Artificial Intelligence in geospatial analysis: applications of self-organizing maps in the context of geographic information science.

A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Information Systems.

Análise Exploratória do Índice de Desenvolvimento Humano: uma aplicação do Self Organizing Map na segmentação dos países

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação.

Visualization of clusters in geo-referenced data using three-dimensional self-organizing maps

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação

Utilização do algoritmo Self-Organizing Map na caracterização de organizações públicas portuguesas.

Dissertação apresentada como requisito parcial para a obtenção do grau de mestre em Estatística e Gestão de Informação.

Complex networks and data mining: toward a new perspective for the understanding of complex systems

Complex systems, i.e. systems composed of a large set of elements interacting in a non-linear way, are constantly found all around us. In the last decades, different approaches have been proposed toward their understanding, one of the most interesting being the Complex Network perspective. This legacy of the 18th century mathematical concepts proposed by Leonhard Euler is still current, and more and more relevant in real-world problems. In recent years, it has been demonstrated that network-based representations can yield relevant knowledge about complex systems. In spite of that, several problems have been detected, mainly related to the degree of subjectivity involved in the creation and evaluation of such network structures. In this Thesis, we propose addressing these problems by means of different data mining techniques, thus obtaining a novel hybrid approximation intermingling complex networks and data mining. Results indicate that such techniques can be effectively used to i) enable the creation of novel network representations, ii) reduce the dimensionality of analyzed systems by pre-selecting the most important elements, iii) describe complex networks, and iv) assist in the analysis of different network topologies. The soundness of such approach is validated through different validation cases drawn from actual biomedical problems, e.g. the diagnosis of cancer from tissue analysis, or the study of the dynamics of the brain under different neurological disorders.

Desenho e implementação de um sistema computacional para apoiar a gestão de projectos utilizando técnicas de data mining

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Caracterização da situação orçamental no poder local em indicadores orçamentais e self-organizing map.

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação.

Saúde em Portugal : estudo das urgências hospitalares através do Data Mining

Qualquer assunto relacionado com a saúde é sempre um tema sensível, pela importância que tem junto da população, já que interage diretamente com o bem-estar das pessoas e, essencialmente, com a sensação de segurança que as estas pretendem ter na prestação dos cuidados básicos de saúde. Dados estatísticos mostram que a população está cada vez mais envelhecida, reforçando a importância da existência de bons centros hospitalares e de um bom Sistema Nacional de Saúde (SNS) (Plano Nacional de Saúde, 2010). Em Portugal, caso os pacientes necessitem de cuidados mais urgentes, podem recorrer ao Serviço de Urgências disponibilizado para toda a população através do SNS. No entanto, a gestão e planeamento deste serviço é complexa, dado este serviço ser frequentemente utilizado por pacientes que não necessitam de cuidados urgentes, levando a que os hospitais deixem de conseguir dar a resposta esperada, implicando a prestação por vezes um serviço de menor qualidade. Neste sentido, analisaram-se dados de um hospital do norte do país com o intuito de perceber o ponto de situação das urgências, de forma a encontrar padrões relevantes através da análise de clusters e de regras de associação. Começando pela análise de clusters, utilizaram-se apenas as variáveis que foram consideradas importantes para o problema, resultando da análise final 3 clusters. O primeiro cluster é constituído por elementos do sexo masculino de todas as idades, o segundo cluster por elementos do sexo masculino mais jovens e por elementos do sexo feminino até aos 60 anos e o terceiro cluster apenas por elementos do sexo feminino a partir dos 40 anos. No final verificaram-se muitas semelhanças entre os clusters 1 e 3, pois ambos continham os pacientes mais idosos, havendo um padrão comum no seu comportamento. No ano 2012 não houve registo de nenhuma epidemia, não havendo por isso nenhuma doença que se destacasse comparativamente às restantes. Concluiu-se também que na maior parte dos casos houve a necessidade de uma intervenção urgente (pulseira de cor Amarela), no entanto a maioria dos pacientes observados conseguiu regressar às suas habitações após as consultas nas Urgências Hospitalares, sem intervenções médicas adicionais. Relativamente às regras de associação, houve a necessidade de transformar e eliminar algumas variáveis que enviesassem o estudo. Após o processo da criação das regras de associação, percebeu-se que as regras eram muito similares entre si, apresentando uma maior confiança nas variáveis que apareceram em maior número (“Pacientes com pulseira de cor Amarela”, “distrito do Porto” ou “Alta Médica para a Residência”).

Exploratory geospatial data analysis using self-organizing maps

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Sistemas de Informação Geográfica

Criação de clusters de clientes de um banco através do self-organizing maps hierárquico: comparação entre HSOM e SOM

Trabalho de Projeto apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação

Contributions towards smart cities : exploring block level census data for the characterization of change in Lisbon

The interest in using information to improve the quality of living in large urban areas and its governance efficiency has been around for decades. Nevertheless, the improvements in Information and Communications Technology has sparked a new dynamic in academic research, usually under the umbrella term of Smart Cities. This concept of Smart City can probably be translated, in a simplified version, into cities that are lived, managed and developed in an information-saturated environment. While it makes perfect sense and we can easily foresee the benefits of such a concept, presently there are still several significant challenges that need to be tackled before we can materialize this vision. In this work we aim at providing a small contribution in this direction, which maximizes the relevancy of the available information resources. One of the most detailed and geographically relevant information resource available, for the study of cities, is the census, more specifically the data available at block level (Subsecção Estatística). In this work, we use Self-Organizing Maps (SOM) and the variant Geo-SOM to explore the block level data from the Portuguese census of Lisbon city, for the years of 2001 and 2011. We focus on gauging change, proposing ways that allow the comparison of the two time periods, which have two different underlying geographical bases. We proceed with the analysis of the data using different SOM variants, aiming at producing a two-fold portrait: one, of the evolution of Lisbon during the first decade of the XXI century, another, of how the census dataset and SOM’s can be used to produce an informational framework for the study of cities.

Exploraty Multivariate Statistical Methods Applied to Pharmaceutical Industry CRM Data

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação

Building clusters for CRM strategies by mining airlines customer data

Trabalho de Projeto apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação

Towards improving WEBSOM with multi-word expressions

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Mining protein structure data

The principal topic of this work is the application of data mining techniques, in particular of machine learning, to the discovery of knowledge in a protein database. In the first chapter a general background is presented. Namely, in section 1.1 we overview the methodology of a Data Mining project and its main algorithms. In section 1.2 an introduction to the proteins and its supporting file formats is outlined. This chapter is concluded with section 1.3 which defines that main problem we pretend to address with this work: determine if an amino acid is exposed or buried in a protein, in a discrete way (i.e.: not continuous), for five exposition levels: 2%, 10%, 20%, 25% and 30%. In the second chapter, following closely the CRISP-DM methodology, whole the process of construction the database that supported this work is presented. Namely, it is described the process of loading data from the Protein Data Bank, DSSP and SCOP. Then an initial data exploration is performed and a simple prediction model (baseline) of the relative solvent accessibility of an amino acid is introduced. It is also introduced the Data Mining Table Creator, a program developed to produce the data mining tables required for this problem. In the third chapter the results obtained are analyzed with statistical significance tests. Initially the several used classifiers (Neural Networks, C5.0, CART and Chaid) are compared and it is concluded that C5.0 is the most suitable for the problem at stake. It is also compared the influence of parameters like the amino acid information level, the amino acid window size and the SCOP class type in the accuracy of the predictive models. The fourth chapter starts with a brief revision of the literature about amino acid relative solvent accessibility. Then, we overview the main results achieved and finally discuss about possible future work. The fifth and last chapter consists of appendices. Appendix A has the schema of the database that supported this thesis. Appendix B has a set of tables with additional information. Appendix C describes the software provided in the DVD accompanying this thesis that allows the reconstruction of the present work.