A fuzzy clustering approach for determination of ideal points of new products

Prior to manufacture a new products, consumers with similar purchasing attitudes are grouped into clusters of which their central points are used as ideal points for new product development. However, many clustering methods ignore the fuzziness of consumers in purchasing products or conducing survey. This paper presents a new method which integrates a fuzzy data processing technique for dimension reduction of customer attributes and a fuzzy clustering technique for grouping consumers with similar purchasing attributes. Hence, the central points of each group are treated as the ideal points for new product development. The effectiveness of the proposed method is demonstrated based on a new product design problem for new digital cameras

Market segmentation and ideal point identification for new product design using fuzzy data compression and fuzzy clustering methods

In product design, various methodologies have been proposed for market segmentation, which group consumers with similar customer requirements into clusters. Central points on market segments are always used as ideal points of customer requirements for product design, which reflects particular competitive strategies to effectively reach all consumers’ interests. However, existing methodologies ignore the fuzziness on consumers’ customer requirements. In this paper, a new methodology is proposed to perform market segmentation based on consumers’ customer requirements, which exist fuzziness. The methodology is an integration of a fuzzy compression technique for multi-dimension reduction and a fuzzy clustering technique. It first compresses the fuzzy data regarding customer requirements from high dimensions into two dimensions. After the fuzzy data is clustered into marketing segments, the centre points of market segments are used as ideal points for new product development. The effectiveness of the proposed methodology in market segmentation and identification of the ideal points for new product design is demonstrated using a case study of new digital camera design

A possibilistic approach to latent structure analysis for symmetric fuzzy data.

In many situations the available amount of data is huge and can be intractable. When the data set is single valued, latent structure models are recognized techniques, which provide a useful compression of the information. This is done by considering a regression model between observed and unobserved (latent) fuzzy variables. In this paper, an extension of latent structure analysis to deal with fuzzy data is proposed. Our extension follows the possibilistic approach, widely used both in the cluster and regression frameworks. In this case, the possibilistic approach involves the formulation of a latent structure analysis for fuzzy data by optimization. Specifically, a non-linear programming problem in which the fuzziness of the model is minimized is introduced. In order to show how our model works, the results of two applications are given.Latent structure analysis, symmetric fuzzy data set, possibilistic approach.

Uncertainty-Aware Principal Component Analysis

We present a technique to perform dimensionality reduction on data that is subject to uncertainty. Our method is a generalization of traditional principal component analysis (PCA) to multivariate probability distributions. In comparison to non-linear methods, linear dimensionality reduction techniques have the advantage that the characteristics of such probability distributions remain intact after projection. We derive a representation of the PCA sample covariance matrix that respects potential uncertainty in each of the inputs, building the mathematical foundation of our new method: uncertainty-aware PCA. In addition to the accuracy and performance gained by our approach over sampling-based strategies, our formulation allows us to perform sensitivity analysis with regard to the uncertainty in the data. For this, we propose factor traces as a novel visualization that enables to better understand the influence of uncertainty on the chosen principal components. We provide multiple examples of our technique using real-world datasets. As a special case, we show how to propagate multivariate normal distributions through PCA in closed form. Furthermore, we discuss extensions and limitations of our approach

A robust clustering procedure for fuzzy data

AbstractIn this paper we propose a robust clustering method for handling LR-type fuzzy numbers. The proposed method based on similarity measures is not necessary to specify the cluster number and initials. Several numerical examples demonstrate the effectiveness of the proposed robust clustering method, especially robust to outliers, different cluster shapes and initial guess. We then apply this algorithm to three real data sets. These are Taiwanese tea, student data and patient blood pressure data sets. Because tea evaluation comes under an expert subjective judgment for Taiwanese tea, the quality levels are ambiguity and imprecision inherent to human perception. Thus, LR-type fuzzy numbers are used to describe these quality levels. The proposed robust clustering method successfully establishes a performance evaluation system to help consumers better understand and choose Taiwanese tea. Similarly, LR-type fuzzy numbers are also used to describe data types for student and patient blood pressure data. The proposed method actually presents good clustering results for these real data sets

