EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

112
EE-214/2011 EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões

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EE-214/2011EE-214/2011

Agrupamento eClassificaçãode Padrões

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0 vértices 4 vértices

Agrupamento:Característica = Número de Vértices

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EE-214/2011EE-214/2011

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= 470 nm = 550 nm

Agrupamento:Característica = Cor (Comprimento de Onda)

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A > 3 cm2 A 3 cm2

Agrupamento:Característica = Área

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?

Classificação

0 vértices 4 vértices

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?

Classificação

0 vértices 4 vértices

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EE-214/2011EE-214/2011

?

Classificação

0 vértices 4 vértices

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EE-214/2011EE-214/2011

?

Classificação

0 vértices 4 vértices

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EE-214/2011EE-214/2011

?

Classificação

0 vértices 4 vértices

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EE-214/2011EE-214/2011

0 vértices 4 vértices

?

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Círculo

Reconhecimento de Padrões

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Quadrado

Reconhecimento de Padrões

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Uh?

Reconhecimento de Padrões

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Ventilador acionado por Motor DC

A

V

TACMOT

J,B

BAT

Imot

,

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Ventilador acionado por Motor DC

R Bat Ia R a

Ea

J , B

VBatV

aBat

aBatmot

a

mot

2

RR

EVI

E

I

Bdt

dJ

aBat

2

BataBat

aBat

Bat

aBat

aBat

2

RRV

RR

RR

V

RR

EV

BA

V

TACMOT

J,B

BAT

Imot

,

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EE-214/2011EE-214/2011

Ventilador acionado por Motor DC

BataBat

VRR

aBat

2

RR

nom

nom

motIk

R Bat Ia R a

Ea

J , B

VBatV

aBat

2

BataBat

aBat

Bat

aBat

aBat

2

RRV

RR

RR

V

RR

EV

B

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EE-214/2011EE-214/2011

Ventilador acionado por Motor DC

BataBat

VRR

aBat

2

RR

nom

nom

BmotIk

R Bat Ia R a

Ea

J , B

VBatV

aBat

2

BataBat

aBat

Bat

aBat

aBat

2

RRV

RR

RR

V

RR

EV

B

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EE-214/2011EE-214/2011

Ventilador acionado por Motor DC

BataBat

VRR

aBat

2

RR

motIk

RBAT + Ra

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Ventilador acionado por Motor DC

BataBat

VRR

aBat

2

RR

motIk

VBAT

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EE-214/2011EE-214/2011

Ventilador acionado por Motor DC

BataBat

VRR

motIk

Eixo Quebrado

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EE-214/2011EE-214/2011

Ventilador acionado por Motor DC

BataBat

VRR

aBat

2

RR

motIk

Curto-ciruito

Eixo-travado

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EE-214/2011EE-214/2011

Imot

E

B

C

Q

T

TT

EE

EE

NN

N

N

N

BB B

B

C

Q QQ

Q

E – Escova com RN – NominalB – Bateria com VC – CurtoT – Eixo TravadoQ – Eixo Quebrado

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EE-214/2011EE-214/2011

Imot

E

B

C

Q

T

TT

EE

EE

NN

N

N

N

BB B

B

C

Q QQ

Q

E – Escova com RN – NominalB – Bateria com VC – CurtoT – Eixo TravadoQ – Eixo Quebrado

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EE-214/2011EE-214/2011

Imot

E

B

C

Q

T

TT

EE

EE

NN

N

N

N

BB B

B

C

Q QQ

Q

E – Escova com RN – NominalB – Bateria com VC – CurtoT – Eixo TravadoQ – Eixo Quebrado

