3rd Workshop in Symbolic Data Analysis: book of abstracts

This workshop is the third regular meeting of researchers interested in Symbolic Data Analysis. The main aim of the event is to favor the meeting of people and the exchange of ideas from different fields - Mathematics, Statistics, Computer Science, Engineering, Economics, among others - that contribute to Symbolic Data Analysis

Grassmann Learning for Recognition and Classification

Computational performance associated with high-dimensional data is a common challenge for real-world classification and recognition systems. Subspace learning has received considerable attention as a means of finding an efficient low-dimensional representation that leads to better classification and efficient processing. A Grassmann manifold is a space that promotes smooth surfaces, where points represent subspaces and the relationship between points is defined by a mapping of an orthogonal matrix. Grassmann learning involves embedding high dimensional subspaces and kernelizing the embedding onto a projection space where distance computations can be effectively performed. In this dissertation, Grassmann learning and its benefits towards action classification and face recognition in terms of accuracy and performance are investigated and evaluated. Grassmannian Sparse Representation (GSR) and Grassmannian Spectral Regression (GRASP) are proposed as Grassmann inspired subspace learning algorithms. GSR is a novel subspace learning algorithm that combines the benefits of Grassmann manifolds with sparse representations using least squares loss §¤1-norm minimization for improved classification. GRASP is a novel subspace learning algorithm that leverages the benefits of Grassmann manifolds and Spectral Regression in a framework that supports high discrimination between classes and achieves computational benefits by using manifold modeling and avoiding eigen-decomposition. The effectiveness of GSR and GRASP is demonstrated for computationally intensive classification problems: (a) multi-view action classification using the IXMAS Multi-View dataset, the i3DPost Multi-View dataset, and the WVU Multi-View dataset, (b) 3D action classification using the MSRAction3D dataset and MSRGesture3D dataset, and (c) face recognition using the ATT Face Database, Labeled Faces in the Wild (LFW), and the Extended Yale Face Database B (YALE). Additional contributions include the definition of Motion History Surfaces (MHS) and Motion Depth Surfaces (MDS) as descriptors suitable for activity representations in video sequences and 3D depth sequences. An in-depth analysis of Grassmann metrics is applied on high dimensional data with different levels of noise and data distributions which reveals that standardized Grassmann kernels are favorable over geodesic metrics on a Grassmann manifold. Finally, an extensive performance analysis is made that supports Grassmann subspace learning as an effective approach for classification and recognition

