{"id":117496,"date":"2020-10-05T17:35:42","date_gmt":"2020-10-05T20:35:42","guid":{"rendered":"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/?p=1721"},"modified":"2023-07-26T14:08:14","modified_gmt":"2023-07-26T17:08:14","slug":"algoritmos-de-classificacao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/blog\/algoritmos-de-classificacao\/","title":{"rendered":"Algoritmos de Classifica\u00e7\u00e3o: o que s\u00e3o e como funcionam"},"content":{"rendered":"\n<p id=\"esse-artigo-pretende-mostrar-como-conceitos-de-machine-learning-nao-sao-necessariamente-complexos-pelo-contrario-alguns-conceitos-sao-faceis-de-entender-e-de-aplicar-neste-artigo-focaremos-em-algoritmos-de-classificacao-mas-o-que-e-isso-segue-lendo-que-voce-ja-vai-entender\">Esse artigo pretende mostrar como conceitos de <em><a rel=\"noreferrer noopener\" href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/machine-learning\/\" data-type=\"post\" data-id=\"2824\" target=\"_blank\">machine learning<\/a><\/em> n\u00e3o s\u00e3o necessariamente complexos. Pelo contr\u00e1rio, alguns conceitos s\u00e3o f\u00e1ceis de entender e de aplicar. <\/p>\n\n\n\n<p id=\"f97e\">Quando voc\u00ea possui um conjunto de dados divididos em grupos ou classes e deseja prever a classe de novos objetos adicionados a base, isto \u00e9 classificar.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"72be\">Veja este exemplo de classifica\u00e7\u00e3o na pr\u00e1tica: imagine que voc\u00ea deseja catalogar uma lista de filmes por g\u00eanero. Neste caso, as classes seriam algo como terror, drama, com\u00e9dia, etc. O trabalho de compreender o padr\u00e3o existente entre os filmes de uma determinada classe e determinar a qual classe outros filmes pertencem, \u00e9 classificar. Neste artigo, focaremos em&nbsp;<strong>algoritmos de classifica\u00e7\u00e3o<\/strong>. Mas o que \u00e9 isso? Segue lendo que voc\u00ea j\u00e1 vai entender! \ud83d\ude42<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"o-que-sao-algoritmos-de-classificacao\">O que s\u00e3o algoritmos de classifica\u00e7\u00e3o?<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"2ff8\">Algoritmo, tamb\u00e9m chamado de&nbsp;<strong>m\u00e9todo<\/strong>, nada mais \u00e9 do que um passo-a-passo a ser seguido para realizar alguma tarefa espec\u00edfica. E voc\u00ea pode executar esse passo-a-passo como quiser: fazendo as contas na m\u00e3o, usando uma calculadora. Agora, quando um computador \u00e9 capaz de fazer estas tarefas com base nas informa\u00e7\u00f5es fornecidas a ele, isso \u00e9 chamado de <em>machine learning<\/em>. Al\u00e9m do tempo de automatizarem estes processos, os algoritmos&nbsp;<strong>j\u00e1 est\u00e3o programados&nbsp;<\/strong>e prontos para serem usados. O trabalho de um cientista de dados em projetos deste tipo consiste em:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Entender as especificidades do problema em quest\u00e3o;<\/li>\n\n\n\n<li>Encontrar ou construir uma base de dados adequada para esta tarefa;<\/li>\n\n\n\n<li>Escolher o melhor algoritmo para cada um dos casos.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p id=\"1901\">Abordaremos em maior profundidade o primeiro e o terceiro ponto, a seguir.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"220e\">Qual a diferen\u00e7a entre classifica\u00e7\u00e3o e clusteriza\u00e7\u00e3o?<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"d65d\">Essa \u00e9 uma d\u00favida bem comum entre quem est\u00e1 come\u00e7ando a estudar <a href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/tudo-sobre-ciencia-de-dados\/\" data-type=\"post\" data-id=\"2993\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">ci\u00eancia de dados<\/a>. Para compreender melhor a diferen\u00e7a entre estes conceitos, responda a seguinte pergunta: voc\u00ea quer&nbsp;<strong>agrupar os dados j\u00e1 presentes<\/strong>&nbsp;no seu conjunto, ou quer us\u00e1-los para construir um modelo capaz de&nbsp;<strong>classificar novos dados<\/strong>?<\/p>\n\n\n\n<p id=\"f519\">Isso vai determinar se voc\u00ea est\u00e1 lidando com&nbsp;<strong>aprendizagem n\u00e3o supervisionada<\/strong>&nbsp;(agrupar os dados), ou&nbsp;<strong>aprendizagem supervisionada&nbsp;<\/strong>(gerar um modelo capaz de classificar dados futuros).