Visualizando similaridades em dados multidimensionais: melhorias e aplicações

Autor(es)

Renato Rodrigues Oliveira da Silva

• 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: 2016-12-05

Membros da banca

Rosane Minghim; Michael Biehl; Carla Maria Dal Sasso Freitas; Maria Cristina Ferreira de Oliveira; Alexandru Cristian Telea; Marcelo Knorich Zuffo

• Orientador: Rosane Minghim

Resumo

Conjuntos de dados multidimensionais são cada vez mais proeminentes e importantes em data science e muitos domínios de aplicação. Esses conjuntos de dados são tipicamente constituídos de um grande número de observações, ou objetos, cada qual descrito por várias medidas, ou dimensões. Durante o projeto de técnicas e ferramentas para processar tais dados, um dos focos principais é prover meios para análise e levantamento de hipóteses a partir das principais estruturas e padrões. Esse objetivo é perseguido por métodos de visualização multidimensional. Estruturas e padrões em dados multidimensionais podem ser descritos, em linhas gerais, pela noção de similaridade das observações. Portanto, para visualizar esses padrões, precisamos de meios efetivos e eficientes para retratar relações de similaridade dentre um grande número de observações, que potencialmente possuem um grande número de dimensões cada. No contexto dos métodos de visualização multidimensional, existem duas categorias de técnicas projeções e árvores de similaridade que efetivamente capturam padrões de similaridade e oferecem boa escalabilidade, tanto para o número de observações e quanto de dimensões. No entanto, embora essas técnicas exibam padrões de similaridade, o entendimento e interpretação desses padrões, em termos das dimensões originais dos dados, ainda é difícil. O trabalho desenvolvido nessa tese visa o desenvolvimento de técnicas explicativas para a fácil interpretação de padrões de similaridade presentes em projeções multidimensionais e árvores de similaridade. Primeiro, propomos métodos que possibilitam a computação eficiente de árvores de similaridade para grandes conjuntos de dados, e também a sua explicação visual em multiescala, ou seja, em vários níveis de detalhe. Também propomos modos de construir representações simplificadas de árvores de similaridade, e desse modo estender ainda mais a sua escalabilidade visual. Segundo, propomos métodos para explicar visualmente projeções multidimensionais em termos de grupos de observações relacionadas, detectadas e anotadas automaticamente para explicitar aspectos de sua similaridade no espaço de alta dimensionalidade. Mostramos em seguida como esses mecanismos explicativos podem ser adaptados para lidar com dados de natureza estática e dependentes no tempo. Nossas técnicas sã construídas visando fácil utilização, funcionamento semi automático, aplicação em quaisquer tipos de dados multidimensionais quantitativos e quaisquer técnicas de projeção multidimensional. Demonstramos a sua utilização em uma variedade de conjuntos de dados reais, obtidos a partir de coleções de imagens, arquivos textuais, medições científicas e de engenharia de software. (AU)

• Processo FAPESP: 11/18838-5 - Visualização de Informação Baseada em Formas
• Beneficiário: Renato Rodrigues Oliveira da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado