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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2013.tde-10102013-150240
Document
Author
Full name
Soledad Espezua Llerena
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2013
Supervisor
Committee
Maciel, Carlos Dias (President)
Carvalho, André Carlos Ponce de Leon Ferreira de
Delbem, Alexandre Cláudio Botazzo
Hruschka Júnior, Estevam Rafael
Shinoda, Ailton Akira
Title in Portuguese
Redução dimensional de dados de alta dimensão e poucas amostras usando Projection Pursuit
Keywords in Portuguese
Classificação
Dados de microarranjo
Projection Pursuit
Redução dimensional
Abstract in Portuguese
Reduzir a dimensão de bancos de dados é um passo importante em processos de reconhecimento de padrões e aprendizagem de máquina. Projection Pursuit (PP) tem emergido como uma técnica relevante para tal fim, a qual busca projeções dos dados em espaços de baixa dimensão onde estruturas interessantes sejam reveladas. Apesar do relativo sucesso de PP em vários problemas de redução dimensional, a literatura mostra uma aplicação limitada da mesma em bancos de dados com elevada quantidade de atributos e poucas amostras, tais como os gerados em biologia molecular. Nesta tese, estudam-se formas de aproveitar o potencial de PP em problemas de alta dimensão e poucas amostras a fim de facilitar a posterior construção de classificadores. Entre as principais contribuições deste trabalho tem-se: i) Sequential Projection Pursuit Modified (SPPM), um método de busca sequencial de espaços de projeção baseado em Algoritmo Genético (AG) e operadores de cruzamento especializados; ii) Block Sequential Projection Pursuit Modified (Block-SPPM) e Whitened Sequential Projection Pursuit Modified (W-SPPM), duas estratégias de aplicação de SPPM em problemas com mais atributos do que amostras, sendo a primeira baseada e particionamento de atributos e a segunda baseada em pré-compactação dos dados. Avaliações experimentais sobre bancos de dados públicos de expressão gênica mostraram a eficácia das propostas em melhorar a acurácia de algoritmos de classificação populares em relação a vários outros métodos de redução dimensional, tanto de seleção quanto de extração de atributos, encontrando-se que W-SPPM oferece o melhor compromisso entre acurácia e custo computacional.
Title in English
Dimension reduction of datasets with large dimensionalities and few samples using Projection Pursuit
Keywords in English
Classification
Dimentionality reduction
Microarray data
Projection Pursuit
Abstract in English
Reducing the dimension of datasets is an important step in pattern recognition and machine learning processes. PP has emerged as a relevant technique for that purpose. PP aims to find projections of the data in low dimensional spaces where interesting structures are revealed. Despite the success of PP in many dimension reduction problems, the literature shows a limited application of it in dataset with large amounts of features and few samples, such as those obtained in molecular biology. In this work we study ways to take advantage of the potential of PP in order to deal with problems of large dimensionalities and few samples. Among the main contributions of this work are: i) SPPM, an improved method for searching projections, based on a genetic algorithm and specialized crossover operators; and ii) Block-SPPM and W-SPPM, two strategies of applying SPPM in problems with more attributes than samples. The first strategy is based on partitioning the attribute space while the later is based on a precompaction of the data followed by a projection search. Experimental evaluations over public gene-expression datasets showed the efficacy of the proposals in improving the accuracy of popular classifiers with respect to several representative dimension reduction methods, being W-SPPM the strategy with the best compromise between accuracy and computational cost.
 
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Soledad.pdf (5.74 Mbytes)
Publishing Date
2013-10-11
 
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