Essays on Predictive Analytics in E-Commerce

Die Motivation für diese Dissertation ist dualer Natur: Einerseits ist die Dissertation methodologisch orientiert und entwickelt neue statistische Ansätze und Algorithmen für maschinelles Lernen. Gleichzeitig ist sie praktisch orientiert und fokussiert sich auf den konkreten Anwendungsfall von Produktretouren im Onlinehandel. Die “data explosion”, veursacht durch die Tatsache, dass die Kosten für das Speichern und Prozessieren großer Datenmengen signifikant gesunken sind (Bhimani and Willcocks, 2014), und die neuen Technologien, die daraus resultieren, stellen die größte Diskontinuität für die betriebliche Praxis und betriebswirtschaftliche Forschung seit Entwicklung des Internets dar (Agarwal and Dhar, 2014). Insbesondere die Business Intelligence (BI) wurde als wichtiges Forschungsthema für Praktiker und Akademiker im Bereich der Wirtschaftsinformatik (WI) identifiziert (Chen et al., 2012). Maschinelles Lernen wurde erfolgreich auf eine Reihe von BI-Problemen angewandt, wie zum Beispiel Absatzprognose (Choi et al., 2014; Sun et al., 2008), Prognose von Windstromerzeugung (Wan et al., 2014), Prognose des Krankheitsverlaufs von Patienten eines Krankenhauses (Liu et al., 2015), Identifikation von Betrug Abbasi et al., 2012) oder Recommender-Systeme (Sahoo et al., 2012). Allerdings gibt es nur wenig Forschung, die sich mit Fragestellungen um maschinelles Lernen mit spezifischen Bezug zu BI befasst: Obwohl existierende Algorithmen teilweise modifiziert werden, um sie auf ein bestimmtes Problem anzupassen (Abbasi et al., 2010; Sahoo et al., 2012), beschränkt sich die WI-Forschung im Allgemeinen darauf, existierende Algorithmen, die für andere Fragestellungen als BI entwickelt wurden, auf BI-Fragestellungen anzuwenden (Abbasi et al., 2010; Sahoo et al., 2012). Das erste wichtige Ziel dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag dazu zu leisten, diese Lücke zu schließen. Diese Dissertation fokussiert sich auf das wichtige BI-Problem von Produktretouren im Onlinehandel für eine Illustration und praktische Anwendung der vorgeschlagenen Konzepte. Viele Onlinehändler sind nicht profitabel (Rigby, 2014) und Produktretouren sind eine wichtige Ursache für dieses Problem (Grewal et al., 2004). Neben Kostenaspekten sind Produktretouren aus ökologischer Sicht problematisch. In der Logistikforschung ist es weitestgehend Konsens, dass die “letzte Meile” der Zulieferkette, nämlich dann wenn das Produkt an die Haustür des Kunden geliefert wird, am CO2-intensivsten ist (Browne et al., 2008; Halldórsson et al., 2010; Song et al., 2009). Werden Produkte retourniert, wird dieser energieintensive Schritt wiederholt, wodurch sich die Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit des Geschäftsmodells von Onlinehändlern relativ zum klassischen Vertrieb reduziert. Allerdings können Onlinehändler Produktretouren nicht einfach verbieten, da sie einen wichtigen Teil ihres Geschäftsmodells darstellen: So hat die Möglichkeit, Produkte zu retournieren positive Auswirkungen auf Kundenzufriedenheit (Cassill, 1998), Kaufverhalten (Wood, 2001), künftiges Kaufverhalten (Petersen and Kumar, 2009) und emotianale Reaktionen der Kunden (Suwelack et al., 2011). Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, sich auf impulsives und kompulsives (LaRose, 2001) sowie betrügerisches Kaufverhalten zu fokussieren (Speights and Hilinski, 2005; Wachter et al., 2012). In gegenwärtigen akademschen Literatur zu dem Thema gibt es keine solchen Strategien. Die meisten Strategien unterscheiden nicht zwischen gewollten und ungewollten Retouren (Walsh et al., 2014). Das zweite Ziel dieser Dissertation besteht daher darin, die Basis für eine Strategie von Prognose und Intervention zu entwickeln, mit welcher Konsumverhalten mit hoher Retourenwahrscheinlichkeit im Vorfeld erkannt und rechtzeitig interveniert werden kann. In dieser Dissertation werden mehrere Prognosemodelle entwickelt, auf Basis welcher demonstriert wird, dass die Strategie, unter der Annahme moderat effektiver Interventionsstrategien, erhebliche Kosteneinsparungen mit sich bringt

Feature Selection Approach based on Firefly Algorithm and Chi-square

Dimensionality problem is a well-known challenging issue for most classifiers in which datasets have unbalanced number of samples and features. Features may contain unreliable data which may lead the classification process to produce undesirable results. Feature selection approach is considered a solution for this kind of problems. In this paperan enhanced firefly algorithm is proposed to serve as a feature selection solution for reducing dimensionality and picking the most informative features to be used in classification. The main purpose of the proposedmodel is to improve the classification accuracy through using the selected features produced from the model, thus classification errors will decrease. Modeling firefly in this research appears through simulating firefly position by cell chi-square value which is changed after every move, and simulating firefly intensity by calculating a set of different fitness functionsas a weight for each feature. K-nearest neighbor and Discriminant analysis are used as classifiers to test the proposed firefly algorithm in selecting features. Experimental results showed that the proposed enhanced algorithmbased on firefly algorithm with chi-square and different fitness functions can provide better results than others. Results showed that reduction of dataset is useful for gaining higher accuracy in classification

A Graph-Based Semi-Supervised k Nearest-Neighbor Method for Nonlinear Manifold Distributed Data Classification

$k$ Nearest Neighbors ($k$NN) is one of the most widely used supervised learning algorithms to classify Gaussian distributed data, but it does not achieve good results when it is applied to nonlinear manifold distributed data, especially when a very limited amount of labeled samples are available. In this paper, we propose a new graph-based $k$NN algorithm which can effectively handle both Gaussian distributed data and nonlinear manifold distributed data. To achieve this goal, we first propose a constrained Tired Random Walk (TRW) by constructing an $R$-level nearest-neighbor strengthened tree over the graph, and then compute a TRW matrix for similarity measurement purposes. After this, the nearest neighbors are identified according to the TRW matrix and the class label of a query point is determined by the sum of all the TRW weights of its nearest neighbors. To deal with online situations, we also propose a new algorithm to handle sequential samples based a local neighborhood reconstruction. Comparison experiments are conducted on both synthetic data sets and real-world data sets to demonstrate the validity of the proposed new $k$NN algorithm and its improvements to other version of $k$NN algorithms. Given the widespread appearance of manifold structures in real-world problems and the popularity of the traditional $k$NN algorithm, the proposed manifold version $k$NN shows promising potential for classifying manifold-distributed data.Comment: 32 pages, 12 figures, 7 table