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Web Data mining com R:
aprendizagem de m´quina
a
Fabr´ Jailson Barth
ıcio
Faculdade BandTec e VAGAS Tecnologia

Junho de 2013
Sum´rio
a
• O que ´ Aprendizagem de M´quina?
e
a
• Hierarquia de aprendizado.
• Exemplos de aprendizagem supervisionada (modelos
preditivos).
• Exemplos de aprendizagem n˜o supervisionada
a
(modelos descritivos).
• Referˆncias e exerc´
e
ıcios.

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Sum´rio
a

2
Contexto e exemplos
• Data Mining: grandes bases de dados tˆm crescido
e
com a automatiza¸˜o de alguns processos e com o
ca
advento da Web, por exemplo: web click data,
registros m´dicos, dados biol´gicos, dados capturados
e
o
a partir de sensores.
• Aplica¸˜es que n˜o podem ser programadas “na
co
a
m˜o”: por exemplo, helicopteros autˆnomos,
a
o
reconhecedor de escrita, processadores de linguagem
natural e sistemas de vis˜o computacional.
a
• Aplica¸˜es personaliz´veis: Amazon, Netflix.
co
a
• Compreens˜o do aprendizado humano.
a
Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Contexto e exemplos

3
O que ´ Aprendizagem de M´quina?
e
a
´
• Area de estudo que fornece aos computadores a
habilidade de aprender sem serem explicitamente
programados [Arthur Samuel (1959)].
• Defini¸˜o bem formada: A computer program is said
ca
to learn from experience A with respect to some task
T and some performance measure P, if its performance
on T, as measured by P, improves with experience E
[Tom Mitchell (1998)].

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

O que ´ Aprendizagem de M´quina?
e
a

4
Exerc´
ıcio
O que cada uma das senten¸as abaixo descreve segundo a
c
defini¸˜o do Tom Mitchell?
ca
• Classificar e-mails como spam ou n˜o spam.
a
• Verificar quais e-mails o usu´rio classifica como spam.
a
• O n´mero (ou fra¸˜o) de e-mails corretamente
u
ca
classificados como spam ou n˜o spam.
a

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exerc´
ıcio

5
Hierarquia de aprendizado
Aprendizagem

Supervisionada
Modelos preditivos

Classificação

Regressão

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Não supervisionada
Modelos descritivos

Sumarização

Associação

Hierarquia de aprendizado

Agrupamento

6
Exemplos de aprendizagem supervisionada
• Estimar o pre¸o de uma casa.
c
atributos: tamanho, posi¸˜o geogr´fica, material.
ca
a
classe: pre¸o (regress˜o).
c
a
• Determinar se uma pessoa tem cˆncer benigno ou
a
maligno.
atributos: tamanho do tumor, formato do tumor,
idade do paciente.
classe: tumor benigno ou tumor maligno
(classifica¸˜o).
ca

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exemplos de aprendizagem supervisionada

7
• Determinar se ´ um texto publicado em uma rede
e
social ´ inadequado ou n˜o.
e
a
atributos: quantidade de palavras encontradas no
texto, quantidade de palavras proibidas
encontradas no texto, quantidade de textos j´
a
criados pelo usu´rio, idade do usu´rio no sistema,
a
a
quantidade de textos criados pelo usu´rio e
a
moderados, ...
classe: texto adequado ou n˜o (classifica¸˜o).
a
ca
classes: texto adequado, texto inadequado, texto
com propaganda (classifica¸˜o com m´ltiplas
ca
u
classes).

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exemplos de aprendizagem supervisionada

8
Exemplo de dataset com classe
Idade

Miopia

Astigmat.

Lacrimej.

Lentes

jovem

m´
ıope

n˜o
a

reduzido

nenhuma

jovem

m´
ıope

n˜o
a

normal

fraca

jovem

m´
ıope

sim

reduzido

nenhuma

jovem

m´
ıope

sim

normal

forte

···

···

···

···

···

adulto

m´
ıope

n˜o
a

reduzido

nenhuma

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exemplo de dataset com classe

9
Exerc´
ıcios
Que problema deve ser tratado como problema de
regress˜o e que problema deve ser tratado como problema
a
de classifica¸˜o?
ca
• A sua empresa possui 1.000 itens idˆnticos em
e
estoque. Vocˆ quer predizer quantos destes itens ser˜o
e
a
vendidos nos pr´ximos trˆs meses.
o
e
• Vocˆ quer examinar clientes seus e para cada um
e
decidir se ele ir´ pagar todo o financiamento ou n˜o.
a
a

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exerc´
ıcios

10
Exemplos de aprendizagem n˜o
a
supervisionada
• Dado conjuntos de itens adquiridos na mesma compra,
identificar padr˜es de compra.
o
• Identificar padr˜es de navega¸˜o em sites.
o
ca
• Agrupar not´
ıcias semelhantes publicadas por v´rias
a
fontes de informa¸˜o.
ca
• Numa rede social, identificar sub-grupo de pessoas.