Eixo Quebrado

Curto-circuito

Motor-travado

g( , Imot ) = 0

> 0< 0

Qnew

d

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EE-214/2011EE-214/2011

0.2935 0.0151 1.0227 0.0016 0.2549 0.0121 0.2960 0.0131 0.2871 0.0151 1.0943 0.0021 0.3128 0.0138 0.3004 0.0143 0.2636 0.0122 0.3048 0.0140 0.3036 0.0131 0.3054 0.0139 0.9157 0.0023 0.3573 0.0155 0.2950 0.0131 0.3431 0.0155 0.3191 0.0135 0.3071 0.0143 0.2975 0.0140 0.3382 0.0159 0.2672 0.0122 0.3509 0.0159 0.3536 0.0149 0.2939 0.0142 0.3177 0.0134 0.2545 0.0123 0.2523 0.0127 0.3070 0.0147 0.3625 0.0165 0.2511 0.0120 0.3121 0.0134 0.3436 0.0148 0.2948 0.0140 0.3105 0.0133 0.2936 0.0143 0.9123 0.0019 0.2975 0.0136 0.2615 0.0125 0.9941 0.0021 0.9485 0.0022 0.2619 0.0116 0.3065 0.0135 0.3051 0.0135

0.3065 0.0135 0.9897 0.0021 0.2523 0.0127 0.3147 0.0141 0.2646 0.0120 0.3470 0.0158 0.3005 0.0138 0.2939 0.0142 0.3279 0.0177 0.3470 0.0158 0.2882 0.0143 0.3382 0.0159 0.2997 0.0150 0.3068 0.0140 0.3061 0.0142 0.3001 0.0132 0.2871 0.0151 0.3095 0.0140 0.2523 0.0127 0.2975 0.0136 0.3128 0.0148 0.3463 0.0162 0.3279 0.0177 0.2975 0.0136 0.2975 0.0136 0.3175 0.0130 0.3417 0.0164 0.3121 0.0134 0.2887 0.0148 0.3356 0.0167 0.2669 0.0114 0.2754 0.0122 0.3038 0.0131 0.2997 0.0150 0.2927 0.0149 0.2938 0.0135 0.3082 0.0146 0.2580 0.0123 0.2632 0.0120 0.3194 0.0138 1.0943 0.0021 0.2995 0.0135 0.2935 0.0151

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EE-214/2011EE-214/2011

0.2935 0.0151 1.0227 0.0016 0.2549 0.0121 0.2960 0.0131 0.2871 0.0151 1.0943 0.0021 0.3128 0.0138 0.3004 0.0143 0.2636 0.0122 0.3048 0.0140 0.3036 0.0131 0.3054 0.0139 0.9157 0.0023 0.3573 0.0155 0.2950 0.0131 0.3431 0.0155 0.3191 0.0135 0.3071 0.0143 0.2975 0.0140 0.3382 0.0159 0.2672 0.0122 0.3509 0.0159 0.3536 0.0149 0.2939 0.0142 0.3177 0.0134 0.2545 0.0123 0.2523 0.0127 0.3070 0.0147 0.3625 0.0165 0.2511 0.0120 0.3121 0.0134 0.3436 0.0148 0.2948 0.0140 0.3105 0.0133 0.2936 0.0143 0.9123 0.0019 0.2975 0.0136 0.2615 0.0125 0.9941 0.0021 0.9485 0.0022 0.2619 0.0116 0.3065 0.0135 0.3051 0.0135

0.3065 0.0135 0.9897 0.0021 0.2523 0.0127 0.3147 0.0141 0.2646 0.0120 0.3470 0.0158 0.3005 0.0138 0.2939 0.0142 0.3279 0.0177 0.3470 0.0158 0.2882 0.0143 0.3382 0.0159 0.2997 0.0150 0.3068 0.0140 0.3061 0.0142 0.3001 0.0132 0.2871 0.0151 0.3095 0.0140 0.2523 0.0127 0.2975 0.0136 0.3128 0.0148 0.3463 0.0162 0.3279 0.0177 0.2975 0.0136 0.2975 0.0136 0.3175 0.0130 0.3417 0.0164 0.3121 0.0134 0.2887 0.0148 0.3356 0.0167 0.2669 0.0114 0.2754 0.0122 0.3038 0.0131 0.2997 0.0150 0.2927 0.0149 0.2938 0.0135 0.3082 0.0146 0.2580 0.0123 0.2632 0.0120 0.3194 0.0138 1.0943 0.0021 0.2995 0.0135 0.2935 0.0151

Clusters?

