FORMANDO ENGENHEIROS E LÍDERES

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Pesquisadores da Poli-USP lançam biblioteca em Python sobre Mapas Auto-Organizáveis

A Biblioteca, um conjunto de ferramentas que possibilita o processamento de dados complexos e sua visualização em mapas interpretáveis, será disponibilizada para a comunidade científica e tecnológica. A apresentação e a discussão sobre o potencial da Biblioteca serão realizadas em evento na Poli-USP no dia 28 de junho, por ocasião do Dia do Orgulho LGBTQIAP+

No dia 28 de junho, às 13h, a Escola Politécnica (Poli) da USP realizará o lançamento da Biblioteca de Mapas Auto-Organizáveis IntraSOM, uma plataforma desenvolvida por pesquisadores da Escola para ser amplamente utilizada por cientistas no processamento de dados complexos, com diversas variáveis. Os recursos da Biblioteca podem ser utilizados na construção de mapas que preservam características topológicas, o que possibilita aos cientistas, das mais diversas áreas, compreender melhor variáveis e fenômenos, bem como executar tarefas comuns à ciência de dados. O evento será híbrido, realizado presencialmente no Auditório Prof. Francisco Romeu Landi, e transmitido pelo canal da Poli no Youtube. As inscrições podem ser feitas no link.

Além de apresentar os recursos da Biblioteca, o encontro promovido na Poli pretende difundir os sistemas de auto-organização de dados entre a comunidade científica. A técnica Mapas Auto-Organizáveis, também conhecida pela sigla ‘SOM’, do inglês Self-Organizing Maps, consiste em uma ferramenta poderosa de aprendizado de máquina para decifrar dados complexos, e sua utilização independente do tema estudado. “Os recursos de auto-organização mais desenvolvidos ficavam muito restritos a nichos de programação em linguagens pouco acessíveis. A implementação de uma biblioteca robusta de SOM  em Python, atualmente uma das linguagens de programação mais acessíveis, traz a possibilidade de difundir sobremaneira as aplicações dos Mapas Auto-Organizáveis”, reforça Cleyton, que acredita que uma biblioteca acessível trará a contribuição de disseminar a técnica SOM em diversas outras áreas da ciência e tecnologia, “esta técnica fantástica, ainda que seja razoavelmente utilizada no meio científico, tem um grande potencial de expansão e aplicação na indústria ou mesmo agências administrativas e governamentais”.

Os idealizadores da Biblioteca, o professor da Poli, Cleyton de Carvalho Carneiro, e o doutorando Rodrigo César Teixeira de Gouvêa, juntamente com os colaboradores, professor Rafael dos Santos Gioria e o mestrando Gustavo Rodovalho Marques, vêem grande potencial em sua utilização. De pesquisadores que estão iniciando sua jornada acadêmica em uma iniciação científica, até docentes e pós-doutorandos da universidade, a ferramenta foi concebida para possibilitar diversas aplicações. “A técnica SOM é bastante difundida entre os usuários de aprendizado de máquina não-supervisionado, e pode ser utilizada em ampla variedade de aplicações, dos mais diversos ramos científicos e tecnológicos”, detalham Cleyton e Rodrigo.

Por que Python? – Os pesquisadores escolheram a linguagem de programação pelo potencial da ferramenta para ampliar as colaborações entre cientistas em diversas áreas, além de já possuir um grande número de usuários. “Quando comecei a estudar SOM, em 2009, ainda no meu doutorado, aprendi esta técnica e usávamos um aplicativo comercial e fechado. Mesmo os poucos aplicativos comerciais tinham limitações, e não conseguiríamos conectar com o universo de bibliotecas que o Python traz. Então trouxemos as nossas demandas para o Python, e desenvolvemos a Biblioteca IntraSOM com o trabalho do Rodrigo. As Bibliotecas consolidadas trazem utilidades enormes em múltiplas ciências”, defende Cleyton.

Uma Biblioteca aberta –  Uma das premissas do projeto é que o recurso fique aberto dentro do GitHub, uma plataforma de hospedagem de códigos-fonte, para difundir a ciência. “Acreditamos que isso será útil não só para nós, mas para outras finalidades científicas e tecnológicas. Deixamos o módulo principal aberto, o que não nos impede de desenvolvermos módulos específicos, fechados porém acopláveis aos módulos abertos, para a necessidade de uma organização, indústria ou pesquisa”.

Rodrigo ressalta o diferencial da IntraSOM com relação a outras bibliotecas, em relação à divulgação e extensão. “Dificilmente as Bibliotecas têm uma documentação, como fizemos, com exemplos e ensinando como fazer. Fizemos questão de apresentar códigos comentados, com aplicações exemplificadas, pois a ideia é disponibilizar para incentivar as pessoas a começarem a usar o aprendizado de máquina e os mapas auto-organizáveis”.

