Evidential relational clustering using medoids

In real clustering applications, proximity data, in which only pairwise similarities or dissimilarities are known, is more general than object data, in which each pattern is described explicitly by a list of attributes. Medoid-based clustering algorithms, which assume the prototypes of classes are objects, are of great value for partitioning relational data sets. In this paper a new prototype-based clustering method, named Evidential C-Medoids (ECMdd), which is an extension of Fuzzy C-Medoids (FCMdd) on the theoretical framework of belief functions is proposed. In ECMdd, medoids are utilized as the prototypes to represent the detected classes, including specific classes and imprecise classes. Specific classes are for the data which are distinctly far from the prototypes of other classes, while imprecise classes accept the objects that may be close to the prototypes of more than one class. This soft decision mechanism could make the clustering results more cautious and reduce the misclassification rates. Experiments in synthetic and real data sets are used to illustrate the performance of ECMdd. The results show that ECMdd could capture well the uncertainty in the internal data structure. Moreover, it is more robust to the initializations compared with FCMdd.Comment: in The 18th International Conference on Information Fusion, July 2015, Washington, DC, USA , Jul 2015, Washington, United State

Statistical Algorithms for Ontology-based Annotation of Scientific Literature

Background: Ontologies encode relationships within a domain in robust data structures that can be used to annotate data objects, including scientific papers, in ways that ease tasks such as search and meta-analysis. However, the annotation process requires significant time and effort when performed by humans. Text mining algorithms can facilitate this process, but they render an analysis mainly based upon keyword, synonym and semantic matching. They do not leverage information embedded in an ontology’s structure. Methods: We present a probabilistic framework that facilitates the automatic annotation of literature by indirectly modeling the restrictions among the different classes in the ontology. Our research focuses on annotating human functional neuroimaging literature within the Cognitive Paradigm Ontology (CogPO). We use an approach that combines the stochastic simplicity of naïve Bayes with the formal transparency of decision trees. Our data structure is easily modifiable to reflect changing domain knowledge. Results: We compare our results across naïve Bayes, Bayesian Decision Trees, and Constrained Decision Tree classifiers that keep a human expert in the loop, in terms of the quality measure of the F1-mirco score. Conclusions: Unlike traditional text mining algorithms, our framework can model the knowledge encoded by the dependencies in an ontology, albeit indirectly. We successfully exploit the fact that CogPO has explicitly stated restrictions, and implicit dependencies in the form of patterns in the expert curated annotations

Evidential relational clustering using medoids

International audienceIn real clustering applications, proximity data, in which only pairwise similarities or dissimilarities are known, is more general than object data, in which each pattern is described explicitly by a list of attributes. Medoid-based clustering algorithms, which assume the prototypes of classes are objects, are of great value for partitioning relational data sets. In this paper a new prototype-based clustering method, named Evidential C-Medoids (ECMdd), which is an extension of Fuzzy C-Medoids (FCMdd) on the theoretical framework of belief functions is proposed. In ECMdd, medoids are utilized as the prototypes to represent the detected classes, including specific classes and imprecise classes. Specific classes are for the data which are distinctly far from the prototypes of other classes, while imprecise classes accept the objects that may be close to the prototypes of more than one class. This soft decision mechanism could make the clustering results more cautious and reduce the misclassification rates. Experiments in synthetic and real data sets are used to illustrate the performance of ECMdd. The results show that ECMdd could capture well the uncertainty in the internal data structure. Moreover, it is more robust to the initializations compared with FCMdd

Evidential relational clustering using medoids

Abstract-In real clustering applications, proximity data, in which only pairwise similarities or dissimilarities are known, is more general than object data, in which each pattern is described explicitly by a list of attributes. Medoid-based clustering algorithms, which assume the prototypes of classes are objects, are of great value for partitioning relational data sets. In this paper a new prototype-based clustering method, named Evidential C-Medoids (ECMdd), which is an extension of Fuzzy C-Medoids (FCMdd) on the theoretical framework of belief functions is proposed. In ECMdd, medoids are utilized as the prototypes to represent the detected classes, including specific classes and imprecise classes. Specific classes are for the data which are distinctly far from the prototypes of other classes, while imprecise classes accept the objects that may be close to the prototypes of more than one class. This soft decision mechanism could make the clustering results more cautious and reduce the misclassification rates. Experiments in synthetic and real data sets are used to illustrate the performance of ECMdd. The results show that ECMdd could capture well the uncertainty in the internal data structure. Moreover, it is more robust to the initializations compared with FCMdd

ANÁLISIS DE COMPORTAMIENTO DE CUENTAS CORRIENTES EN ENTIDADES BANCARIAS MEDIANTE EL USO DE FUZZY CLUSTERING Y ANÁLISIS DISCRIMINANTE PARA LA ADMINISTRACIÓN DE RIESGO CREDITICIO