<\/p>\n\n\n\n<p id=\"097b\">O m\u00e9todo de classifica\u00e7\u00e3o precisa ser ajustado de acordo com os dados, para entender os padr\u00f5es e poder classific\u00e1-los. Este conceito \u00e9 chamada de <strong>treinamento<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"4413\">Depois desse treino, o modelo pode ser utilizado para prever a classe dos novos dados de classe desconhecida. Por isso, os m\u00e9todos de aprendizagem&nbsp;<strong>supervisionada<\/strong>&nbsp;precisam de um conjunto de dados previamente classificados no momento do treinamento. J\u00e1 os modelos de aprendizagem&nbsp;<strong>n\u00e3o supervisionada<\/strong>, como os utilizados para clusterizar dados,&nbsp;s\u00e3o capazes de tra\u00e7ar infer\u00eancias sem classifica\u00e7\u00f5es pr\u00e9vias nos dados.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"7956\">M\u00e9todos de aprendizagem supervisionada<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"b8b0\">Como dito anteriormente, estes algoritmos s\u00e3o utilizados quando um conjunto de dados j\u00e1 classificados \u00e9 utilizado para construir um modelo capaz de&nbsp;<strong>prever a classifica\u00e7\u00e3o<\/strong>&nbsp;de outros dados futuros e, por isso, tamb\u00e9m s\u00e3o conhecidos como <strong>modelos preditivos<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"bb35\">Na pr\u00e1tica, algoritmos como este s\u00e3o utilizados para prever uma aumento ou uma queda no pre\u00e7o de a\u00e7\u00f5es espec\u00edficas na bolsa de valores, por exemplo.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"409b\">Um detalhe importante ao escolher um algoritmo de aprendizagem supervisionada: alguns deles s\u00e3o para&nbsp;<strong>classifica\u00e7\u00e3o bin\u00e1ria<\/strong>&nbsp;(apenas duas classes) enquanto outros s\u00e3o generaliz\u00e1veis para&nbsp;<strong>m\u00faltiplas classes<\/strong>. Vamos apresentar alguns a seguir.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"decd\">k-vizinhos mais pr\u00f3ximos<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"e36e\">Um m\u00e9todo para <strong>m\u00faltiplas classes<\/strong> bastante simples, o&nbsp;<strong>k-vizinhos mais pr\u00f3ximos<\/strong>&nbsp;(do ingl\u00eas, k-nearest neighbours ou kNN) baseia-se na dist\u00e2ncia entre pontos para classificar valores.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"3eac\">Uma nota importante: em uma, duas ou tr\u00eas dimens\u00f5es, \u00e9 poss\u00edvel plotar nossos pontos em um gr\u00e1fico, tra\u00e7ar um segmento que liga dois pontos e medir fisicamente a dist\u00e2ncia entre eles. Acima de tr\u00eas dimens\u00f5es, a dist\u00e2ncia deve ser percebida como um conceito mais abstrato: a f\u00f3rmula \u00e9 basicamente a mesma, mas perde-se o sentido f\u00edsico.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"ff37\">Na pr\u00e1tica, \u00e9 bem comum utilizarmos mais do que 3 atributos, ou dimens\u00f5es, para construir um modelo, mas na figura usada como exemplo, h\u00e1 somente dois atributos sendo considerados, x1 e x2.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"89e6\">Para construir um modelo usando kNN voc\u00ea s\u00f3 precisa escolher um n\u00famero&nbsp;<strong>k&nbsp;<\/strong>e averiguar qual classe mais se repete entre os k vizinhos mais pr\u00f3ximos (e j\u00e1 classificados) do valor analisado. Observe na figura abaixo, onde queremos classificar o dado vermelho:<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/ds1.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-1747\" width=\"350\" height=\"262\" srcset=\"https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds1.png 700w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds1-562x420.png 562w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds1-515x385.png 515w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds1-150x112.png 150w\" sizes=\"(max-width: 350px) 100vw, 350px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Representa\u00e7\u00e3o visual do m\u00e9todo. Fonte:&nbsp;<a href=\"https:\/\/medium.com\/brasil-ai\/knn-k-nearest-neighbors-1-e140c82e9c4e\">\u00cdtalo Jos\u00e9<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p id=\"add5\">Para k=3, temos 2 vizinhos na classe roxa e 1 na classe amarela. Nesse caso, a classe do dado vermelho seria roxa. J\u00e1 para k=6, s\u00e3o 4 amarelos contra 2 roxos, logo, o dado vermelho passaria a ser amarelo.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"fead\">A arbitrariedade na escolha do valor K \u00e9 uma desvantagem deste m\u00e9todo de classifica\u00e7\u00e3o, contribuindo para sua complexidade.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"3ed6\">Empates tamb\u00e9m s\u00e3o uma preocupa\u00e7\u00e3o quando este algoritmo \u00e9 utilizado: e se para k=6 tiv\u00e9ssemos 3 vizinhos em uma classe e 3 em outra? \u00c9 melhor escolher um n\u00famero que n\u00e3o permita isso.<\/p>\n\n\n\n<p>Caso queira se aprofundar na classifica\u00e7\u00e3o por kNN, <a href=\"https:\/\/medium.com\/brasil-ai\/knn-k-nearest-neighbors-1-e140c82e9c4e\">aqui<\/a> voc\u00ea encontra uma explica\u00e7\u00e3o mais detalhada sobre o funcionamento deste algoritmo.