Descoberta de regras de conhecimento utilizando computação evolutiva multiobjetivo

• Main Author: Giusti, Rafael
• Other Authors: Batista, Gustavo Enrique de Almeida Prado Alves
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2010
• Subjects: Algoritmos evolutivos; Aprendizado de máquina; Computação evolutiva; Computação evolutiva multiobjetivo; Construção de regras de conhecimento; Evolutionary algorithm; Evolutionary computing; Extração de conhecimento; Knowledge discovery in databases; Knowledge rule discovery; Machine learning; Multiobjective evolutionary computing; Multiobjective optimization; Otimização multiobjetivo
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-17082010-112927/

Na área de inteligência artificial existem algoritmos de aprendizado, notavelmente aqueles pertencentes à área de aprendizado de máquina AM , capazes de automatizar a extração do conhecimento implícito de um conjunto de dados. Dentre estes, os algoritmos de AM simbólico são aqueles que extraem um modelo de conhecimento inteligível, isto é, que pode ser facilmente interpretado pelo usuário. A utilização de AM simbólico é comum no contexto de classificação, no qual o modelo de conhecimento extraído é tal que descreve uma correlação entre um conjunto de atributos denominados premissas e um atributo particular denominado classe. Uma característica dos algoritmos de classificação é que, em geral, estes são utilizados visando principalmente a maximização das medidas de cobertura e precisão, focando a construção de um classificador genérico e preciso. Embora essa seja uma boa abordagem para automatizar processos de tomada de decisão, pode deixar a desejar quando o usuário tem o desejo de extrair um modelo de conhecimento que possa ser estudado e que possa ser útil para uma melhor compreensão do domínio. Tendo-se em vista esse cenário, o principal objetivo deste trabalho é pesquisar métodos de computação evolutiva multiobjetivo para a construção de regras de conhecimento individuais com base em critérios definidos pelo usuário. Para isso utiliza-se a biblioteca de classes e ambiente de construção de regras de conhecimento ECLE, cujo desenvolvimento remete a projetos anteriores. Outro objetivo deste trabalho consiste comparar os métodos de computação evolutiva pesquisados com métodos baseado em composição de rankings previamente existentes na ECLE. É mostrado que os métodos de computação evolutiva multiobjetivo apresentam melhores resultados que os métodos baseados em composição de rankings, tanto em termos de dominância e proximidade das soluções construídas com aquelas da fronteira Pareto-ótima quanto em termos de diversidade na fronteira de Pareto. Em otimização multiobjetivo, ambos os critérios são importantes, uma vez que o propósito da otimização multiobjetivo é fornecer não apenas uma, mas uma gama de soluções eficientes para o problema, das quais o usuário pode escolher uma ou mais soluções que apresentem os melhores compromissos entre os objetivos === Machine Learning algorithms are notable examples of Artificial Intelligence algorithms capable of automating the extraction of implicit knowledge from datasets. In particular, Symbolic Learning algorithms are those which yield an intelligible knowledge model, i.e., one which a user may easily read. The usage of Symbolic Learning is particularly common within the context of classification, which involves the extraction of knowledge such that the associated model describes correelation among a set of attributes named the premises and one specific attribute named the class. Classification algorithms usually target into creating knowledge models which maximize the measures of coverage and precision, leading to classifiers that tend to be generic and precise. Althought this constitutes a good approach to creating models that automate the decision making process, it may not yield equally good results when the user wishes to extract a knowledge model which could assist them into getting a better understanding of the domain. Having that in mind, it has been established as the main goal of this Masters thesis the research of multi-objective evolutionary computing methods to create individual knowledge rules maximizing sets of arbitrary user-defined criteria. This is achieved by employing the class library and knowledge rule construction environment ECLE, which had been developed during previous research work. A second goal of this Masters thesis is the comparison of the researched evolutionary computing methods against previously existing ranking composition methods in ECLE. It is shown in this Masters thesis that the employment of multi-objective evolutionary computing methods produces better results than those produced by the employment of ranking composition-based methods. This improvement is verified both in terms of solution dominance and proximity of the solution set to the Pareto-optimal front and in terms of Pareto-front diversity. Both criteria are important for evaluating the efficiency of multi-objective optimization algorithms, for the goal of multi-objective optimization is to provide a broad range of efficient solutions, so the user may pick one or more solutions which present the best trade-off among all objectives