Legenda foto: “O IntraSOM tem um pacote inicial, que são módulos abertos que foram desenvolvidos de forma totalmente independente em nossa pesquisa, e no doutorado em andamento do pesquisador Rodrigo César Teixeira de Gouvêa, que ficarão abertas no GitHUB do grupo de pesquisa InTRA”, explica o professor Cleyton de Carvalho Carneiro.

A Biblioteca tem funções que são muito mais desenvolvidas e que permitem fazer uma série de possibilidades de processamentos de dados, e otimização do tempo deste tratamento dos dados. “Trazem uma documentação e recursos que são de excelência com relação a outras Bibliotecas já implementadas em Python”, explica Cleyton. Os mapas auto-organizáveis são variações de redes neurais artificiais que partiram da premissa de organização topológica da propulsão a partir de estímulos da neurofisiologia, e por isso preservam a topologia da informação. “Quando observamos uma imagem neurológica, obtida por ressonância magnética ou tomografia computadorizada, a ativação de diferentes regiões de excitação no nosso cérebro acontece de maneira topológica, ou seja, se eu estou lembrando de algo, eu ativo uma região específica do cérebro, quando executo um determinado movimento, ativo outra região. Isso quer dizer que a informação se organiza de forma topológica no cérebro. Quando uma pessoa tem um acidente vascular cerebral, pode inativar uma região cerebral específica que afeta a parte motora, por exemplo. A técnica SOM se diferencia dos demais algoritmos de aprendizado de máquina por organizar a informação preservando as relações topológicas, tal como ocorre nas redes neurais naturais. Essas relações são sintetizadas na forma de mapas”.

Rodrigo detalha que a Biblioteca é construída na chamada programação orientada a objetos , e por isso é possível separar os recursos de forma modular com a expansão das aplicações. “Isso é interessante pois conseguimos separar módulos principais de treinamento e visualização dos mapas auto-organizados, além das implementações mais utilizadas. O formato em módulos permite incorporar no algoritmo todas as outras aplicações e modificações frutos dos desenvolvimentos em projetos de pesquisa, cooperação com empresas, ou parcerias com instituições diversas que fazemos. Entre esses desenvolvimentos estão a aceleração do treinamento por bootstrap, o treinamento semi-supervisionado, estudos de representatividade amostral, além de um módulo inteiro dedicado a agrupamentos dos mapas treinados. Isso mostra que o IntraSOM é uma biblioteca robusta e um bom framework para a expansão da pesquisa e aplicação de auto-organização como solução para problemas multivariados”. 

Uma grande contribuição no Dia do Orgulho – Os cientistas Cleyton e Rodrigo, cujos olhos e palavras transbordam satisfação pelo seu projeto, a Biblioteca IntraSOM, aproveitam a data do Dia do Orgulho LGBTQIAP+ para entregar sua contribuição para a comunidade científica. Tendo crescido sem referências de cientistas que pertencem à comunidade LGBTQIAP+, optaram por ressaltar, nesta data, sua presença como pessoas que podem ser vistas, que se posicionam em todos os aspectos de suas identidades.

“Sentimos uma falta de referência muito grande, e isso pode fazer com que pessoas brilhantes desistam de abraçar a carreira acadêmica, por não entender que ali é o seu lugar. Nos posicionarmos neste momento é criar referências, e difundir a possibilidade de que as pessoas possam ocupar estes espaços”, reforça Rodrigo.

“Entendemos que este é um momento de visibilidade, e tendo em vista o resultado do questionário desenvolvido pela Pró-Reitoria de Inclusão e Pertencimento, cujos dados apontam para 39% dos alunos de graduação da USP LGBTQIAP+, é importante ressaltar que estamos aqui, e que estamos desenvolvendo ciência. Ter uma representatividade é necessário, não podemos nos omitir”, conclui o docente Cleyton.

O Evento conta com o apoio da Comissão de Inclusão e Pertencimento da Poli-USP e do Poli Pride, Coletivo de diversidade sexual e de gênero da Escola Politécnica da USP.

Serviço

Após o lançamento oficial, a Biblioteca IntraSOM poderá ser acessada livremente para fins não comerciais ou lucrativos, na página do GitHub do Grupo de Pesquisa InTRA: InTRA – Integrated Technology for Rock and Fluid Analysis (github.com)

“Lançamento da Biblioteca IntraSOM e Dia do orgulho na Poli”

Data e horário: 28 de junho, às 13h.

Local: O evento será híbrido, realizado presencialmente no Auditório Prof. Francisco Romeu Landi, e transmitido pelo canal da Poli no Youtube

Inscrições: As inscrições podem ser feitas no link.

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