Научно-исследовательский семинар "Методы интеллектуального анализа данных"

2020/2021

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

4

Кредиты

Кто читает:

Кафедра прикладной математики и информатики (Нижний Новгород) (Факультет информатики, математики и компьютерных наук (Нижний Новгород))

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

2-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватели

Груздев Алексей Сергеевич

Крылов Владимир Владимирович

Программа дисциплины

Аннотация

Научно-исследовательский семинар представляет собой комплекс аудиторных и самостоятельных занятий, на которых участники знакомятся с последними достижениями науки о данных (Data Science) и изучают как разработать программные реализации по избранным темам. Главной темой семинаров 2019-2020 года является "Топологический анализ данных" (Topological Data Analysis-TDA).

Цель освоения дисциплины

• Целью семинара является вовлечение студентов в реальный процесс изучения новых результатов в науке о данных и процесса имплементации новых технологий в реальную практическую деятельность

Планируемые результаты обучения

• Ознакомление с конвейером топологического анализа и понимание основных топологических характеристик облака точек.
• Ознакомление с существом и особенностями топологического анализа данных и его примененений. понимание отличий топологических представлений данных от метрических моделей
• Знать основные инструментальные средства топологического анализа данных. Научиться выполнять топологический анализ на простых примерах.
• Получить практические навыки (умение) выполнять проект анализа текстов на естественном языке с применением топологического анализа данных
• Получить практические навыки (умение) выполнять проект анализа 2D и 3D изображений с применением топологического анализа данных
• Ознакомление с перспективами использования топологических моделей данных для традиционных задач нейронных сетей - классификации и поиска аномалий

Содержание учебной дисциплины

• Знакомство с терминологией и приложениями топологического анализа данных.
  Представление данных в метрическом пространстве. Метрики. Изометрия. Что такое топологические пространства. Примеры. Гомотопии. Основные понятия вычислительной топологии. Представление данных в топологическом пространстве.
• Программные билиотеки топологического анализа данных.
  Поиск и ознакомление с работой эффективных библиотек топологического анализа. Практическая работа с библиотеками на примерах известных наборов данных. Базовые библиотеки: Gudhi, Keppler-Mapper,
• Топологический анализ текстовых данных
  Рассматривается на сквозном примере анализа юридических и новостных текстов, На первом шаге конвейера производится эмбеддинг предложений с помощью нескольких известных моделей6 BERT, ELMO, USE, Далее образованное облако точек передается следующим ступеням обработки. Проекция, построение смплициального комплекса Чеха и кластеризация. Вычисляются персистентные диаграммы и кривая Бетти.
• Топологический анализ изображений
  Рассматривается задача трансформации изображений в графы и вычисление набора тпологических характеристик исходного трех или двумерного объекта. Строится процесс фильтрации точек изображеения и симплициального комплекса.
• Обучаемые модели классификации топологических структур.
  Рассматривается подход к построению обучаемых моделей классификации графов, в частности сверточная графовая нейронная сеть - CGN . Анализируется процесс распространения в такой сети и качество классификации графов.
• Технологии топологического анализа.
  Топологические симплексы и комплексы. Фильтрация и персистентные гомологии. Комплекс Чеха и и Ридса. Вычисление основных топологических характеристик по облаку точек в метрическом пространстве: числа Бетти персистентная диаграмма, Иллюстрация вычисления персистентных характеристик

Элементы контроля

• Экзамен
• доклад
• Экзамен
• доклад

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (2 модуль)
  0.3 * доклад + 0.7 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Топология для младшекурсников, [учебник], 159 с., Васильев, В. А., 2014

Рекомендуемая дополнительная литература

• Вычислительная топология, учебник, 213 с., Яковлев, Е. И., 2005