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EE-214/2011EE-214/2011

Observou-se = 0

No passado, a causa de motor parado tem sido:

- 70% casos = curto-circuito- 30 % casos = eixo-travado

Sem dados adicionais

Curto-circuito é a causa mais provável

Critério Utilizado: P(curto) > P(travado)

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EE-214/2011EE-214/2011

Observou-se = 0 e mediu-se a corrente Imot = 21 A

Dados Históricos

Como aproveitar a informação de que

Imot = 21A ?

+10 20 30

[A]

+++ ++ +

+ = eixo-travado

+ +++ ++

+ = curto-circuito

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EE-214/2011EE-214/2011

Observou-se = 0 e mediu-se a corrente Imot = 21 A

Dados Históricos

Eixo-travado é a causa mais provável

P(Imot|eixo-travado) P(Imot|curto-circuito)

Critério Utilizado: P(travado | Imot ) > P(curto| Imot )

+10 20 30

[A]

+++ ++ + + +++ ++

Imot

Fórmula de Bayes

P(a|b)= P(b|a)P(a)/P(b)

P(curto|Imot)=P(Imot|curto)P(curto)/P(Imot)

P(travado|Imot)=P(Imot|travado)P(travado)/P(Imot)

P(Imot) é comum nas 2 expressões

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EE-214/2011EE-214/2011

P(curto|Imot)=P(Imot|curto)P(curto)/P(Imot)

P(travado|Imot)=P(Imot|travado)P(travado)/P(Imot)

P(1|x)=P(x| 1)P(1)

P(2|x)=P(x| 2)P(2)

P(travado | Imot ) > P(curto| Imot )

P(x| 2)P(2) > P(x| 1)P(1)

P(2|x) > P(1|x)

1 = curto2 = travadox = Imot

Notação Geral

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EE-214/2011EE-214/2011

1122 p|xpp|xp decide

P(x| 2)P(2) > P(x| 1)P(1)

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EE-214/2011EE-214/2011

1122 p|xpp|xp decide

iii p|xp)x(g

)x(g)x(g 12 decide

0)x(g)x(g 12 decide

)x(g)x(g)x(g 12

0

0

)x(g

decide

decide

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EE-214/2011EE-214/2011

iii plog|xplog)x(g

No caso particular iii ,N~|xp

1122 p|xpp|xp

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8-1

0

1

2

3

4

5

6

7

x1x2

( 2, 2 )

( 1, 1 )

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EE-214/2011EE-214/2011

iii plog|xplog)x(g

No caso particular iii ,N~|xp

xx

2

1exp

2

1)x(p 1T

2

1

2

d

1122 p|xpp|xp

,N~x;Rx d

i1T

i ploglog2

12log

2

dxx

2

1)x(g

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EE-214/2011EE-214/2011

Caso I : iI2i

0 2 4 6 8 10 12 140

2

4

6

8

10

12

14

x1

x2

i1T

i ploglog2

12log

2

dxx

2

1)x(g

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EE-214/2011EE-214/2011

Caso I : iI2i

i2

2

ii plog

2

x)x(g

i1T

i ploglog2

12log

2

dxx

2

1)x(g

iiTi

Ti

T2

plogx2xx2

1

Igual para todos os i

ii

Ti2

Ti2i plog

2

1x

1)x(g

ai

ijji2ji cx1

)x(g)x(g)x(g

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EE-214/2011EE-214/2011

Caso I : iI2i

i1T

i ploglog2

12log

2

dxx

2

1)x(g

ijji2ji cx1

)x(g)x(g)x(g

0 2 4 6 8 10 12 140

2

4

6

8

10

12

14

x1

x2

g(x)

Page 41: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

i1T

i ploglog2

12log

2

dxx

2

1)x(g

0 1 2 3 4 5 6 7-2

0

2

4

6

8

10

Caso II : i

arbitrário mas igual para

g(x)

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EE-214/2011EE-214/2011

Caso III : i arbitrários ( cada i )

i1T

i ploglog2

12log

2

dxx

2

1)x(g

0 2 4 6 8 10 12-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5 6 7 8 91

2

3

4

5

6

7

8

9

x1

x2

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EE-214/2011EE-214/2011

0 2 4 6 8 10 121

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

x1

x2

A ou B ?