Measuring confidence of missing data estimation for HIV classification

Computational intelligence methods have been applied to classify pregnant women’s HIV status using demographic data from the South African Antenatal Seroprevalence database obtained from the South African Department of Health. Classification accuracies using a multitude of computational intelligence techniques ranged between 60% and 70%. The purpose of this research is to determine the certainty of predicting the HIV status of a patient. Ensemble neural networks were used for the investigation to obtain a set of possible solutions. The predictive certainty of each patients predicted HIV status was computed by giving the percentage of most dominant outputs from the set of possible solutions. Ensembles of neural networks were obtained using boosting, bagging and the Bayesian approach. It was found that the ensemble trained using the Bayesian approach is most suitable for the proposed predictive certainty measure. Furthermore, a sensitivity analysis was done to investigate how each of the demographic variables influenced the certainty of predicting the HIV status of a patien

Ein Framework zur Analyse komplexer Produktportfolios mittels Machine Learning

Die Nachfrage der Kunden nach individualisierten Produkten, die Globalisierung, neue Konsummuster sowie kürzere Produktlebenszyklen führen dazu, dass Unternehmen immer mehr Varianten anbieten. Aufgrund der Arbeitsteilung und der unterschiedlichen Perspektiven können einzelne Entwickler die Komplexität des Produktportfolios nicht durchdringen. Dennoch sind die heutigen Verfahren im Produktportfolio- und Variantenmanagement geprägt durch manuelle und erfahrungsbasierte Aktivitäten. Eine systematische Analyse und Optimierung des Produktportfolios sind damit nicht möglich. Unternehmen benötigen stattdessen intelligente Lösungen, welche das gespeicherte Wissen in Daten nutzen und einsetzen, um Entscheidungen über Innovation, Differenzierung und Elimination von Produktvarianten zu unterstützen. Zielstellung dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Frameworks zur Analyse komplexer Produktportfolios mittels Machine Learning. Machine Learning ermöglicht es, Wissen aus Daten unterschiedlicher Lebenszyklusphasen einer Produktvariante automatisiert zu generieren und zur Unterstützung des Produktportfolio- und Variantenmanagements einzusetzen. Für die Unterstützung der Entscheidungen über Produktvarianten ist Wissen über deren Abhängigkeiten und Beziehungen sowie die Eigenschaften der einzelnen Elemente erforderlich. Dadurch soll ein Beitrag zur besseren Handhabung komplexer Produktportfolios geleistet werden. Das Framework zur Analyse komplexer Produktportfolios mittels Machine Learning besteht aus drei Bausteinen, die das zentrale Ergebnis dieser Arbeit darstellen. Zuerst wird in Baustein 1 auf die Wissensbedarfe bei der Analyse und Anpassung komplexer Produktportfolios eingegangen. Anschließend werden in Baustein 2 die Daten, welche für Entscheidungen und somit für die Wissensgenerierung im Produktportfolio- und Variantenmanagement erforderlich sind, beschrieben und charakterisiert. Abschließend findet in Baustein 3 die Datenvorbereitung und die Implementierung der Machine Learning Verfahren statt. Es wird auf unterschiedliche Verfahren eingegangen und eine Unterstützung bei der Auswahl und Evaluation der Algorithmen sowie die Möglichkeiten zum Einsatz des generierten Wissens für die Analyse komplexer Produktportfolios aufgezeigt. Das Framework wird in einer Fallstudie