University of Oulu

From machine learning to learning with machines : remodeling the knowledge discovery process

Saved in:
Author: Tuovinen, Lauri
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Computer Science and Engineering
University of Oulu, Infotech Oulu
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526205243
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2014
Publish Date: 2014-08-19
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium TS101, Linnanmaa, on 29 August 2014, at 12 noon
Tutor: Professor Juha Röning
Reviewer: Professor Christopher Clifton
Professor Vassilios Verykios
Opponent: Professor Alan Smeaton
Description:

Abstract

Knowledge discovery (KD) technology is used to extract knowledge from large quantities of digital data in an automated fashion. The established process model represents the KD process in a linear and technology-centered manner, as a sequence of transformations that refine raw data into more and more abstract and distilled representations. Any actual KD process, however, has aspects that are not adequately covered by this model. In particular, some of the most important actors in the process are not technological but human, and the operations associated with these actors are interactive rather than sequential in nature. This thesis proposes an augmentation of the established model that addresses this neglected dimension of the KD process.

The proposed process model is composed of three sub-models: a data model, a workflow model, and an architectural model. Each sub-model views the KD process from a different angle: the data model examines the process from the perspective of different states of data and transformations that convert data from one state to another, the workflow model describes the actors of the process and the interactions between them, and the architectural model guides the design of software for the execution of the process. For each of the sub-models, the thesis first defines a set of requirements, then presents the solution designed to satisfy the requirements, and finally, re-examines the requirements to show how they are accounted for by the solution.

The principal contribution of the thesis is a broader perspective on the KD process than what is currently the mainstream view. The augmented KD process model proposed by the thesis makes use of the established model, but expands it by gathering data management and knowledge representation, KD workflow and software architecture under a single unified model. Furthermore, the proposed model considers issues that are usually either overlooked or treated as separate from the KD process, such as the philosophical aspect of KD. The thesis also discusses a number of technical solutions to individual sub-problems of the KD process, including two software frameworks and four case-study applications that serve as concrete implementations and illustrations of several key features of the proposed process model.


Tiivistelmä

Tiedonlouhintateknologialla etsitään automoidusti tietoa suurista määristä digitaalista dataa. Vakiintunut prosessimalli kuvaa tiedonlouhintaprosessia lineaarisesti ja teknologiakeskeisesti sarjana muunnoksia, jotka jalostavat raakadataa yhä abstraktimpiin ja tiivistetympiin esitysmuotoihin. Todellisissa tiedonlouhintaprosesseissa on kuitenkin aina osa-alueita, joita tällainen malli ei kata riittävän hyvin. Erityisesti on huomattava, että eräät prosessin tärkeimmistä toimijoista ovat ihmisiä, eivät teknologiaa, ja että heidän toimintansa prosessissa on luonteeltaan vuorovaikutteista eikä sarjallista. Tässä väitöskirjassa ehdotetaan vakiintuneen mallin täydentämistä siten, että tämä tiedonlouhintaprosessin laiminlyöty ulottuvuus otetaan huomioon.

Ehdotettu prosessimalli koostuu kolmesta osamallista, jotka ovat tietomalli, työnkulkumalli ja arkkitehtuurimalli. Kukin osamalli tarkastelee tiedonlouhintaprosessia eri näkökulmasta: tietomallin näkökulma käsittää tiedon eri olomuodot sekä muunnokset olomuotojen välillä, työnkulkumalli kuvaa prosessin toimijat sekä niiden väliset vuorovaikutukset, ja arkkitehtuurimalli ohjaa prosessin suorittamista tukevien ohjelmistojen suunnittelua. Väitöskirjassa määritellään aluksi kullekin osamallille joukko vaatimuksia, minkä jälkeen esitetään vaatimusten täyttämiseksi suunniteltu ratkaisu. Lopuksi palataan tarkastelemaan vaatimuksia ja osoitetaan, kuinka ne on otettu ratkaisussa huomioon.

Väitöskirjan pääasiallinen kontribuutio on se, että se avaa tiedonlouhintaprosessiin valtavirran käsityksiä laajemman tarkastelukulman. Väitöskirjan sisältämä täydennetty prosessimalli hyödyntää vakiintunutta mallia, mutta laajentaa sitä kokoamalla tiedonhallinnan ja tietämyksen esittämisen, tiedon louhinnan työnkulun sekä ohjelmistoarkkitehtuurin osatekijöiksi yhdistettyyn malliin. Lisäksi malli kattaa aiheita, joita tavallisesti ei oteta huomioon tai joiden ei katsota kuuluvan osaksi tiedonlouhintaprosessia; tällaisia ovat esimerkiksi tiedon louhintaan liittyvät filosofiset kysymykset. Väitöskirjassa käsitellään myös kahta ohjelmistokehystä ja neljää tapaustutkimuksena esiteltävää sovellusta, jotka edustavat teknisiä ratkaisuja eräisiin yksittäisiin tiedonlouhintaprosessin osaongelmiin. Kehykset ja sovellukset toteuttavat ja havainnollistavat useita ehdotetun prosessimallin merkittävimpiä ominaisuuksia.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-0524-3
ISBN Print: 978-952-62-0523-6
Issue: 499
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.