A

B

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EE-214/2011EE-214/2011

0 2 4 6 8 10 121

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

x1

x2

A ou B ?A

B

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EE-214/2011EE-214/2011

Distância de Mahalanobis

0 2 4 6 8 10 121

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

x1

x2 A ou B ?A

B

)x()x(),x(d 1T2

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EE-214/2011EE-214/2011

Distância

d: X X R+

Propriedades requeridas:

d(x,y) 0d(x,y) = 0 x=yd(x,y) = d(y,x)d(x,z) + d(z,y) d(x,y)

Distância de Minkowski:

k

1d

1i

k

ii ba)y,x(d

k=1 Manhattan

k=2 Euclidiana

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EE-214/2011EE-214/2011

Agrupamento Hierárquico

1 2

2

1

x1

x2

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:

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EE-214/2011EE-214/2011

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:

>> x =

1.0000 1.0000 1.0000 0.7000 1.2000 0.7000 1.2000 1.2000 0.8000 1.0000 0.7000 0.7000 2.0000 2.0000 1.8000 1.8000 1.8000 2.1000 2.3000 2.0000 2.3000 1.7000 2.0000 2.4000

>> y=pdist(x,'euclidean');

>> z=linkage(y,'average');

>> dendrogram(z)

Page 49: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 50: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

1 2

2

1

x1

x2

Agrupamento Hierárquico

Page 51: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 2

2

1

x1

x2

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 52: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 2

2

1

x1

x2

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 53: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 2

2

1

x1

x2

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 54: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 2

2

1

x1

x2

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 55: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 2

2

1

x1

x2

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 56: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1 5 4 2 3 6 7 9 8 12 10 11

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1 2

2

1

x2

x1

1 1.0 1.02 1.0 0.73 1.2 0.74 1.2 1.25 0.8 1.06 0.7 0.77 2.0 2.08 1.8 1.89 1.8 2.110 2.3 2.011 2.3 1.712 2.0 2.4

Dados:

Agrupamento Hierárquico

Page 57: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:

Page 58: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:

>> x =

1.0000 1.0000 1.0000 0.7000 1.2000 0.7000 1.2000 1.2000 0.8000 1.0000 0.7000 0.7000 2.0000 2.0000 1.8000 1.8000 1.8000 2.1000 2.3000 2.0000 2.3000 1.7000 2.0000 2.4000

>> [idx,c]=kmeans(x,2)

idx =

2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

c =

2.0333 2.0000 0.9833 0.8833

Page 59: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:

>> x =

1.0000 1.0000 1.0000 0.7000 1.2000 0.7000 1.2000 1.2000 0.8000 1.0000 0.7000 0.7000 2.0000 2.0000 1.8000 1.8000 1.8000 2.1000 2.3000 2.0000 2.3000 1.7000 2.0000 2.4000

>> [idx,c]=kmeans(x,2)

idx =

2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

c =

2.0333 2.0000 0.9833 0.8833

Page 60: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

1.0 1.01.0 0.71.2 0.71.2 1.20.8 1.00.7 0.72.0 2.01.8 1.81.8 2.12.3 2.02.3 1.72.0 2.4

Dados:c = 2.0333 2.0000

0.9833 0.8833

Page 61: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 62: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 63: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 64: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 65: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 66: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 67: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 68: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 69: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 70: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 71: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 72: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

K-means

1 2

2

1

x1

x2

Page 73: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

Ventilador acionado por Motor DC

Page 74: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

251,5 12,2 0,0 19,51.000,7 2,5 351,0 16,0 0,0 30,7 298,4 14,0

0 200 400 600 800 1000 12000

5

10

15

20

25

30

35

40

rotaçao [rpm]

corr

ente

[A

]

Centróides

Page 75: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

0 200 400 600 800 1000 12000

5

10

15

20

25

30

35

40

rotaçao [rpm]

corr

ente

[A

]

1

2

3

4

5

6

2 5 1 6 4 30

100

200

300

400

500

600

700

800

Page 76: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

Aprendizado Competitivo

Entrada

RNA

Padrão 1 Padrão 3Padrão 2

Page 77: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

A regra competitiva de atualização dos pesos é:

O tamanho do passo (0 < < 1) controla o tamanho da atualização em cada passo.

nnnn iii *** 1 wxww

2arg min ii

wxvencedor 2arg min ii

wxvencedor

wi* wiwi

x

Page 78: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

>> P=x';