Cada entidad bancaria tiene sus propios parámetros de evaluación de clientes y aplica sus propios métodos para hacerlo. Esto forma parte de su política de administración de riesgos. El análisis del comportamiento de la cuenta corriente de cada cliente es de suma importancia en este caso, ya que describe la conducta del cliente en relación a sus deudas y ayuda a evaluar los riesgos que el banco asume. A su vez, este análisis permite la descripción de la evolución de los riesgos mediante el hallazgo de un patrón de conducta de cada cliente. Una vez descripta esta evolución, la entidad podrá definir su política crediticia de corto plazo en cuenta corriente, pudiendo hacer un seguimiento de las cuentas que entran en zonas que el banco evaluaría como indeseables. En el presente trabajo se desarrolla, mediante un modelo simple con datos generados en forma aleatoria, una aplicación referida a estos métodos de evaluación. Se presenta, fundamentalmente, el método de Fuzzy Clustering, utilizando los programas SPSS® y R para desarrollar los cálculos. Además, se hace un análisis discriminante canónico para la asignación de nuevos individuos a los grupos definidos y la reasignación en caso de cambio de las características. Palabras Clave: Fuzzy clustering, validación, Clustering, análisis discriminante. Abstract Each bank has its own parameters to evaluate its clients and applies its own methods to do that. This belongs to its management risk policy. The behavioural analysis of the current accounts of each client is of great importance in this case, since it describes the client’s behaviour related to his debts and helps to evaluate the risks that the bank deals with. In the same way, this analysis permit to describe the risk’s evolution through the gathering of behavioural patterns. Once one has described this evolution, the institution can define its short term credit policy in current account, being able to follow the ones that enter the zones which the bank has defined as unwishable. Over the present paper, an application referred to those methods of evaluation is developed with a simple model using simulated data. Fundamentally, the method of Fuzzy Clustering is shown using SPSS and R software to make the calculations. Additionally, we make a canonical discriminant analysis to assign new individuals to the defined groups and the reorganization in the case of characteristic’s changes. Keywords: Fuzzy clustering, Validation, Clustering, Discriminant analysis, Risk management, Fuzzy theory

Semantic image retrieval using relevance feedback and transaction logs

Due to the recent improvements in digital photography and storage capacity, storing large amounts of images has been made possible, and efficient means to retrieve images matching a user’s query are needed. Content-based Image Retrieval (CBIR) systems automatically extract image contents based on image features, i.e. color, texture, and shape. Relevance feedback methods are applied to CBIR to integrate users’ perceptions and reduce the gap between high-level image semantics and low-level image features. The precision of a CBIR system in retrieving semantically rich (complex) images is improved in this dissertation work by making advancements in three areas of a CBIR system: input, process, and output. The input of the system includes a mechanism that provides the user with required tools to build and modify her query through feedbacks. Users behavioral in CBIR environments are studied, and a new feedback methodology is presented to efficiently capture users’ image perceptions. The process element includes image learning and retrieval algorithms. A Long-term image retrieval algorithm (LTL), which learns image semantics from prior search results available in the system’s transaction history, is developed using Factor Analysis. Another algorithm, a short-term learner (STL) that captures user’s image perceptions based on image features and user’s feedbacks in the on-going transaction, is developed based on Linear Discriminant Analysis. Then, a mechanism is introduced to integrate these two algorithms to one retrieval procedure. Finally, a retrieval strategy that includes learning and searching phases is defined for arranging images in the output of the system. The developed relevance feedback methodology proved to reduce the effect of human subjectivity in providing feedbacks for complex images. Retrieval algorithms were applied to images with different degrees of complexity. LTL is efficient in extracting the semantics of complex images that have a history in the system. STL is suitable for query and images that can be effectively represented by their image features. Therefore, the performance of the system in retrieving images with visual and conceptual complexities was improved when both algorithms were applied simultaneously. Finally, the strategy of retrieval phases demonstrated promising results when the query complexity increases

