Visualização explanatória de projeções multidimensionais

Autor(es)

Rafael Messias Martins

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/SB)
• Data de defesa: 2016-03-11

Membros da banca

Rosane Minghim; Michael Biehl; Luis Gustavo Nonato; Manuel Menezes de Oliveira Neto; Anderson de Rezende Rocha; Alexandru Cristian Telea

• Orientador: Rosane Minghim; Alexandru Cristian Telea

Resumo

Ferramentas de análise visual desempenham um papel importante no cenário de soluções para grandes volumes de dados (big data), combinando análise de dados e técnicas interativas de visualização de forma eficaz para apoiar a exploração incremental de coleções de dados em diversos domínios. Um desafio importante em análise visual é a exploração de conjuntos de dados multidimensionais, que consistem em muitas observações, sendo cada uma descrita por um grande número de dimensões, ou atributos. Encontrar e compreender os padrões presentes em tais espaços, tais como tendências, correlações, grupos de observações relacionadas e valores extremos, é difícil. Técnicas de redução de dimensionalidade ou projeções são utilizadas para construir, a partir de conjuntos de dados multidimensionais, representações de duas ou três dimensões que podem então ser utilizadas com substitutas do espaço original para sua interpretação visual, apoiando de forma eficiente as tarefas de análise de dados acima mencionadas. Projeções apresentam vantagens importantes sobre outras técnicas de visualização para dados multidimensionais, tais como escalabilidade visual, resistência a ruídos e baixa complexidade computacional. No entanto, um grande obstáculo para o uso prático de projeções vem da sua difícil interpretação. Dois principais tipos de desafios de interpretação de projeções são estudados nesta tese. Em primeiro lugar, mesmo que as técnicas de projeção tenham como objetivo preservar, na representação final, a estrutura do conjunto de dados original, elas podem introduzir uma certa quantidade de erros que influenciam a interpretação dos seus resultados. No entanto, é difícil transmitir aos usuários onde tais erros ocorrem na projeção, quão severos eles são e que aspectos específicos da interpretação dos dados eles afetam. Em segundo lugar, interpretar os padrões visuais que aparecem em uma projeção, além da percepção de grupos de observações semelhantes, está longe de ser trivial. Em particular, é difícil explicar tais padrões em termos do significado das dimensões dos dados originais. O trabalho desenvolvido nesta tese concentra-se no projeto e desenvolvimento de novas técnicas visuais explicativas para lidar com os dois desafios de interpretação de projeções multidimensionais descritos acima. São propostos alguns métodos para quantificar, classificar e representar visualmente diversos tipos de erros de projeção, e é descrito como essas representações explícitas ajudam na interpretação dos padrões dos dados. Além disso, também são propostas técnicas visuais para explicar projeções em termos dos atributos dos dados multidimensionais, tanto de forma global quanto local. As propostas apresentadas foram concebidas para serem facilmente incorporadas e usadas com qualquer técnica de projeção e em qualquer contexto de aplicação. As contribuições são demonstradas pela apresentação de vários cenários de exploração, envolvendo vários tipos de conjuntos de dados multidimensionais, desde medições e simulações científicas até métricas de qualidade de software, estruturas de sistema de software e redes. (AU)

• Processo FAPESP: 12/07722-9 - Aplicação de Técnicas de Visualização Multidimensional para Avaliação e Monitoramento de Qualidade de Software Livre
• Beneficiário: Rafael Messias Martins
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado