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Tipo do documento: Dissertação
Título: Agrupamento Nebuloso Evolutivo Baseado em Critério Gaussiano Multivariável para Tomada de Decisão em Fluxos de Dados
Título(s) alternativo(s): Evolutionary Fuzzy Clustering Based on Multivariate Gaussian Criterion for Decision Making in Data Streams
Autor: CAVALCANTE JUNIOR, Jefferson Georgy de Lima 
Primeiro orientador: SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira
Primeiro membro da banca: SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira
Segundo membro da banca: SOUZA, Francisco das Chagas de
Terceiro membro da banca: RÊGO, Patrícia Helena Moraes
Quarto membro da banca: RODRIGUES JUNIOR, Selmo Eduardo
Resumo: Nesta dissertação, é proposto um algoritmo de agrupamento fuzzy em evolução aplicado a fluxos de dados. O algoritmo realiza o agrupamento dos dados usando uma abordagem "do zero", ou seja, determinando suas variáveis ​​completamente a partir dos dados do fluxo, a partir da primeira amostra de dados. Baseia-se no cálculo do potencial dos dados para tomar decisões sobre os centros dos clusters em cada amostra, usando uma função gaussiana multivariável que considera a densidade e a taxa de variação como variáveis ​​de informação. O algoritmo inclui um mecanismo autônomo de normalização de dados para similaridade em escala de acordo com a faixa operacional dinâmica do fluxo de dados e constrói clusters com protótipos variantes no tempo com base em matrizes de covariância fuzzy e uma métrica de distância exponencial. Em seu processo de tomada de decisão, emprega um mecanismo baseado nas sensibilidades dos clusters e raios adaptativos dos clusters. Para atualizar e mesclar clusters, o algoritmo inclui um mecanismo baseado na técnica de cruzamento evolucionário. Os resultados computacionais consideram a implementação do algoritmo para agrupamento fuzzy evolutivo de 8 benchmarks de conjuntos de dados (S1, A1, R15, Desbalanceado, Gauss 6-dim, Gauss 10-dim, DIM032 e DIM064) amplamente utilizado em tarefas de agrupamento de fluxo de dados, bem como para agrupamento fuzzy evolutivo de dados aplicado à modelagem online de séries temporais (Função Hipérbole, Mackey-Glass e Nakanishi) e à identificação online de sistemas dinâmicos não lineares (SISO e MIMO). Os resultados experimentais consideram a implementação do algoritmo para agrupamento fuzzy evolutivo de dados aplicado à identificação online de sistemas dinâmicos do mundo real (Usina Térmica, Helicóptero 2DoF e Foguete Fogtrein-I). Nos processos de modelagem de séries temporais online e identificação de sistemas dinâmicos online, o algoritmo é aplicado na fuzificação de dados e na criação/atualização de regras fuzzy evolutivas em um sistema de inferência fuzzy evolutivo. Para a consequente proposição das regras fuzzy evolutivas, o modelo de espaço de estados é adotado, com sua identificação paramétrica realizada utilizando o Algoritmo de Identificação de Filtros/Realização de Autosistemas Recursivos do Observador Fuzzy/Kalman (OKID/ERA). Em geral, os resultados indicam que o algoritmo é adequado para agrupamentos fuzzy evolutivos de fluxos de dados, alcançando desempenho competitivo em comparação com outros algoritmos da literatura.
Abstract: In this dissertation, an evolving fuzzy clustering algorithm applied to data streams is proposed. The algorithm performs the clustering of the data using a “from scratch” approach, i.e., determining its variables completely from the streaming data, starting from the rst data sample. It is based on computing the potential of the data to make decisions about the centers of clusters at each sample, using a multivariable Gaussian function that considers the density and the rate of variation as information variables. The algorithm includes an autonomous data normalization mechanism for similarity in scaling according to the dynamic operating range of the data stream and constructs clusters with timevarying prototypes based on fuzzy covariance matrices and an exponential distance metric. In its decision-making process, it employs a mechanism based on clusters’ sensitivities and adaptive cluster radii. For updating and merging clusters, the algorithm includes a mechanism based on the evolutionary crossover technique. Computational results consider the implementation of the algorithm for evolving fuzzy clustering of 8 datasets benchmarks (S1, A1, R15, Unbalance, Gauss 6-dim, Gauss 10-dim, DIM032, and DIM064) widely used in data stream clustering tasks, as well as for evolving fuzzy clustering of data applied to online time-series modeling (Hyperbole Function, Mackey-Glass, and Nakanishi) and to online identication of nonlinear dynamic systems (SISO and MIMO). Experimental results consider the implementation of the algorithm for evolving fuzzy clustering of data applied to online identication of real-world dynamic systems (Thermal Plant, 2DoF Helicopter, and Fogtrein-I Rocket). In the online time-series modeling and online dynamic systems identication processes, the algorithm is applied in the fuzzication of data and in the creation/updating of evolving fuzzy rules in an evolving fuzzy inference system. For the consequent proposition of the evolving fuzzy rules, the state-space model is adopted, with its parametric identication performed using the Recursive Fuzzy Observer/Kalman lter Identication/Eigensystem Realization Algorithm (OKID/ERA). In general, the results indicate that the algorithm is suitable for evolving fuzzy clustering of data streams, achieving competitive performance in comparison to other algorithms in the literature.
Palavras-chave: Agrupamento Fuzzy em Evolução;
Agrupamento de Fluxo de Dados;
Modelagem de Séries Temporais Online;
Identificação de Sistemas Online;
Sistema de Inferência Fuzzy em Evolução;
Fuzzy Recursivo OKID/ERA
Evolving Fuzzy Clustering;
Data Stream Clustering;
Online Time-Series Modeling;
Online System Identification;
Evolving Fuzzy Inference System;
Recursive Fuzzy OKID/ERA
Área(s) do CNPq: Modelos Analíticos e de Simulação
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: CAVALCANTE JUNIOR, Jefferson Georgy de Lima. Agrupamento Nebuloso Evolutivo Baseado em Critério Gaussiano Multivariável para Tomada de Decisão em Fluxos de Dados. 2025. 369 f. Dissertação( Programa de Pós-graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6097
Data de defesa: 14-Mar-2025
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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