bei einem Industriepartner aus der Nutzfahrzeugbranche mit einem besonders komplexen Produktportfolio angewendet. Dabei werden die drei Anwendungsfälle Prognose von „marktspezifischen und technischen Eigenschaften der Produktvarianten“, Ermittlung von „Ähnlichkeiten von Produktvarianten“ und Identifikation von „Korrelationen zwischen Merkmalsausprägungen“ mit realen Daten des Industriepartners umgesetzt. Das Framework sowie die in der Fallstudie beim Industriepartner erzielten Ergebnisse werden anschließend Experten im Produktportfolio- und Variantenmanagement vorgestellt. Diese bewerten die Ergebnisse hinsichtlich der funktionalen Eigenschaften sowie dem Mehrwert aus Sicht der Forschung und industriellen Praxis anhand zuvor definierter Kriterien.:1 Einführung 1.1 Motivation 1.2 Komplexe Produktportfolios: Eine Industrieperspektive 1.3 Zielsetzung und Forschungsfragen 1.4 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen zur Analyse von Produktportfolios mittels Machine Learning 2.1 Komplexe Produktportfolios 2.1.1 Terminologie komplexer Produktportfolios 2.1.2 Strukturierung komplexer Produktportfolios 2.1.3 Analyse und Anpassung komplexer Produktportfolios 2.1.4 Zusammenfassung: Komplexe Produktportfolios 2.2 Machine Learning 2.2.1 Machine Learning als Teil der künstlichen Intelligenz 2.2.2 Terminologie Machine Learning 2.2.3 Wissensgenerierung mit Machine Learning 2.2.4 Datenanalyseprozess 2.2.5 Machine Learning Verfahren und Algorithmen 2.2.6 Zusammenfassung: Machine Learning 3 Ansätze zur Analyse von Produktportfolios mittels Machine Learning 3.1 Kriterien zur Bewertung bestehender Ansätze 3.2 Bestehende Ansätze aus der Literatur 3.2.1 Einsatz überwachter Lernverfahren 3.2.2 Einsatz unüberwachter Lernverfahren 3.2.3 Einsatz kombinierter Lernverfahren 3.3 Resultierender Forschungsbedarf 4 Forschungsvorgehen 4.1 Design Research Methodology (DRM) 4.2 Vorgehen und Methodeneinsatz 4.3 Kriterien für die Entwicklung des Frameworks 4.4 Schlussfolgerungen zum Forschungsvorgehen 5 Framework zur Analyse komplexer Produktportfolios 5.1 Übersicht über das Framework 5.2 Baustein 1: Wissensbedarfe zur Analyse komplexer Produktportfolios 5.2.1 Informationssuche 5.2.2 Formulierung von Alternativen 5.2.3 Prognose 5.2.4 Kriterien zur Auswahl der Wissensbedarfe 5.3 Baustein 2: Datenbasierte Beschreibung komplexer Produktportfolios 5.3.1 Produktdatenmodell 5.3.2 Vertriebsdaten 5.3.3 Nutzungsdaten 5.4 Baustein 3: Systematische Generierung und Einsatz von Wissen 5.4.1 Baustein 3.0: Vorbereitung von Produktportfoliodaten 5.4.2 Baustein 3.1: Regressionsanalyse 5.4.3 Baustein 3.2: Klassifikationsanalyse 5.4.4 Baustein 3.3: Clusteranalyse 5.4.5 Baustein 3.4: Assoziationsanalyse 5.5 Anwendung des Frameworks 5.6 Schlussfolgerung zum Framework 6 Validierung des Frameworks 6.1 Konzept der Validierung 6.2 Baustein 1: Wissensbedarfe zur Analyse komplexer Produktportfolios 6.3 Baustein 2: Datenbasierte Beschreibung komplexer Produktportfolios 6.4 Baustein 3: Systematische Generierung und Einsatz von Wissen 6.4.1 Marktspezifische und technische Produkteigenschaften 6.4.2 Ähnlichkeiten von Produktvarianten 6.4.3 Korrelationen zwischen Merkmalsausprägungen 6.5 Erfolgsvalidierung mit einer Expertenbefragung 6.6 Schlussfolgerung zur Validierung 7 Diskussion 7.1 Nutzen und Einschränkungen 7.2 Ergebnisbeitrag für die Forschung 7.3 Ergebnisbeitrag für die Industrie 8 Zusammenfassung und Ausblick 8.1 Zusammenfassung 8.2 Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Abbildungsverzeichnis 11 Tabellenverzeichnis Anhang A-