Grammar-based Neuroevolution of Fully Convolutional Networks

dc.contributor.advisor1Cerri, Ricardo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6266519868438512
dc.contributor.authorMiranda, Thiago Zafalon
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8405817043726890
dc.contributor.refereeCerri, Ricardo
dc.contributor.refereeCaseli, Helena de Medeiros
dc.contributor.refereeAvila, Sandra Eliza Fontes de
dc.contributor.refereePappa, Gisele Lobo
dc.contributor.refereeBarros, Rodrigo Coelho
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6266519868438512
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6608582057810385
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8343699060914150
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5936682335701497
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8172124241767828
dc.date.accessioned2025-10-13T11:05:44Z
dc.date.issued2025-08-12
dc.description.abstractThe design of complex and deep neural networks is often performed by identifying and combining building blocks and progressively selecting the most promising combination. Neuroevolution automates this process by employing evolutionary algorithms to guide the search. Within this field, grammar-based evolutionary algorithms have been demonstrated to be powerful tools to describe and thus encode complex neural architectures effectively. In this context, this research proposes a novel grammar-based multi-objective neuroevolutionary approach for generating fully convolutional networks. The proposed method, named Multi-Objective gRammatical Evolution for FUlly convolutional Networks (MOREFUN), includes a new efficient way to encode skip-connections, facilitating the description of complex search spaces and the injection of domain knowledge in the search procedure, the generation of fully convolutional networks upsampling of lower-resolution inputs in multi-input layers, the usage of multi-objective fitness, and the inclusion of data augmentation and optimizer settings in the grammar. The best networks found by the algorithm outperformed those generated by previous grammar-based evolutionary algorithms, achieving 90% accuracy on CIFAR-10 without using transfer learning, ensembles, or test-time data augmentation, while having a relatively small number of parameters.eng
dc.description.resumoO design de redes neurais complexas e profundas é frequentemente realizado por meio da identificação e combinação de blocos de construção e da seleção progressiva das combinações mais promissora. A neuroevolução automatiza esse processo utilizando algoritmos evolucionários para guiar a busca. Dentro desse campo, algoritmos evolucionários baseados em gramática têm se mostrado ferramentas poderosas para descrever e, portanto, codificar arquiteturas neurais complexas de forma eficaz. Nesse contexto, esta pesquisa propõe uma nova abordagem neuroevolutiva multiobjetivo baseada em gramática para a geração de redes convolucionais. O método proposto, denominado Multi-Objective gRammatical Evolution for FUlly convolutional Networks (MOREFUN), apresenta uma nova e eficiente forma de codificar skip-connections, facilitando a descrição de espaços de busca complexos e a injeção de conhecimento de domínio no processo de busca; a geração de redes convolucionais com upsampling de entradas de baixa resolução em camadas com múltiplas entradas; o uso de funções de fitness multiobjetivo; e a inclusão de técnicas de data augmentation e configurações de otimizadores na gramática. As melhores redes encontradas pelo algoritmo superaram aquelas geradas por algoritmos evolucionários baseados em gramática anteriores, atingindo 90% de acurácia no CIFAR-10 sem utilizar transfer learning, ensembles ou data augmentation em tempo de teste, ao mesmo tempo em que mantiveram um número relativamente pequeno de parâmetros.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId001
dc.identifier.citationMIRANDA, Thiago Zafalon. Grammar-based Neuroevolution of Fully Convolutional Networks. 2025. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22897.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22897
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
dc.relation.urihttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1568494623009857
dc.relation.urihttps://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3520304.3529025
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectevolutionary algorithmeng
dc.subjectneural networkeng
dc.subjectneuroevolutioneng
dc.subjectmulti-objective optimizationeng
dc.subjectgrammatical evolutioneng
dc.subjectimage classificationeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.titleGrammar-based Neuroevolution of Fully Convolutional Networkseng
dc.title.alternativeGrammar-based Neuroevolution of Fully Convolutional Networkseng
dc.typeTese

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