>> net=newc([0 10 ; 0 20],3);

>> net=train(net,P);

>> xsim = sim(net,P);

>> Yc = vec2ind(xsim);

x =

2.8912 4.6925 2.6977 4.1531 3.0674 4.6355 3.3912 5.3341 3.0143 2.7596 3.6210 4.2673 2.8230 2.7786 3.8884 3.7128 2.2805 4.1053 3.0817 2.5987 2.0551 2.6898 2.4385 4.2339 2.3248 4.0878 3.3256 4.9084 2.7722 2.1358 2.4511 4.5631 3.0654 4.4797 2.9662 5.4541 2.7239 3.9596 2.1473 4.1791 6.0088 0.6796 5.3473 1.1695 6.3248 1.9968 4.9683 1.6344 5.3939 2.2423 6.0501 2.6200 6.4412 2.3042 6.4970 1.3510 6.1491 2.6364 7.3517 3.8455

7.0299 2.6696 5.4482 1.8907 6.9373 3.1359 6.3841 2.7066 7.3473 3.1661 6.4294 3.3694 6.0328 0.7340 6.3068 3.6512 7.4664 3.3202 6.0249 2.4205 4.2419 11.8915 4.1505 11.0143 4.2313 11.6063 3.4451 10.9294 3.7475 11.7190 3.7444 12.5351 3.6118 9.6320 3.9555 9.5597 4.2682 9.6711 4.4645 12.2583 4.3494 11.9162 4.0312 10.1017 3.5433 11.4301 3.9182 9.4428 4.1586 10.8102 4.0116 13.5573 4.0372 10.7638 3.6609 11.7846 3.3139 11.4386 3.9235 10.7200

Page 79: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

NEWC Create a competitive layer.

net = newc(PR,S,KLR,CLR)

TRAIN Train a neural network.

[net,tr,Y,E,Pf,Af] = train(NET,P,T,Pi,Ai,VV,TV)

VEC2IND Transform vectors to indices.

vec =

1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1

ind =

1 3 2 3

>> P=x';

>> net=newc([0 10 ; 0 20],3);

>> net=train(net,P);

>> xsim = sim(net,P);

>> Yc = vec2ind(xsim);

Page 80: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

4

6

8

10

12

14

16

x1

x2

x =

2.8912 4.6925 2.6977 4.1531 3.0674 4.6355 3.3912 5.3341 3.0143 2.7596 3.6210 4.2673 2.8230 2.7786 3.8884 3.7128 2.2805 4.1053 3.0817 2.5987 2.0551 2.6898 2.4385 4.2339 2.3248 4.0878 3.3256 4.9084 2.7722 2.1358 2.4511 4.5631 3.0654 4.4797 2.9662 5.4541 2.7239 3.9596 2.1473 4.1791 6.0088 0.6796 5.3473 1.1695 6.3248 1.9968 4.9683 1.6344 5.3939 2.2423 6.0501 2.6200 6.4412 2.3042 6.4970 1.3510 6.1491 2.6364 7.3517 3.8455

7.0299 2.6696 5.4482 1.8907 6.9373 3.1359 6.3841 2.7066 7.3473 3.1661 6.4294 3.3694 6.0328 0.7340 6.3068 3.6512 7.4664 3.3202 6.0249 2.4205 4.2419 11.8915 4.1505 11.0143 4.2313 11.6063 3.4451 10.9294 3.7475 11.7190 3.7444 12.5351 3.6118 9.6320 3.9555 9.5597 4.2682 9.6711 4.4645 12.2583 4.3494 11.9162 4.0312 10.1017 3.5433 11.4301 3.9182 9.4428 4.1586 10.8102 4.0116 13.5573 4.0372 10.7638 3.6609 11.7846 3.3139 11.4386 3.9235 10.7200