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"2e47\">M\u00e1quina de vetores de suporte<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"7da2\">Muito conhecido pela sigla em ingl\u00eas (<strong>SVM<\/strong>, de&nbsp;<em>support vector machine<\/em>), esse algoritmo \u00e9 usado para&nbsp;<strong>classifica\u00e7\u00e3o bin\u00e1ria<\/strong>, ou seja, \u00e9 usado em problemas nos quais existem apenas duas classes. Ele prop\u00f5e tra\u00e7ar uma linha que divide o conjunto de dados em dois:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Os dados de um lado da linha s\u00e3o classificados de uma forma.<\/li>\n\n\n\n<li>Os valores do outro lado s\u00e3o classificados de outra forma.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p id=\"473c\">A partir de 4 dimens\u00f5es, estas linhas passam a ser um&nbsp;<strong>hiperplano<\/strong>, usualmente representadas no plano visual por linhas tracejadas.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"500c\">Diversos hiperplanos podem ser tra\u00e7ados, todos eles separando nossos dados de treinamento por classe. A quest\u00e3o \u00e9:&nbsp;<strong>como equacionar o melhor hiperplano poss\u00edvel<\/strong>&nbsp;para cada caso?<\/p>\n\n\n\n<p id=\"9baf\">A resposta est\u00e1 nos&nbsp;<strong>vetores de suporte<\/strong>, que d\u00e3o nome ao algoritmo. Vetores de suporte \u00e9 o nome que damos aos pontos que est\u00e3o&nbsp;<strong>mais pr\u00f3ximos da fronteira<\/strong>&nbsp;entre as classes. Observe na figura abaixo:<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/ds2.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-1756\" width=\"280\" height=\"266\" srcset=\"https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds2.png 405w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds2-150x143.png 150w\" sizes=\"(max-width: 280px) 100vw, 280px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">SVM. Fonte:&nbsp;<a href=\"https:\/\/www.codigofluente.com.br\/aula-08-scikit-learn-maquina-de-vetores-de-suporte\/\">C\u00f3digo fluente<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p id=\"4ecd\">O algoritmo tenta&nbsp;<strong>maximizar a margem<\/strong>&nbsp;entre os vetores de suporte e o hiperplano que serve de fronteira entre as classes.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"ffdb\">Regress\u00e3o Log\u00edstica<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"d6e4\">Esse algoritmo \u00e9 um&nbsp;<strong>classificador bin\u00e1rio<\/strong>, assim como o SVM. <\/p>\n\n\n\n<p id=\"4944\">A equa\u00e7\u00e3o log\u00edstica \u00e9 dada por:<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"169\" height=\"70\" src=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/ds3.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-1757\" srcset=\"https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds3.png 169w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds3-150x62.png 150w\" sizes=\"(max-width: 169px) 100vw, 169px\" \/><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p id=\"924d\">Ao plotarmos essa equa\u00e7\u00e3o para valores de x entre -10 e 10, por exemplo, temos o seguinte gr\u00e1fico:<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"579\" height=\"359\" src=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/ds4.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-1759\" srcset=\"https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds4.png 579w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds4-515x319.png 515w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds4-150x93.png 150w\" sizes=\"(max-width: 579px) 100vw, 579px\" \/><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p id=\"0793\">A ideia da regress\u00e3o log\u00edstica \u00e9 ajustar essa equa\u00e7\u00e3o com m\u00faltiplas vari\u00e1veis, a partir de uma&nbsp;<strong>combina\u00e7\u00e3o linear&nbsp;<\/strong>dos v\u00e1rios atributos que os nossos dados possuem. O ? da equa\u00e7\u00e3o torna-se a1?1+a2?2+\u22ef+a?x?+b.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"4bec\">O treinamento do modelo serve para encontras os valores desses par\u00e2metros (a1, a2\u2026 a?, b) que melhor se adequem aos dados. Com a equa\u00e7\u00e3o pronta, o modelo consegue prever um valor de&nbsp;<em>y<\/em>&nbsp;(sa\u00edda) entre 0 e 1, a depender dos valores de (x1, x2, \u2026, x?) fornecidos como entrada.<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Se a sa\u00edda for menor que 0,5: o modelo classifica o elemento na classe 0.