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exemplos de aprendizagem n˜o supervisionada
a

11
Exemplos de aprendizagem n˜o
a
supervisionada
Table 1: Exemplo de tabela com as transa¸˜es dos usu´rios
co
a
usu´rio
a

categoria1

categoria2

categoria3

···

categoriam

user1

0

2

0

···

1

user2

1

1

0

···

0

user3

2

0

1

···

0

user4

0

1

0

···

0

···

···

···

···

···

···

usern

1

1

0

···

1

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exemplos de aprendizagem n˜o supervisionada
a

12
Exemplo de identifica¸˜o de grupos em
ca
redes sociais

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exemplo de identifica¸˜o de grupos em redes sociais
ca

13
Exerc´
ıcios
Quais dos problemas abaixo vocˆ iria resolver com uma
e
abordagem n˜o supervisionada de aprendizagem?
a
• Dado e-mails rotulados como spam e n˜o spam,
a
desenvolver um filtro de spam.
• Dado um conjunto de not´
ıcias encontradas na
Internet, agrup´-las em conjunto de not´
a
ıcias que
tratam do mesmo assunto.

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exerc´
ıcios

14
• Dado uma base de clientes, descobrir segmentos de
clientes.
• Dado uma base de pacientes diagnosticados com
diabetes ou n˜o, aprender a classificar novos pacientes
a
com diabetes ou n˜o.
a

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

Exerc´
ıcios

15
Material de consulta
• Tom Mitchell. Machine Learning, 1997.
• Iah H. Witteh and Eibe Frank. Data Mining: Practical
Machine Learning Tools and Techniques (Third
Edition), 2011.
• Andrew Ng. http://www.ml-class.org
• Faceli, Lorena, Gama, Carvalho. Inteligˆncia Artificial:
e
uma abordagem de aprendizado de m´quina, 2011.
a

Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina —
a

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  • 1. Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina a Fabr´ Jailson Barth ıcio Faculdade BandTec e VAGAS Tecnologia Junho de 2013
  • 2. Sum´rio a • O que ´ Aprendizagem de M´quina? e a • Hierarquia de aprendizado. • Exemplos de aprendizagem supervisionada (modelos preditivos). • Exemplos de aprendizagem n˜o supervisionada a (modelos descritivos). • Referˆncias e exerc´ e ıcios. Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Sum´rio a 2
  • 3. Contexto e exemplos • Data Mining: grandes bases de dados tˆm crescido e com a automatiza¸˜o de alguns processos e com o ca advento da Web, por exemplo: web click data, registros m´dicos, dados biol´gicos, dados capturados e o a partir de sensores. • Aplica¸˜es que n˜o podem ser programadas “na co a m˜o”: por exemplo, helicopteros autˆnomos, a o reconhecedor de escrita, processadores de linguagem natural e sistemas de vis˜o computacional. a • Aplica¸˜es personaliz´veis: Amazon, Netflix. co a • Compreens˜o do aprendizado humano. a Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Contexto e exemplos 3
  • 4. O que ´ Aprendizagem de M´quina? e a ´ • Area de estudo que fornece aos computadores a habilidade de aprender sem serem explicitamente programados [Arthur Samuel (1959)]. • Defini¸˜o bem formada: A computer program is said ca to learn from experience A with respect to some task T and some performance measure P, if its performance on T, as measured by P, improves with experience E [Tom Mitchell (1998)]. Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a O que ´ Aprendizagem de M´quina? e a 4
  • 5. Exerc´ ıcio O que cada uma das senten¸as abaixo descreve segundo a c defini¸˜o do Tom Mitchell? ca • Classificar e-mails como spam ou n˜o spam. a • Verificar quais e-mails o usu´rio classifica como spam. a • O n´mero (ou fra¸˜o) de e-mails corretamente u ca classificados como spam ou n˜o spam. a Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exerc´ ıcio 5
  • 6. Hierarquia de aprendizado Aprendizagem Supervisionada Modelos preditivos Classificação Regressão Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Não supervisionada Modelos descritivos Sumarização Associação Hierarquia de aprendizado Agrupamento 6
  • 7. Exemplos de aprendizagem supervisionada • Estimar o pre¸o de uma casa. c atributos: tamanho, posi¸˜o geogr´fica, material. ca a classe: pre¸o (regress˜o). c a • Determinar se uma pessoa tem cˆncer benigno ou a maligno. atributos: tamanho do tumor, formato do tumor, idade do paciente. classe: tumor benigno ou tumor maligno (classifica¸˜o). ca Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exemplos de aprendizagem supervisionada 7
  • 8. • Determinar se ´ um texto publicado em uma rede e social ´ inadequado ou n˜o. e a atributos: quantidade de palavras encontradas no texto, quantidade de palavras proibidas encontradas no texto, quantidade de textos j´ a criados pelo usu´rio, idade do usu´rio no sistema, a a quantidade de textos criados pelo usu´rio e a moderados, ... classe: texto adequado ou n˜o (classifica¸˜o). a ca classes: texto adequado, texto inadequado, texto com propaganda (classifica¸˜o com m´ltiplas ca u classes). Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exemplos de aprendizagem supervisionada 8
  • 9. Exemplo de dataset com classe Idade Miopia Astigmat. Lacrimej. Lentes jovem m´ ıope n˜o a reduzido nenhuma jovem m´ ıope n˜o a normal fraca jovem m´ ıope sim reduzido nenhuma jovem m´ ıope sim normal forte ··· ··· ··· ··· ··· adulto m´ ıope n˜o a reduzido nenhuma Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exemplo de dataset com classe 9
  • 10. Exerc´ ıcios Que problema deve ser tratado como problema de regress˜o e que problema deve ser tratado como problema a de classifica¸˜o? ca • A sua empresa possui 1.000 itens idˆnticos em e estoque. Vocˆ quer predizer quantos destes itens ser˜o e a vendidos nos pr´ximos trˆs meses. o e • Vocˆ quer examinar clientes seus e para cada um e decidir se ele ir´ pagar todo o financiamento ou n˜o. a a Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exerc´ ıcios 10
  • 11. Exemplos de aprendizagem n˜o a supervisionada • Dado conjuntos de itens adquiridos na mesma compra, identificar padr˜es de compra. o • Identificar padr˜es de navega¸˜o em sites. o ca • Agrupar not´ ıcias semelhantes publicadas por v´rias a fontes de informa¸˜o. ca • Numa rede social, identificar sub-grupo de pessoas. Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exemplos de aprendizagem n˜o supervisionada a 11
  • 12. Exemplos de aprendizagem n˜o a supervisionada Table 1: Exemplo de tabela com as transa¸˜es dos usu´rios co a usu´rio a categoria1 categoria2 categoria3 ··· categoriam user1 0 2 0 ··· 1 user2 1 1 0 ··· 0 user3 2 0 1 ··· 0 user4 0 1 0 ··· 0 ··· ··· ··· ··· ··· ··· usern 1 1 0 ··· 1 Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exemplos de aprendizagem n˜o supervisionada a 12
  • 13. Exemplo de identifica¸˜o de grupos em ca redes sociais Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exemplo de identifica¸˜o de grupos em redes sociais ca 13
  • 14. Exerc´ ıcios Quais dos problemas abaixo vocˆ iria resolver com uma e abordagem n˜o supervisionada de aprendizagem? a • Dado e-mails rotulados como spam e n˜o spam, a desenvolver um filtro de spam. • Dado um conjunto de not´ ıcias encontradas na Internet, agrup´-las em conjunto de not´ a ıcias que tratam do mesmo assunto. Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exerc´ ıcios 14
  • 15. • Dado uma base de clientes, descobrir segmentos de clientes. • Dado uma base de pacientes diagnosticados com diabetes ou n˜o, aprender a classificar novos pacientes a com diabetes ou n˜o. a Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Exerc´ ıcios 15
  • 16. Material de consulta • Tom Mitchell. Machine Learning, 1997. • Iah H. Witteh and Eibe Frank. Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques (Third Edition), 2011. • Andrew Ng. http://www.ml-class.org • Faceli, Lorena, Gama, Carvalho. Inteligˆncia Artificial: e uma abordagem de aprendizado de m´quina, 2011. a Web Data mining com R: aprendizagem de m´quina — a Material de consulta 16