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Document Type: Dissertação
Title: Metaheurísticas inspiradas na natureza aceleradas por gpu para agrupamento de dados com múltiplas visões
Authors: Farias, Mariana Lira de
Issue Date: 19-Dec-2025
Advisor: Gusmão, Renê Pereira de
Resumo : O agrupamento multivisual surgiu como uma estrutura poderosa para integrar espaços de características heterogêneos em um processo de aprendizagem unificado. No entanto, a otimização de modelos multivisuais permanece computacionalmente exigente, especialmente quando se utilizam metaheurísticas baseadas em população em grandes conjuntos de dados. Este trabalho apresenta adaptações aceleradas em GPU de seis algoritmos meta-heurísticos — Particle Swarm Optimization (PSO), Cuckoo Search (CS), Firefly Algorithm (FA), Elephant Herding Optimization (EHO), Bees Algorithm (BA) e Black Hole (BH) — aplicados ao agrupamento multivisual. Cada algoritmo foi reformulado para operar sobre uma representação unificada de centróides e otimizado sob duas funções objetivo: uma versão completa derivada do TW-KMeans e uma versão simplificada ponderada por visão (VWOF). As implementações propostas exploram paralelismo em GPU e computação vetorizada para alcançar reduções substanciais no tempo de execução, mantendo a qualidade do agrupamento. Experimentos em sete bases de dados de referência demonstram melhorias consistentes em relação aos métodos tradicionais de agrupamento multivisual, tanto em acurácia (ARI, NMI, Pureza) quanto em eficiência computacional, com ganhos que variam entre algoritmos e alcançam picos superiores a 50× em cenários altamente paralelizáveis. Análises estatísticas confirmam a significância das diferenças observadas, reforçando o potencial da aceleração em GPU para o agrupamento multivisual baseado em metaheurísticas.
Abstract: Multi-view clustering has emerged as a powerful framework for integrating heterogeneous feature spaces into a unified learning process. Nevertheless, the optimization of multi-view models remains computationally demanding, particularly when employing population-based metaheuristics on large datasets. This paper presents GPU-accelerated adaptations of six metaheuristic algorithms — Particle Swarm Optimization (PSO), Cuckoo Search (CS), Firefly Algorithm (FA), Elephant Herding Optimization (EHO), Bees Algorithm (BA), and Black Hole (BH) — applied to multi-view clustering. Each algorithm was reformulated to operate on a unified centroid representation and optimized under two objective functions: a full version derived from TW-K-Means and a simplified view-weighted version (VWOF). The proposed implementations exploit GPU parallelism and vectorized computation to achieve substantial reductions in runtime while maintaining clustering quality. Experiments on seven benchmark datasets demonstrate consistent improvements over traditional multi-view clustering methods in both clustering accuracy (ARI, NMI, Purity) and computational efficiency, achieving speedups of up to 50×. Statistical analyses confirm the significance of the observed differences, reinforcing the potential of GPU acceleration for metaheuristic-based multi-view clustering.
Keywords: Aprendizado do computador
Otimização matemática
Programação heurística
Agrupamento
Múltiplas visões dos dados
Otimização
Metaheurísticas
Clustering
Multi-view data
Optimization
Meta-heuristics
Subject CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Program Affiliation: Pós-Graduação em Ciência da Computação
Citation: FARIAS, Mariana Lira de. Metaheurísticas inspiradas na natureza aceleradas por gpu para agrupamento de dados com múltiplas visões. 2025. 78 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da computação) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/24563
Appears in Collections:Mestrado em Ciência da Computação

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