Page 81: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

Entrada

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

4

6

8

10

12

14

16

x1

x2

Padrão 1

Padrão 3

Padrão 2

RNA

Padrão 1 Padrão 3Padrão 2

Page 82: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

RNA

x1 = 2 x2 = 4

Padrão 1

Padrão 3

Padrão 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

4

6

8

10

12

14

16

x1

x2

Padrão 1

Padrão 3

Padrão 2

Page 83: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

x1 = 6 x2 = 5

RNA

Padrão 1

Padrão 3

Padrão 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

4

6

8

10

12

14

16

x1

x2

Padrão 1

Padrão 3

Padrão 2

Page 84: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

Redes de Kohonen

• RNA de 1 camada simples composta de uma camada de entrada e outra de saída

• Aprendizado não-supervisionado

Unidades de Entrada

Unidades concorrentes de Saída

Page 85: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011

Unidades de Entrada

Unidades concorrentes de Saída

Redes de Kohonen

Page 86: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011

1. Camada de entrada é apresentada

Unidades de Entrada

Unidades concorrentes de Saída

Page 87: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011

2. A distância do padrão de entrada para os pesos para cada unidade de saída é calculada através da fórmula euclidiana:

Onde j é a unidade de saída e é a distância resultante.

2|||| jj wxy

jy

Unidades de Entrada

Unidades concorrentes de Saída

Page 88: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011

• Cada vez que um vetor de entrada é apresentado para a rede, a distância em relação a ele para cada unidade na camada de saída é calculada

• A unidade de saída com a menor distância em relação ao vetor de entrada é a vencedora

Unidades de Entrada

Unidades concorrentes de Saída

unidadevencedora

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EE-214/2011

• Os pesos são ajustados de acordo com o vencedor• Os vizinhos se aproximam de acordo com o treinamento e a estrutura

se auto-organiza

Unidades de Entrada

Unidades concorrentes de Saída

unidadevencedora

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EE-214/2011EE-214/2011

nnnnn iiiii wxww *,1

n

dn ii

ii 2

2*,

*, 2exp

2arg min ii

wxvencedor 2arg min ii

wxvencedor

x

wi* wiwi

di,i*

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EE-214/2011

Pessoas de Sexo e Idades Variados

Sexo Idade

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EE-214/2011

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EE-214/2011

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EE-214/2011

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EE-214/2011EE-214/2011

P=x';net = newsom([0 10; 0 20],[1 3],... 'gridtop','dist',0.9,200,0.01,0);net.trainParam.epochs = 100;net = train(net,P);

x =

1.6972 4.2944 0.8341 2.6638 2.0877 4.7143 2.2014 5.6236 1.1975 3.3082 2.8336 4.8580 2.8324 5.2540 1.9737 2.4063 2.2291 2.5590 2.1222 4.5711 1.8693 3.6001 2.5081 4.6900 1.5882 4.8156 3.5282 4.7119 1.9045 5.2902 2.0798 4.6686 2.7467 5.1908 2.0415 2.7975 1.9330 3.9802 1.4174 3.8433 5.8771 5.0000 7.1801 4.6821 6.2605 6.0950 7.9906 3.1260 6.4364 5.4282 7.3701 5.8956 7.1535 5.7310 6.3547 5.5779

5.4805 5.0403 6.9586 5.6771

6.2926 5.5689 7.4301 4.7444 7.3554 4.6225 8.1847 4.7041 7.4139 3.5249 6.5495 4.7660 7.2662 5.1184 6.2936 5.3148 6.9863 6.4435 6.9662 4.6490 3.2493 9.5747 3.3196 8.3572 3.3764 12.1836 2.6032 10.3776 3.0848 11.3928 3.0952 11.2809 2.5969 11.0258 2.7032 9.7953 3.4329 9.8634 2.9474 10.5507 3.1560 9.5769 3.0352 9.7329 2.7458 12.7670 2.7762 11.0669 3.1775 9.5392 2.6200 10.9505 3.3125 9.6460 3.2276 9.3809 2.6713 10.6867

2.8938 12.1442

NEWSOM Create a self-organizing map. net = newsom(PR,[d1,d2,...],tfcn,dfcn,olr,osteps,tlr,tns) PR - Rx2 matrix of min and max values for R input elements.Di - Size of ith layer dimension, defaults = [5 8].TFCN - Topology function, default = 'hextop'.DFCN - Distance function, default = 'linkdist'.OLR - Ordering phase learning rate, default = 0.9.OSTEPS - Ordering phase steps, default = 1000.TLR - Tuning phase learning rate, default = 0.02;TNS - Tuning phase neighborhood distance, default = 1.

