Computational learning algorithms for large-scale datasets

Resumen

Actualmente nos encontramos sumidos en una avalancha de datos. Este hecho ha modificado fundamentalmente la manera en que se comparte la información y ha puesto de manifiesto la necesidad de desarrollar nuevos métodos eficientes para procesar y almacenar grandes cantidades de datos. El aprendizaje computacional es el área de la inteligencia artificial dedicada a estudiar algoritmos que puedan aprender a partir de los datos, hacer predicciones o crear representaciones exactas basadas en las observaciones. En este contexto, en el que el número de datos crece más rápido que la velocidad de los procesadores, la capacidad de los algoritmos tradicionales de aprendizaje máquina se encuentra limitada por el tiempo de computación y no por el tamaño de la muestra. Además, al tratar con gran cantidad de datos, los algoritmos de aprendizaje pueden degenerar su rendimiento debido al sobreajuste y su eficiencia decae de acuerdo con el tamaño. Por lo tanto, la escalabilidad de los algoritmos de aprendizaje ha dejado de ser una característica deseable de los algoritmos de aprendizaje para convertirse en una propiedad crucial cuando se trabaja con conjuntos de datos muy grandes. Existen, básicamente, tres enfoques diferentes para asegurar la escalabilidad de los algoritmos a medida que los conjuntos de datos continúan creciendo en tamaño y complejidad: aprendizaje en tiempo real, aprendizaje no iterativo y aprendizaje distribuido. Esta tesis desarrolla nuevos métodos de aprendizaje computacional escalables y eficientes siguiendo los tres enfoques anteriores. Específicamente, se desarrollan cuatro nuevos algoritmos: (1) El primero combina selección de características y clasificación en tiempo real, mediante la adaptación de un filtro clásico y la modificación de un algoritmo de aprendizaje incremental basado en una red neuronal de una capa. (2) El siguiente consiste en nuevo clasificador uniclase basado en una función de coste no iterativa para redes neuronales autoasociativas que lleva a cabo la reducción de dimensionalidad en la capa oculta mediante la técnica de Decomposición en Valores Singulares. (3) El tercer método es un nuevo clasificador uniclase basado en el cierre convexo para entornos de datos distribuidos que reduce la dimensionalidad del problema y, por lo tanto, la complejidad, mediante la utilización de proyecciones aleatorias. (4) Por último, se presenta una versión incremental del anterior algoritmo de clasificación uniclase.