Effiziente MapReduce-Parallelisierung von Entity Resolution-Workflows

In den vergangenen Jahren hat das neu entstandene Paradigma Infrastructure as a Service die IT-Welt massiv verändert. Die Bereitstellung von Recheninfrastruktur durch externe Dienstleister bietet die Möglichkeit, bei Bedarf in kurzer Zeit eine große Menge von Rechenleistung, Speicherplatz und Bandbreite ohne Vorabinvestitionen zu akquirieren. Gleichzeitig steigt sowohl die Menge der frei verfügbaren als auch der in Unternehmen zu verwaltenden Daten dramatisch an. Die Notwendigkeit zur effizienten Verwaltung und Auswertung dieser Datenmengen erforderte eine Weiterentwicklung bestehender IT-Technologien und führte zur Entstehung neuer Forschungsgebiete und einer Vielzahl innovativer Systeme. Ein typisches Merkmal dieser Systeme ist die verteilte Speicherung und Datenverarbeitung in großen Rechnerclustern bestehend aus Standard-Hardware. Besonders das MapReduce-Programmiermodell hat in den vergangenen zehn Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Es ermöglicht eine verteilte Verarbeitung großer Datenmengen und abstrahiert von den Details des verteilten Rechnens sowie der Behandlung von Hardwarefehlern. Innerhalb dieser Dissertation steht die Nutzung des MapReduce-Konzeptes zur automatischen Parallelisierung rechenintensiver Entity Resolution-Aufgaben im Mittelpunkt. Entity Resolution ist ein wichtiger Teilbereich der Informationsintegration, dessen Ziel die Entdeckung von Datensätzen einer oder mehrerer Datenquellen ist, die dasselbe Realweltobjekt beschreiben. Im Rahmen der Dissertation werden schrittweise Verfahren präsentiert, welche verschiedene Teilprobleme der MapReduce-basierten Ausführung von Entity Resolution-Workflows lösen. Zur Erkennung von Duplikaten vergleichen Entity Resolution-Verfahren üblicherweise Paare von Datensätzen mithilfe mehrerer Ähnlichkeitsmaße. Die Auswertung des Kartesischen Produktes von n Datensätzen führt dabei zu einer quadratischen Komplexität von O(n²) und ist deswegen nur für kleine bis mittelgroße Datenquellen praktikabel. Für Datenquellen mit mehr als 100.000 Datensätzen entstehen selbst bei verteilter Ausführung Laufzeiten von mehreren Stunden. Deswegen kommen sogenannte Blocking-Techniken zum Einsatz, die zur Reduzierung des Suchraums dienen. Die zugrundeliegende Annahme ist, dass Datensätze, die eine gewisse Mindestähnlichkeit unterschreiten, nicht miteinander verglichen werden müssen. Die Arbeit stellt eine MapReduce-basierte Umsetzung der Auswertung des Kartesischen Produktes sowie einiger bekannter Blocking-Verfahren vor. Nach dem Vergleich der Datensätze erfolgt abschließend eine Klassifikation der verglichenen Kandidaten-Paare in Match beziehungsweise Non-Match. Mit einer steigenden Anzahl verwendeter Attributwerte und Ähnlichkeitsmaße ist eine manuelle Festlegung einer qualitativ hochwertigen Strategie zur Kombination der resultierenden Ähnlichkeitswerte kaum mehr handhabbar. Aus diesem Grund untersucht die Arbeit die Integration maschineller Lernverfahren in MapReduce-basierte Entity Resolution-Workflows. Eine Umsetzung von Blocking-Verfahren mit MapReduce bedingt eine Partitionierung der Menge der zu vergleichenden Paare sowie eine Zuweisung der Partitionen zu verfügbaren Prozessen. Die Zuweisung erfolgt auf Basis eines semantischen Schlüssels, der entsprechend der konkreten Blocking-Strategie aus den Attributwerten der Datensätze abgeleitet ist. Beispielsweise wäre es bei der Deduplizierung von Produktdatensätzen denkbar, lediglich Produkte des gleichen Herstellers miteinander zu vergleichen. Die Bearbeitung aller Datensätze desselben Schlüssels durch einen Prozess führt bei Datenungleichverteilung zu erheblichen Lastbalancierungsproblemen, die durch die inhärente quadratische Komplexität verschärft werden. Dies reduziert in drastischem Maße die Laufzeiteffizienz und Skalierbarkeit der entsprechenden MapReduce-Programme, da ein Großteil der Ressourcen eines Clusters nicht ausgelastet ist, wohingegen wenige Prozesse den Großteil der Arbeit verrichten müssen. Die Bereitstellung verschiedener Verfahren zur gleichmäßigen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen stellt einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit dar. Blocking-Strategien müssen stets zwischen Effizienz und Datenqualität abwägen. Eine große Reduktion des Suchraums verspricht zwar eine signifikante Beschleunigung, führt jedoch dazu, dass ähnliche Datensätze, z. B. aufgrund fehlerhafter Attributwerte, nicht miteinander verglichen werden. Aus diesem Grunde ist es hilfreich, für jeden Datensatz mehrere von verschiedenen Attributen abgeleitete semantische Schlüssel zu generieren. Dies führt jedoch dazu, dass ähnliche Datensätze unnötigerweise mehrfach bezüglich verschiedener Schlüssel miteinander verglichen werden. Innerhalb der Arbeit werden deswegen Algorithmen zur Vermeidung solch redundanter Ähnlichkeitsberechnungen präsentiert. Als Ergebnis dieser Arbeit wird das Entity Resolution-Framework Dedoop präsentiert, welches von den entwickelten MapReduce-Algorithmen abstrahiert und eine High-Level-Spezifikation komplexer Entity Resolution-Workflows ermöglicht. Dedoop fasst alle in dieser Arbeit vorgestellten Techniken und Optimierungen in einem nutzerfreundlichen System zusammen. Der Prototyp überführt nutzerdefinierte Workflows automatisch in eine Menge von MapReduce-Jobs und verwaltet deren parallele Ausführung in MapReduce-Clustern. Durch die vollständige Integration der Cloud-Dienste Amazon EC2 und Amazon S3 in Dedoop sowie dessen Verfügbarmachung ist es für Endnutzer ohne MapReduce-Kenntnisse möglich, komplexe Entity Resolution-Workflows in privaten oder dynamisch erstellten externen MapReduce-Clustern zu berechnen