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EE-214/2011EE-214/2011

-2 0 2 4 6 8 10

4

6

8

10

12

14

W(i,1)

W(i,

2)

Weight Vectors

net = newsom([0 10; 0 20],[1 3],'gridtop','dist',0.9,200,0.01,0);

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EE-214/2011EE-214/2011

RNA

x1 = 2 x2 = 4

Padrão 1

Padrão 3

Padrão 2

-2 0 2 4 6 8 10

2

4

6

8

10

12

W(i,1)

W(i,

2)

Weight Vectors

Padrão 1

Padrão 3Padrão

2

net = newsom([0 10; 0 20],[1 3],'gridtop','dist',0.9,200,0.01,1);

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EE-214/2011EE-214/2011

-2 0 2 4 6 8 102

4

6

8

10

12

W(i,1)

W(i,

2)

Weight Vectors

net = newsom([0 10; 0 20],[1 50],'gridtop','dist',0.9,200,0.01,3);

Page 99: EE-214/2011 Agrupamento e Classificação de Padrões.

EE-214/2011EE-214/2011

-2 0 2 4 6 8 103

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

W(i,1)

W(i,

2)

Weight Vectors

net = newsom([0 10; 0 20],[3 3],'hextop','dist',0.9,200,0.01,1);

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

position(1,i)

posi

tion(

2,i)

Neuron Positions

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EE-214/2011EE-214/2011

EM (Expectation-Maximization)

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EE-214/2011EE-214/2011

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EE-214/2011EE-214/2011

Cluster A Cluster B

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EE-214/2011EE-214/2011

Cluster A Cluster B

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EE-214/2011EE-214/2011

>> [W,M,V,L] = EM_GM(X,3,[],[],1,[])

EM algorithm for k multidimensional Gaussian mixture estimation X(n,d) - input data n=number of observations d=dimension of variable k - maximum number of Gaussian components allowed ltol - percentage of log likelihood difference between 2 iterations maxiter - maximum number of iteration allowed ([] for none) pflag - 1 for plotting GM for 1D or 2D cases only, 0 otherwise Init - structure of initial W, M, V: Init.W, Init.M, Init.V W(1,k) - estimated weights of GM M(d,k) - estimated mean vectors of GM V(d,d,k) - estimated covariance matrices of GM L - log likelihood of estimates

Patrick P. C. Tsui,Dept of Electrical and Computer EngUniversity of Waterloo

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EE-214/2011EE-214/2011

x =

2.8912 4.6925 2.6977 4.1531 3.0674 4.6355 3.3912 5.3341 3.0143 2.7596 3.6210 4.2673 2.8230 2.7786 3.8884 3.7128 2.2805 4.1053 3.0817 2.5987 2.0551 2.6898 2.4385 4.2339 2.3248 4.0878 3.3256 4.9084 2.7722 2.1358 2.4511 4.5631 3.0654 4.4797 2.9662 5.4541 2.7239 3.9596 2.1473 4.1791 6.0088 0.6796 5.3473 1.1695 6.3248 1.9968 4.9683 1.6344 5.3939 2.2423 6.0501 2.6200 6.4412 2.3042 6.4970 1.3510 6.1491 2.6364 7.3517 3.8455

7.0299 2.6696 5.4482 1.8907 6.9373 3.1359 6.3841 2.7066 7.3473 3.1661 6.4294 3.3694 6.0328 0.7340 6.3068 3.6512 7.4664 3.3202 6.0249 2.4205 4.2419 11.8915 4.1505 11.0143 4.2313 11.6063 3.4451 10.9294 3.7475 11.7190 3.7444 12.5351 3.6118 9.6320 3.9555 9.5597 4.2682 9.6711 4.4645 12.2583 4.3494 11.9162 4.0312 10.1017 3.5433 11.4301 3.9182 9.4428 4.1586 10.8102 4.0116 13.5573 4.0372 10.7638 3.6609 11.7846 3.3139 11.4386 3.9235 10.7200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

4

6

8

10

12

14

16

x1

x2

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EE-214/2011EE-214/2011

Muito Obrigado!