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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/13450
Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Título: | Otimizando funções de Kernel racionais para máquinas de vetores de suporte |
Autor(es): | Silva, José Augusto dos Santos |
Primeiro Orientador: | Barboza, Erick de Andrade |
metadata.dc.contributor.referee1: | Pinheiro, Rian Gabriel Santos |
metadata.dc.contributor.referee2: | Pimentel, Bruno Almeida |
Resumo: | Aprendizado de máquina, um subconjunto da inteligência artificial, foca no desenvolvi mento de modelos matemáticos que permitem que computadores aprendam e tomem decisões a partir do uso de dados. Em vez de serem explicitamente programados para executar uma tarefa, esses modelos usam métodos estatísticos para identificar padrões a partir dos dados e fazer predições. No centro deste paradigma está o desenvolvimento de algoritmos capazes de modelar relações não lineares pelo uso dos dados. Um desses proeminentes modelos são as Máquinas de Vetores de Suporte, com raízes na teoria do aprendizado estatístico, que são modelos de aprendizagem supervisionada que se destacam em tarefas de classificação ao encontrar o melhor hiperplano que separa as classes distintas de um conjunto de dados rotulado. Máquinas de Vetores de Suporte têm notória popularidade em diferentes cenários devido a sua habilidade de generalização e de lidar com funções de decisão não lineares. Um dos fatores críticos que influenciam a sua função de decisão para lidar com problemas não lineares é a escolha da função de kernel, que representa o resultado do produto interno no espaço de alta dimensão onde os dados são implicitamente transformados para que modelos lineares possam encontrar funções de decisão não lineares. Enquanto o kernel de Função de Base Radial tem sido uma escolha tradicional e amplamente utilizada, este trabalho explora a viabilidade de funções racionais, que são funções definidas pelo quociente entre dois polinômios, como funções de kernel, otimizadas pelo uso da Evolução Diferencial. Deste modo, o objetivo principal deste trabalho é construir uma metodologia de aprendizado automatizado de funções de kernel modeladas por funções racionais para investigar a viabilidade de obter desempenho comparável em relação ao kernel de Função de Base Radial, uma das funções de kernel mais utilizadas, ao passo que podem oferecer vantagens em termos de convergência, com plexidade e capacidade de generalização. Os experimentos foram conduzidos utilizando o conjunto de dados Pima e os resultados mostram que as funções de kernel racionais foram capazes de alcançar acurácia balanceada estatisticamente igual ao kernel de Função de Base Radial. Esse resultado demonstra o potencial de funções racionais, de coeficientes otimizados pela Evolução Diferencial, como alternativa viável para o kernel de Máquinas de Vetores de Suporte. Além disso, as funções racionais como kernel utilizaram um número menor de iterações para convergir (84,14% menor) e um número menor de vetores de suporte (3,84% menor), o que indica um modelo menos complexo. Os resultados foram comparados por meio de testes estatísticos com nível de confiança igual a 95% e indicam que ainda há espaço na literatura para explorar aprimoramentos no uso de funções de kernel em Máquinas de Vetores de Suporte. |
Abstract: | Machine learning, a subset of artificial intelligence, focuses on the development of mathe matical models that allow computers to learn and make decisions from data. Instead of being explicitly programmed to perform a task, these models employ statistical methods to identify patterns from data and make predictions. At the heart of this paradigm is the development of algorithms capable of modeling non-linear relationships through data. One of these prominent models is the Support Vector Machines, with roots in statistical learning theory, which are supervised learning models that excel in classification tasks by finding the best hyperplane that separates the distinct classes of a labeled dataset. Support Vector Machines have notable popularity in various scenarios due to their generalization ability and handling non-linear decision functions. One of the critical factors influencing its decision function to deal with non-linear problems is the choice of the kernel function, which represents the outcome of the inner product in the high-dimensional space where data is implicitly transformed so that linear models can find non-linear decision functions. While the Radial Basis Function kernel has been a traditional choice and widely used, this work explores the feasibility of rational functions, which are functions defined by the quotient between two polynomials, as kernel functions, optimized by the use of Differen tial Evolution. Thus, the main objective of this work is to build an automated learning methodology for rational functions as kernel functions to investigate the feasibility of achi eving comparable performance to the Radial Basis Function kernel, one of the most used kernel functions, while possibly offering advantages in terms of convergence, complexity and generalization ability. Experiments were conducted using the Pima dataset, and the results show that the rational kernel functions were able to achieve balanced accuracy statistically equal to the Radial Basis Function kernel. This outcome demonstrates the potential of rational functions, with coefficients optimized by Differential Evolution, as a viable alternative for the Support Vector Machines kernel. Moreover, rational functions as a kernel used fewer iterations to converge (84.14% lower) and fewer support vectors (3.84% lower), indicating a less complex model. The results were compared through statistical tests with a confidence level equal to 95%, and they indicate that there is still room in the literature to explore improvements in the use of kernel functions in Support Vector Machines. |
Palavras-chave: | Máquinas de vetores de suporte Funções de Kernel Funções racionais Evolução diferencial Aprendizado de máquina automatizado Support vector machines Kernel functions Rational functions Differential evolution Automated machine learning |
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.department: | Curso de Engenharia da Computação - Bacharelado |
Citação: | SILVA, José Augusto dos Santos. Otimizando funções de Kernel racionais para máquinas de vetores de suporte. 2024. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia da Computação) – Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/13450 |
Data do documento: | 20-out-2023 |
Aparece nas coleções: | Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO- IC |
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