00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC
Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/riufal/7041
Tipo: Dissertação
Título: Avaliação de modelos de classificação automática de atividades diárias para dispositivos de baixo custo
Título(s) alternativo(s): Evaluation of automatic classification models of activities of daily diving for low cost devices
Autor(es): Machado, Wylken dos Santos
Primeiro Orientador: Almeida, Eliana Silva de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Aquino , André Luiz Lins de
metadata.dc.contributor.referee1: Machado, Aydano Pamponet
metadata.dc.contributor.referee2: Figueiredo, Carlos Maurício Serodio
Resumo: Neste trabalho foram utilizados algoritmos de aprendizado de máquina para identificar Atividades Diárias (ADLs) em três conjuntos de dados públicos, ARCMA, HMP e UMAFall. A ideia central é definir uma metodologia que seja capaz de avaliar um conjunto de métodos de aprendizado de máquina, em um cenário específico, com o objetivo de alcançar os melhores resultados na classificação automática de Atividades Diárias, com foco na simplificação da implantação e da estrutura necessária para a sua execução. Nos dias de hoje os estudos com melhores resultados utilizam dados de redes de sensores instalados tanto no ambiente quanto no corpo dos voluntários, esse tipo de abordagem torna a aplicação mais complexa e dificulta a sua implantação. Neste trabalho serão utilizados dados gerados apenas por um sensor inercial (acelerômetro ou magnetômetro, dependendo da base de dados), essa simplificação implica em uma menor complexidade tanto no desenvolvimento, quando na implantação, além de propiciar soluções mais baratas. Dessa forma , o objetivo deste trabalho é construir arcabouço computacional, que envolve parametrização, execução, simulação e validação, permitindo assim, encontrar modelo capaz de realizar a classificação de Atividades Diárias utilizando dispositivos de baixo custo. Para verificar o desempenho do modelo final foi utilizado o Raspberry Pi 3 B. Para alcançar esse objetivo, a metodologia proposta realiza o tratamento dos dados, com a exclusão de entradas inválidas, balanceamento das bases, extração das características relevantes, avaliação dos algoritmos, busca da melhor janela de leitura e utilização de filtro limiar para melhorar a acurácia. Para mitigar os resultados obtidos utilizamos a validação cruzada estratificada para encontrar o F-score e Acurácia dos métodos. Foram avaliados os seguintes algoritmos: k-Nearest Neighbors, Naive Bayes, Support Vector Machine, Decision Tree, Random Forest e Extra-Trees. O algoritmo Extra-Trees apresentou os melhores resultados com uma acurácia final de 92.06%, 93.97% e 97.79% e um F-score de 91.29%, 92.76% e 97.41% para as bases ARCMA, HMP e UMAFall, respectivamente, em um cenário quem que seja tolerável a exclusão de duas atividades das bases de dados. Utilizamos um filtro de decisão que escolhe se o registro deve ser descartado ou não, levando em consideração a tabela de probabilidade retornada por cada método, o que elevou a acurácia da classificação em 16.33%, 14.95% e 9.05% nas bases ARCMA, HMP e UMAFall. Toda modelagem aplicada neste trabalho é relevante para futuros estudos que tenham o objetivo de implementar uma aplicação real para realizar a detecção automática de ADLs, sendo essa portanto, a principal contribuição deixada por este trabalho.
Abstract: In this work, machine learning algorithms were used to identify Activities of Daily Living (ADLs) in three public data sets, ARCMA, HMP and UMAFall. The central idea is to define a methodology that is capable of evaluating a set of machine learning methods, in a specific scenario, in order to achieve the best results in the automatic classification of Activities of Daily Living, considering the simplification of the implantation and the necessary structure for its execution.Nowadays the studies with better results use data from sensor networks installed both in the environment and in the body of the volunteers, this type of approach makes the application more complex and makes its implementation difficult.This work will use data generated only by an inertial sensor (accelerometer or magnetometer, depending on the database), this simplification implies less complexity in both development and implemen- tation, in addition to providing cheaper solutions. Thus, the objective of this work is to build a computational framework, which involves parameterization, execution, simulation and validation, thus allowing to find a model capable of performing the classification of Activities of Daily Living using low cost devices. To check the performance of the final model, the Raspberry Pi 3 B was used. To achieve this goal, the proposed methodology performs the data processing, excluding invalid entries, balancing the bases, extracting the relevant characteristics, evaluating the algorithms, search for the best reading window and using a threshold filter to improve accu- racy. To mitigate the results obtained, we use stratified cross-validation to find the F-score and Accuracy of the methods. The following algorithms were evaluated: k-Nearest Neighbors, Naive Bayes, Support Vector Machine, Decision Tree, Random Forest, and Extra-Trees. The Extra-Trees algorithm presented the best results with a final accuracy of 92.06%, 93.97% e 97.79%, and 91.29%, 92.76% e 97.41% of F-score, for the ARCMA, HMP and UMAFall bases, respectively, in a scenario who would be tolerable to exclude two activities from the databases. We use a decision filter that chooses whether the record should be discarded or not, taking into account the probability table returned by each method, this increased the accuracy of the classification by 16.33%, 14.95% and 9.05% on the ARCMA, HMP, and UMAFall bases. All modeling applied in this work is relevant for future studies that aim to implement a real appli- cation to perform automatic detection of ADLs, which is, therefore, the main contribution of this work.
Palavras-chave: Aprendizagem de máquina
Atividades de vida diária
Arcabouço computacional
Algoritmos computacionais
Modelagem computacional
Machine Learning
ADL
Activities of Daily Living
Activity Recognition
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional de Conhecimento
Citação: MACHADO, Wylken dos Santos. Avaliação de modelos de classificação automática de atividades diárias para dispositivos de baixo custo. 2020. 68 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional do Conhecimento) - Instituto de Computação, Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional de Conhecimento, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/7041
Data do documento: 6-mar-2020
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Avaliação de modelos de classificação automática de atividades diárias para dispositivos de baixo custo.pdf3.91 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.