Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Análise e comparação de algoritmos ensemble de classificação na descoberta de exoplanetas
Autor(es): LUZ, Thiago Sales Freire
Primeiro Orientador: RIBEIRO, Enio Roberto
metadata.dc.contributor.advisor-co1: BRAGA, Rodrigo Aparecido da Silva
Resumo: Exoplanetas são planetas encontrados fora do sistema solar. A descoberta dos exoplanetas ocorre devido ao trabalho científico envolvendo o uso de telescópios, entre eles, o Kepler. Os dados coletados por este telescópio são chamados de Kepler Object of Interest. Para a tarefa de identificação de padrões nestes dados são utilizados algoritmos de Aprendizado de Máquina. Estes algoritmos são treinados para classificar estes dados em exoplanetas ou em falso-exoplaneta, isto é, falso-positivo. Dentre os algoritmos de classificação têm-se os denominados algoritmos Ensemble. Estes algoritmos combinam o desempenho de predição de dois ou mais algoritmos visando aperfeiçoar o desempenho preditivo final. Na literatura são utilizados algoritmos tradicionais em pesquisas relacionadas a detecção de exoplanetas. Constata-se, dessa forma, a carência de trabalhos que utilizam algoritmos Ensemble com este propósito. Esta dissertação realiza uma comparação de desempenho entre algoritmos Ensemble no processo de identificação de exoplanetas. Cada algoritmo é implementado com um conjunto de diferentes valores de parâmetros e executado várias vezes por um processo de validação cruzada. Uma matriz de confusão é gerada em cada execução, a qual é usada para análise das seguintes métricas de desempenho do algoritmo: exatidão, sensibilidade, especificidade, precisão e nota F1. Os algoritmos Ensemble atingiram um desempenho maior que 80% de acerto na maioria das métricas. Com a alteração dos valores dos parâmetros das funções observa-se um melhor resultado na predição. O algoritmo com o melhor desempenho foi o Stacking. Em síntese, verifica que os algoritmos Ensemble possuem um grande potencial para melhorar o resultado da predição de exoplanetas. O algoritmo Stacking se mostrou superior aos demais algoritmos e este aspecto é discutido no artigo. Os resultados desta dissertação indicam ser relevante aumentar o uso destes algoritmos, por possuírem um alto desempenho preditivo, favorecendo a detecção de exoplanetas.
Abstract: Exoplanets are planets discovered outside our solar system. Their discovery happens because of scientific work with telescopes such as the Kepler. The data collected by Kepler is known as Kepler Object of Interest. Machine Learning algorithms are trained to classify these data into exoplanets or non-exoplanets. An Ensemble Algorithm is a type of Machine Learning technique that combines the prediction performance of two or more algorithms to gain an improved final prediction. The current works on exoplanet identification use mostly traditional non-Ensemble algorithms. Therefore, research that uses Ensemble algorithms for exoplanet identification is scarce. This paper performs a comparison among some Ensemble algorithms on the exoplanet identification process. Each algorithm is implemented with a set of different values for its parameters and executed multiple times. All executions are performed with the cross-validation method. A confusion matrix is created for each algorithm implementation. The results of each confusion matrix provided data to evaluate the following algorithm’s performance metrics: accuracy, sensitivity, specificity, precision, and F1 score. The Ensemble algorithms achieved an average performance of more than 80% in all metrics. Changing the default values of the Ensemble algorithms parameters improved their predictive performance. The algorithm with the best performance is Stacking. In summary, the Ensemble algorithms have great potential to improve exoplanet prediction. The Stacking algorithm achieved a higher performance than the other algorithms. This aspect is discussed in the text. The results of this work show that it is reasonable to increase the use of Ensemble algorithms. The reason is their high prediction performance to improve exoplanet identification.
Palavras-chave: Algoritmos ensemble
KOI
Aprendizado de máquina
Matriz de confusão
Stacking
CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Tecnologia da Computação
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3927
Data do documento: 28-Set-2023
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