[pt] APRENDIZAGEM NEUROEVOLUTIVA E DETECÇÃO DE CONCEPT DRIFT EM AMBIENTES NÃO ESTACIONÁRIOS

[en] NEUROEVOLUTIVE LEARNING AND CONCEPT DRIFT DETECTION IN NON-STATIONARY ENVIRONMENTS

[pt] TATIANA ESCOVEDO

[pt] CLASSIFICACAO

[pt] AMBIENTES NAO ESTACIONARIOS

[pt] COMITE DE REDES NEURAIS

[pt] DETECCAO DE CONCEPT DRIFT

[pt] CONCEPT DRIFT

[pt] NEUROEVOLUCAO

[en] CLASSIFICATION

[en] NON-STATIONARY ENVIRONMENTS

[en] NEURAL NETWORKS ENSEMBLES

[en] CONCEPT DRIFT DETECTION

[en] CONCEPT DRIFT

[en] NEUROEVOLUTION

[pt] Os conceitos do mundo real muitas vezes não são estáveis: eles mudam com o tempo. Assim como os conceitos, a distribuição de dados também pode se alterar. Este problema de mudança de conceitos ou distribuição de dados é conhecido como concept drift e é um desafio para um modelo na tarefa de aprender a partir de dados. Este trabalho apresenta um novo modelo neuroevolutivo com inspiração quântica, baseado em um comitê de redes neurais do tipo Multi-Layer Perceptron (MLP), para a aprendizagem em ambientes não estacionários, denominado NEVE (Neuro-EVolutionary Ensemble). Também apresenta um novo mecanismo de detecção de concept drift, denominado DetectA (Detect Abrupt) com a capacidade de detectar mudanças tanto de forma proativa quanto de forma reativa. O algoritmo evolutivo com inspiração quântica binário-real AEIQ-BR é utilizado no NEVE para gerar automaticamente novos classificadores para o comitê, determinando a topologia mais adequada para a nova rede, selecionando as variáveis de entrada mais apropriadas e determinando todos os pesos da rede neural MLP. O algoritmo AEIQ-R determina os pesos de votação de cada rede neural membro do comitê, sendo possível utilizar votação por combinação linear, votação majoritária ponderada e simples. São implementadas quatro diferentes abordagens do NEVE, que se diferem uma da outra pela forma de detectar e tratar os drifts ocorridos. O trabalho também apresenta resultados de experimentos realizados com o método DetectA e com o modelo NEVE em bases de dados reais e artificiais. Os resultados mostram que o detector se mostrou robusto e eficiente para bases de dados de alta dimensionalidade, blocos de tamanho intermediário, bases de dados com qualquer proporção de drift e com qualquer balanceamento de classes e que, em geral, os melhores resultados obtidos foram usando algum tipo de detecção. Comparando a acurácia do NEVE com outros modelos consolidados da literatura, verifica-se que o NEVE teve acurácia superior na maioria dos casos. Isto reforça que a abordagem por comitê neuroevolutivo é uma escolha robusta para situações em que as bases de dados estão sujeitas a mudanças repentinas de comportamento.

[en] Real world concepts are often not stable: they change with time. Just as the concepts, data distribution may change as well. This problem of change in concepts or distribution of data is known as concept drift and is a challenge for a model in the task of learning from data. This work presents a new neuroevolutive model with quantum inspiration called NEVE (Neuro- EVolutionary Ensemble), based on an ensemble of Multi-Layer Perceptron (MLP) neural networks for learning in non-stationary environments. It also presents a new concept drift detection mechanism, called DetectA (DETECT Abrupt) with the ability to detect changes both proactively as reactively. The evolutionary algorithm with binary-real quantum inspiration AEIQ-BR is used in NEVE to automatically generate new classifiers for the ensemble, determining the most appropriate topology for the new network and by selecting the most appropriate input variables and determining all the weights of the neural network. The AEIQ-R algorithm determines the voting weight of each neural network ensemble member, and you can use voting by linear combination and voting by weighted or simple majority. Four different approaches of NEVE are implemented and they differ from one another by the way of detecting and treating occurring drifts. The work also presents results of experiments conducted with the DetectA method and with the NEVE model in real and artificial databases. The results show that the detector has proved efficient and suitable for data bases with high-dimensionality, intermediate sized blocks, any proportion of drifts and with any class balancing. Comparing the accuracy of NEVE with other consolidated models in the literature, it appears that NEVE had higher accuracy in most cases. This reinforces that the neuroevolution ensemble approach is a robust choice to situations in which the databases are subject to sudden changes in behavior.

MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO

ANDRE VARGAS ABS DA CRUZ

MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO

ANDRE VARGAS ABS DA CRUZ

DOUGLAS MOTA DIAS

KARLA TEREZA FIGUEIREDO LEITE

FABIANO SALDANHA GOMES DE OLIVEIRA

JORGE LUIS MACHADO DO AMARAL

2016-07-04

2015-09-17

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.26748