1007998 - INTRODUZIONE AL DATA MINING

Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi.

1. Conoscenza e capacità di comprensione: Il corso mira a formare le conoscenze e le competenze di base per l’analisi, la rappresentazione, e l’organizzazione di dati.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente acquisirà conoscenze riguardo ai modelli e gli algoritmi per l’analisi dei dati quali: mining ad alto supporto, sistemi di raccomandazione, ricerca di similarità, classificazione, clustering, reti neurali, analisi di reti.
3. Autonomia di giudizio: Attraverso esempi concreti e casi di studio, lo studente sarà in grado di elaborare autonomamente soluzioni a determinati problemi legati all'analisi dei dati.
4. Abilità comunicative: lo studente acquisirà le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio tecnico nell'ambito generale dell'analisi dei dati.
5. Capacità di apprendimento: il corso si propone, come obiettivo, di fornire allo studente le necessarie metodologie teoriche e pratiche per poter affrontare e risolvere autonomamente nuove problematiche che dovessero sorgere durante una attività lavorativa. A tale scopo diversi argomenti saranno trattati a lezione coinvolgendo lo studente nella ricerca di possibili soluzioni a problemi reali, utilizzando benchmark disponibili in letteratura.

Lezioni frontali.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Programmazione e strutture dati.

La frequenza a lezione è fortemente consigliata.

Per seguire meglio le lezioni, delle slide sono messe a disposizione dal docente. 

Le slide non costituiscono un mezzo di studio, ma favoriscono l'apprendimento degli argomenti presentati a lezione.

Per ulteriori approfondimenti sugli argomenti del corso, durante le lezioni verranno indicati riferimenti a libri di testo e risorse online.

Il corso è diviso in due parti, una teorica in cui verranno illustrati i principali problemi di Data Mining e una pratica in cui verrà introdotto il linguaggio R e mostrato come tali problemi possono essere risolti in R. Le due parti saranno portate avanti in parallelo.

Gli argomenti affrontati nel corso sono:

• Introduzione al Data Mining
• Richiami su calcolo delle probabilità
• Linguaggio R
• Data Mining ad alto supporto (apriori, insiemi frequenti, regole di associazione)
• Classificazione (alberi decisionali, SVM, classificatori bayesiani, classificatori lazy, estrattori di regole)
• Clustering (gerarchico, k-means, density-based)
• Sistemi di raccomandazione
• Catene di Markov e HMM
• Introduzione alle reti (Misure di centralità, Coefficiente di Clustering)
• Modelli random di reti
• Graph matching
• Graph mining
• Reti neurali (Feed-Forward, Convolutional, Recurrent, Long-Short Term Memory)

Nell'ambito del linguaggio R, oltre alle funzioni di base, verranno introdotte diverse librerie per l'analisi dei dati, quali "caret" (per la classificazione), "igraph" (per l'analisi e la visualizzazione di reti) e "keras" (per la costruzione di reti neurali). 

Per la parte teorica sull'analisi dei dati, si farà principalmente riferimento a diversi capitoli del libro:

• Mining of Massive Datasets, Jure Leskovec, Anand Rajaraman, Jeff Ullman (http://www.mmds.org).

Altri testi di Data Mining suggerito è

• Data Mining: Concepts and Techniques, Jiawei Han and Micheline Kamber, The Morgan Kaufmann Series in Data Management Systems
• The Elements of Statistical Learning: Data Mining, Inference, and Prediction, Trevor Hastie,Robert Tibshirani, Jerome Friedman, Springer

Per la parte relativa al calcolo delle probabilità il testo suggerito è:

• Statistical methods in Bioinformatics: an Introduction (Second Edition), Warren J. Ewens e Gregory R. Grant, Springer.

Per il linguaggio R si può far riferimento al seguente libro di testo disponibile online:

• The R book (Second Edition), Michael J. Crawley, Wiley (https://www.cs.upc.edu/~robert/teaching/estadistica/TheRBook.pdf).

L'esame finale consiste in una prova scritta, seguita da una prova orale.

La prova scritta è costituita da tre domande di teoria a risposta aperta su argomenti presentati a lezione.

Il voto ottenuto con la prova scritta è il voto di base dell'esame, che può essere incrementato di 2 o 4 punti con la prova orale, a seconda del tipo di esame orale scelto dallo studente.

La prova orale può essere, a scelta:

• Un progetto (proposto dallo studente o dal docente, e comunque sempre concordato tra le due parti) che consiste genericamente in un'implementazione pratica (preferibilmente nel linguaggio R visto a lezione) di una soluzione ad un problema di data mining. Col progetto si può ottenere un incremento massimo di 4 punti sul voto base dello scritto.
• Un seminario (concordato tra studente e docente), che consiste in una breve presentazione (massimo 15 minuti) in power-point del contenuto di un articolo scientifico che approfondisce problemi visti durante il corso. Col seminario si può ottenere un incremento massimo di 2 punti sul voto base dello scritto.

Le due parti dell'esame (prova scritta e prova orale) possono essere sostenute in qualsiasi ordine e anche in sessioni d'esame diverse.

Il progetto, una volta assegnato, dovrà essere completato entro 3 mesi.

Salvo diversa comunicazione, la prova scritta si svolgerà alle ore 11:00 e avrà durata di 1 ora.

Note:

• È vietato l'uso di qualsiasi strumento hardware (calcolatrici, tablet, smartphone, cellulari, auricolari BT etc.), di libri o documenti personali durante la prova scritta.
• Per sostenere gli esami è obbligatorio prenotarsi utilizzando l'apposito modulo del portale CEA.
• Non sono ammesse prenotazioni tardive tramite email. In mancanza di prenotazione, l'esame non può essere verbalizzato.
• La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere, con la prova scritta rimpiazzata da una prova orale con 3 domande a risposta aperta sui contenuti del corso (Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.)

Esempi di domande per l'esame scritto, progetti o seminari saranno illustrati a lezione.