenta ou o volume de dados cresce exponencialmente, também existem séries temporais onde a maioria dos algoritmos não possui resultados satisfatórios (mais de 0.80 de precisão) mesmo considerando dados bidimensionais como em distribuições baseadas em contexto. A maioria dos algoritmos conhecidos e mais eficiente em cenários específicos e menos em outros, por tanto, um número maior de opções de soluções aumenta a probabilidade do usuário obter um algoritmo que atenda melhor suas necessidades. Soluções para essas questões são de grande interesse ecológico e econômico. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um algoritmo para detecção de pontos de mudança, não supervisionado que seja aplicável em séries com múltiplos pontos de mudança e com um grande volume de dados com alta precisão. Para atingir esse objetivo foi desenvolvido o novo método SpecDetec, um algoritmo que utiliza o agrupamento com espectro de grafo para detectar pontos de mudança. O algoritmo foi publicado em um pacote no CRAN como SpecDetec e está disponível para uso de forma irrestrita. O SpecDetec foi avaliado utilizando o UCR Archive que e uma grande base de dados de diferentes séries temporais. A performance do SpecDetec foi comparado com outros algoritmos que representam o estado da arte na detecção de pontos de mudança. Os resultados mostraram que agrupamento com espectro do grafo e uma técnica eficiente para detecção de pontos de mudança, pois o SpecDetec alcançou uma exatidão melhor em comparação ao estado da arte em alguns cenários específicos e tão eficiente quanto na maioria dos casos avaliados. Em contextos onde é possível suportar uma tolerância de até 0.05 o SpecDetec é recomendado pois se mostrou superior aos outros algoritmos na maioria das bases de dados.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilPrograma de Pós-Graduação em InformáticaUTFPRKashiwabara, Andre Yoshiaki0000-0003-3280-2035http://lattes.cnpq.br/3194328548975437Kashiwabara, Andre Yoshiakihttp://lattes.cnpq.br/3194328548975437Lopes, Fabricio Martinshttp://lattes.cnpq.br/1660070580824436Barbon Junior, Sylviohttp://lattes.cnpq.br/8086324432194233Uzai, Luis Gustavo de Carvalho2020-11-03T19:35:28Z2020-11-03T19:35:28Z2019-08-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfUZAI, Luis Gustavo de Carvalho. Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo. 2019. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2019.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5452porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2020-11-04T06:01:08Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/5452Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2020-11-04T06:01:08Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
title Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
spellingShingle Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
Uzai, Luis Gustavo de Carvalho
Análise de séries temporais
Inteligência artificial
Teoria dos grafos
Time-series analysis
Artificial intelligence
Graph theory
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Ciência da Computação
title_short Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
title_full Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
title_fullStr Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
title_full_unstemmed Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
title_sort Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo
author Uzai, Luis Gustavo de Carvalho
author_facet Uzai, Luis Gustavo de Carvalho
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Kashiwabara, Andre Yoshiaki
0000-0003-3280-2035
http://lattes.cnpq.br/3194328548975437
Kashiwabara, Andre Yoshiaki
http://lattes.cnpq.br/3194328548975437
Lopes, Fabricio Martins
http://lattes.cnpq.br/1660070580824436
Barbon Junior, Sylvio
http://lattes.cnpq.br/8086324432194233
dc.contributor.author.fl_str_mv Uzai, Luis Gustavo de Carvalho
dc.subject.por.fl_str_mv Análise de séries temporais
Inteligência artificial
Teoria dos grafos
Time-series analysis
Artificial intelligence
Graph theory
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Ciência da Computação
topic Análise de séries temporais
Inteligência artificial
Teoria dos grafos
Time-series analysis
Artificial intelligence
Graph theory
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Ciência da Computação
description Time series are a sequence of values distributed over time. Analyzing time series is important in many areas, including medical, financial, aerospace, commercial, and entertainment. Change point detection is the problem of identifying change in the meaning or distribution of data in a time series. The academic and commercial interest in the subject has been increased in the last decade due to the increase of power and complexity of sensors, as well as the advance of technological processes, which allowed the capture and recognition of a large volume of data. Many widely used algorithms find it difficult to achieve optimal results when the number of dimensions increases or the data volume grows exponentially, there are also time series where most algorithms do not have satisfactory results (over 0.80 precision) even considering twodimensional data as in context-based distributions. Most known algorithms are more efficient in specific scenarios and less efficient in others, so a greater number of solution options increases the likelihood that the user will get an algorithm that best meets their needs. Solutions to these issues are of great ecological and economic interest. The objective of this work is the development of an unsupervised change point detection algorithm that is applicable in series with multiple change points and large data volume with high precision. To achieve this goal, the new SpecDetec method was developed, an algorithm that uses graph spectrum clustering to detect shift points. The algorithm was published in a package in CRAN as SpecDetec and is available for unrestricted use. The SpecDetec was evaluated using the UCR Archive which is a large database of different time series. The performance of SpecDetec has been compared with other state-of-the-art algorithms for detecting shift points. The results showed that graph spectrum clustering is an efficient technique for detecting shift points, as Spec has achieved better accuracy compared to the state of the art in some specific scenarios and is as efficient as in most cases evaluated. In contexts where it is possible to support a tolerance of up to 0.05, SpecDetec is recommended as it was superior to other algorithms in most databases.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-08-15
2020-11-03T19:35:28Z
2020-11-03T19:35:28Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv UZAI, Luis Gustavo de Carvalho. Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo. 2019. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2019.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5452
identifier_str_mv UZAI, Luis Gustavo de Carvalho. Detecção de ponto de mudança em séries temporais utilizando o espectro do grafo. 2019. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2019.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5452
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Informática
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Informática
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498313045934080