<\/li>\n\n\n\n<li>Se a sa\u00edda for maior que 0,5: o modelo classifica o elemento na classe 1.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"a831\">\u00c1rvore de decis\u00e3o<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"8269\">Esse algoritmo \u00e9 relativamente pr\u00f3ximo do processo de tomada decis\u00e3o natural do ser humano. Quando voc\u00ea decide o que fazer em um s\u00e1bado qualquer, por exemplo, seu processo decis\u00f3rio parece com algo assim:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Se o tempo estiver chuvoso, vou ficar em casa e assistir um filme.<\/li>\n\n\n\n<li>Se estiver nublado, sem chuva, vou sair para correr no parque.<\/li>\n\n\n\n<li>Se estiver ensolarado e a temperatura estiver muito alta, vou \u00e0 praia.<\/li>\n\n\n\n<li>Se estiver ensolarado, mas n\u00e3o muito quente, vou sair para correr no parque.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p id=\"75cd\">Isso \u00e9 uma \u00e1rvore de decis\u00e3o bem simples. Note que a quantidade de vari\u00e1veis \u00e9 ilimitada (no nosso caso, usamos temperatura e tempo, mas outras vari\u00e1veis como dinheiro dispon\u00edvel tamb\u00e9m por ser consideradas se assim desej\u00e1ssemos), assim como a quantidade de classes (aqui, usamos filme\/praia\/parque).<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"720\" height=\"405\" src=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/ds5.jpeg\" alt=\"\" class=\"wp-image-1764\" srcset=\"https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds5.jpeg 720w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds5-515x290.jpeg 515w, https:\/\/homolog.fluency.io\/br\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2020\/10\/ds5-150x84.jpeg 150w\" sizes=\"(max-width: 720px) 100vw, 720px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Representa\u00e7\u00e3o gr\u00e1fica da \u00e1rvore de decis\u00e3o<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p id=\"0284\">A tecnologia, no entanto, proporciona,  torna modelos de Machine Learning muito mais eficientes que \u00e1rvores mentais na hora de tomar decis\u00f5es: com um computador, podemos construir e avaliar diversas \u00e1rvores, usando os chamados&nbsp;<strong>m\u00e9todos de comit\u00ea (ensemble)<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"960f\">M\u00e9todos de comit\u00ea<\/h2>\n\n\n\n<p id=\"0f03\">Nesses m\u00e9todos,&nbsp;<strong>diferentes \u00e1rvores s\u00e3o geradas<\/strong>, a partir de amostragens do conjunto de dados original, tanto em colunas quanto linhas. Com v\u00e1rios processos decis\u00f3rios ocorrendo simultaneamente, decis\u00f5es erradas tendem a se diluir e, em m\u00e9dia, obtemos&nbsp;<strong>resultados mais confi\u00e1veis do que com uma \u00e1rvore s\u00f3<\/strong>. Al\u00e9m disso, evitamos que vari\u00e1veis de maior peso deixem o modelo enviesado, e que dados com valores estranhos (outliers) atrapalhem a modelagem. No final, a categoria de um objeto \u00e9 aquela atribu\u00edda pela maioria das \u00e1rvores do comit\u00ea.<\/p>\n\n\n\n<p id=\"33dd\">Eu escrevi um pouco mais sobre \u00e1rvores de decis\u00e3o e detalhei os m\u00e9todos de comit\u00ea mais conhecidos&nbsp;<a href=\"https:\/\/medium.com\/@nelson.ewert.oliveira\/descomplicando-machine-learning-algoritmos-de-classifica%C3%A7%C3%A3o-na%C3%AFve-bayes-e-%C3%A1rvore-de-decis%C3%A3o-940c97cb5227\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">nesse artigo aqui<\/a>. Nele, tamb\u00e9m falo de um outro algoritmo chamado Na\u00efve Bayes.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"c4e0\">Aprenda mais sobre <em>Machine Learning!<\/em><\/h2>\n\n\n\n<p>A Awari \u00e9 uma <strong>plataforma completa<\/strong> com mentorias individuais, cursos com aulas ao vivo e suporte de carreira para voc\u00ea dar seu pr\u00f3ximo passo profissional.<\/p>\n\n\n\n<p>Conhe\u00e7a<a href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/#categorias\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> nossos cursos<\/a>, que v\u00e3o desde Trilhas de<a href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/trilha-de-ciencia-de-dados\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Data Science<\/a>,<a href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/trilha-de-gestao-de-produtos\/\"> Gest\u00e3o de Produtos<\/a>,<a href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/trilha-de-design\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Design<\/a> e<a href=\"https:\/\/fluency.io\/br\/blog\/trilha-de-programacao\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Programa\u00e7\u00e3o<\/a>. 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