Aplicação de métodos de seleção de características em dados de vidros

dc.contributor.advisor1Naldi, Murilo Coelho
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0573662728816861
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-3107-8236
dc.contributor.authorRosal, Ana Carolina Castro
dc.contributor.authororcidhttp://lattes.cnpq.br/7708380211459472
dc.date.accessioned2026-02-05T18:19:36Z
dc.date.issued2025-07-11
dc.description.abstractOxide glasses are non-crystalline compounds with disordered structures, which give rise to unique properties applicable across various fields. Moreover, there is significant potential for discovering new glass-forming structures and several studies have applied ways of predicting the physical properties of glasses (ALCOBAÇA, 2020; LIU; SU, 2024). In this context, machine learning models have emerged as a promising approach for identifying novel glasses with desirable properties and compositions for diverse applications. However, due to the sparse nature of glass composition data, it is crucial to first understand how chemical elements influence specific physical properties - such as the glass transition temperature (Tg), a key indicator of the transformation from solid to viscous state - before developing highly accurate predictive models. This study aims to comparatively analyze three feature selection algorithms - Random Forest (RF), Recursive Feature Elimination (RFE) applied to Support Vector Regressor (SVR), and Linear Regression (LR) - for predicting Tg using the SciGlass oxide glass database. After preprocessing and dimensionality reduction to 37 chemical elements using the Maximum Information Coefficient (MIC) and Pearson Correlation Coefficient (PCC), the models were trained, tested, and quantitatively validated using Shapley Additive exPlanations (SHAP). The most relevant elements identified by the algorithms were interpreted considering glass science. SHAP enhanced the interpretability of RF predictions and revealed that elements identified by all three methods - Bismuth, Lead, Tellurium and Vanadium - tend to reduce Tg by compacting the network, while elements selected by RF and RFE - Aluminum, Calcium, Lanthanum, and Titanium - increase Tg by enhancing glass rigidity. These findings are aligned with the experimental CaO–Al₂O₃–SiO₂ system used in oxide glass production. This research contributes to advancing chemical element selection strategies and supports the development of more accurate predictive models in the future.eng
dc.description.resumoOs vidros óxidos são compostos não-cristalinos, cuja estrutura é desorganizada, o que confere a esses materiais propriedades interessantes que podem ser aplicadas em diversas áreas. Além disso, há uma enorme janela para descoberta de novas estruturas formadoras de materiais vítreos e vários estudos aplicaram formas de predição de propriedades físicas dos vidros (ALCOBAÇA, 2020; LIU; SU, 2024). Dessa forma, os modelos de aprendizado de máquina se mostraram como uma alternativa promissora na busca por novos vidros com propriedades e com composições interessantes para diferentes áreas de aplicação. Mesmo assim, devido a característica esparsa dos dados de composições vítreas, é importante primeiramente entender de que maneira os elementos químicos impactam em determinadas propriedades físicas, como a Temperatura de Transição (Tg), marco físico para a transformação do material de sólido para viscoso, antes de buscar modelos de predição altamente precisos. Este estudo objetiva analisar comparativamente três algoritmos de seleção de características, Random Forest (RF), Recursive Feature Extraction (RFE) aplicado ao Support Vector Regressor (SVR) e Regressão Linear (LR), aplicados à predição da Tg para o banco de dados de vidros óxidos SciGlass. Após a etapa de pré-processamento e a redução de dimensionalidade para 37 elementos químicos, por meio de Maximum Information Coefficient (MIC) e Pearson Correlation Coefficient (PCC), os modelos foram treinados, testados e validados quantitativamente pela Shapley Additive exPlanations (SHAP) e os elementos mais importante extraídos pelos algoritmos foram explicadas à luz do conhecimento da ciência vítrea. O SHAP permitiu ampliar a explicabilidade da predição do RF, por exemplo, e entender que os elementos identificados pelas três seleções, Bismuto, Chumbo, Telúrio e Vanádio atuam reduzindo a Tg, porque compactam a rede vítrea, enquanto os elementos selecionados por RF e RFE, Alumínio, Cálcio, Lantânio e Titânio, atuam aumentando Tg, porque aumentam a rigidez dos vidros, o que é compatível com o sistema experimental CaO–Al₂O₃–SiO₂ de confecção de óxidos vítreos. Assim, a partir deste trabalho, é possível ampliar o estudo de seleção de elementos químicos e criar modelos de predição mais precisos futuramente.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationROSAL, Ana Carolina Castro. Aplicação de métodos de seleção de características em dados de vidros. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23574.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23574
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia de Computação - EC
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectAprendizado de máquinapor
dc.subjectVidrospor
dc.subjectSeleção de característicaspor
dc.subjectSciglasseng
dc.subjectSHAPpor
dc.subjectTemperatura de transiçãopor
dc.subjectRandom foresteng
dc.subjectSVRpor
dc.subjectRFEpor
dc.subjectRegressão linearpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleAplicação de métodos de seleção de características em dados de vidrospor
dc.title.alternativeApplication of feature selection methods to glass dataeng
dc.typeTCC

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