Relevant feature selection and construction for machine learning.

No Aprendizado de Máquina Supervisionado - AM - é apresentado ao algoritmo de indução um conjunto de instâncias de treinamento, no qual cada instância é um vetor de features rotulado com a classe. O algoritmo de indução tem como tarefa induzir um classificador que será utilizado para classificar novas instâncias. Algoritmos de indução convencionais baseam-se nos dados fornecidos pelo usuário para construir as descrições dos conceitos. Uma representação inadequada do espaço de busca ou da linguagem de descrição do conjunto de instâncias, bem como erros nos exemplos de treinamento, podem tornar os problemas de aprendizado difícies. Um dos problemas centrais em AM é a Seleção de um Subconjunto de Features - SSF - na qual o objetivo é tentar diminuir o número de features que serão fornecidas ao algoritmo de indução. São várias as razões para a realização de SSF. A primeira é que a maioria dos algoritmos de AM, computacionalmente viáveis, não trabalham bem na presença de muitas features, isto é a precisão dos classificadores gerados pode ser melhorada com a aplicação de SSF. Ainda, com um número menor de features, a compreensibilidade do conceito induzido pode ser melhorada. Uma terceira razão é o alto custo para coletar e processar grande quantidade de dados. Existem, basicamente, três abordagens para a SSF: embedded, filtro e wrapper. Por outro lado, se as features utilizadas para descrever os exemplos de treinamento são inadequadas, os algoritmos de aprendizado estão propensos a criar descrições excessivamente complexas e imprecisas. Porém, essas features, individualmente inadequadas, podem algumas vezes serem, convenientemente, combinadas gerando novas features que podem mostrar-se altamente representativas para a descrição de um conceito. O processo de construção de novas features é conhecido como Construção de Features ou Indução Construtiva - IC. Neste trabalho são enfocadas as abordagens filtro e wrapper para a realização de SSF, bem como a IC guiada pelo conhecimento. É descrita uma série de experimentos usando SSF e IC utilizando quatro conjuntos de dados naturais e diversos algoritmos simbólicos de indução. Para cada conjunto de dados e cada indutor, são realizadas várias medidas, tais como, precisão, tempo de execução do indutor e número de features selecionadas pelo indutor. São descritos também diversos experimentos realizados utilizando três conjuntos de dados do mundo real. O foco desses experimentos não está somente na avaliação da performance dos algoritmos de indução, mas também na avaliação do conhecimento extraído. Durante a extração de conhecimento, os resultados foram apresentados aos especialistas para que fossem feitas sugestões para experimentos futuros. Uma parte do conhecimento extraído desses três estudos de casos foram considerados muito interessantes pelos especialistas. Isso mostra que a interação de diferentes áreas de conhecimento, neste caso específico, áreas médica e computacional, pode produzir resultados interessantes. Assim, para que a aplicação do Aprendizado de Máquina possa gerar frutos é necessário que dois grupos de pesquisadores sejam unidos: aqueles que conhecem os métodos de AM existentes e aqueles com o conhecimento no domínio da aplicação para o fornecimento de dados e a avaliação do conhecimento adquirido.In supervised Machine Learning - ML - an induction algorithm is typically presented with a set of training instances, where each instance is described by a vector of feature values and a class label. The task of the induction algorithm (inducer) is to induce a classifier that will be useful in classifying new cases. Conventional inductive-learning algorithms rely on existing (user) provided data to build their descriptions. Inadequate representation space or description language as well as errors in training examples can make learning problems be difficult. One of the main problems in ML is the Feature Subset Selection - FSS - problem, i.e. the learning algorithm is faced with the problem of selecting some subset of features upon which to focus its attention, while ignoring the rest. There are a variety of reasons that justify doing FSS. The first reason that can be pointed out is that most of the ML algorithms, that are computationally feasible, do not work well in the presence of a very large number of features. This means that FSS can improve the accuracy of the classifiers generated by these algorithms. Another reason to use FSS is that it can improve comprehensibility, i.e. the human ability of understanding the data and the rules generated by symbolic ML algorithms. A third reason for doing FSS is the high cost in some domains for collecting data. Finally, FSS can reduce the cost of processing huge quantities of data. Basically, there are three approaches in Machine Learning for FSS: embedded, filter and wrapper approaches. On the other hand, if the provided features for describing the training examples are inadequate, the learning algorithms are likely to create excessively complex and inaccurate descriptions. These individually inadequate features can sometimes be combined conveniently, generating new features which can turn out to be highly representative to the description of the concept. The process of constructing new features is called Constructive Induction - CI. Is this work we focus on the filter and wrapper approaches for FSS as well as Knowledge-driven CI. We describe a series of experiments for FSS and CI, performed on four natural datasets using several symbolic ML algorithms. For each dataset, various measures are taken to compare the inducers performance, for example accuracy, time taken to run the inducers and number of selected features by each evaluated induction algorithm. Several experiments using three real world datasets are also described. The focus of these three case studies is not only comparing the induction algorithms performance, but also the evaluation of the extracted knowledge. During the knowledge extraction step results were presented to the specialist, who gave many suggestions for the development of further experiments. Some of the knowledge extracted from these three real world datasets were found very interesting by the specialist. This shows that the interaction between different areas, in this case, medical and computational areas, may produce interesting results. Thus, two groups of researchers need to be put together if the application of ML is to bear fruit: those that are acquainted with the existing ML methods, and those with expertise in the given application domain to provide training data