Usando técnicas de federated learning para aprimorar modelos de inteligência artificial no contexto das instituições públicas brasileiras

dc.contributor.advisorCacho, Nélio Alessandro Azevedo
dc.contributor.advisor-co1Araújo, Daniel Sabino Amorim de
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4744754780165354pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4635320220484649pt_BR
dc.contributor.authorSouza, Gabriel Araújo de
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2590202875754763pt_BR
dc.contributor.referees1Martins, Allan de Medeiros
dc.contributor.referees2Cavalcante, Everton Ranielly de Sousa
dc.contributor.referees3Moura, Pedro Mesquita
dc.date.accessioned2023-05-09T20:21:01Z
dc.date.available2023-05-09T20:21:01Z
dc.date.issued2022-12-20
dc.description.abstractArtificial intelligence models have become frequent in several areas of knowledge to resolve different problems efficiently. Due to this, many Brazilian Public Institutions have invested in AI solutions to improve and optimize their services. However, these institutions, mainly public safety organizations, use sensitive privacy data in their solutions. Thus, the use of this data is bureaucratic. Furthermore, each institution explores a simple scenario that makes the AI models biased. The data sharing between institutions could create general datasets with a better capacity to create more robust models. However, due to the nature of the data, this type of action is often unfeasible. Federated learning has gained space in the recent literature to enable the sharing of AI models safely. With this technique, it is possible to transfer knowledge from various models to create an improved version of them. Based on that, this work proposes using federated learning to create a safe environment for sharing AI models among Brazilian Public Institutions. In this work, five different federated learning algorithms have been experimented with three different machine learning algorithms. The experiments found that FedAvg, FedAdam, and FedYogi, together with the VGG16 and EfficientNet algorithms, achieve satisfactory performance in training classifiers in the context of Brazilian Public Institutions. Verifying that this result is maintained in scenarios with unbalanced or balanced datasets and many or few clients was possible.pt_BR
dc.description.resumoO uso de modelos de inteligência artificial tem se tornado frequente em diversas áreas do conhecimento para resolver diferentes problemas eficientemente. Diante disso, diversas Instituições Públicas Brasileiras têm investido em soluções de IA para melhorar a qualidade e otimizar seus serviços. Contudo, essas instituições, principalmente as de segurança, utilizam dados muito sensíveis nessas soluções. Dessa forma, seu uso acaba sendo muito burocrático. Além disso, cada instituição explora um cenário limitado de exemplos que torna os modelos de IA enviesados. O compartilhamento de dados entre instituições poderia proporcionar a criação de datasets mais generalistas com uma melhor capacidade de criar modelos mais robustos. No entanto, devido a natureza dos dados, esse tipo de ação é em muitos casos inviável. Aprendizado federado tem ganhado espaço na literatura recente como uma forma de possibilitar o compartilhamento de modelos de IA de forma segura. Nessa técnica é possível tranferir o conhecimento de vários modelos para criar uma versão aprimorada deles. Diante disso, este trabalho propõe o uso do aprendizado federado para criar um ambiente seguro para o compartilhamento de modelos de IA entre as Intituições Públicas Brasileiras. Neste trabalho, foi experimentado cinco diferentes algoritmos de aprendizado federado, com três diferentes algoritmos de aprendizado de máquina. Os experimentos executados constataram que FedAvg, FedAdam e FedYogi juntamente com os algoritmos VGG16 e EfficientNet conseguem atingir performace satisfatória no treinamento de classificadores para Instituições Públicas Brasileiras. Foi possível verificar que esse resultado se mantém em cenários com datasets desbalanceado ou balanceado, e com muito ou pouco clientes.pt_BR
dc.identifier.citationSOUZA, Gabriel Araújo de. Using federated learning techniques to improve artificial intelligence models in the context of brazilian public institutions. Orientador: Nélio Alessandro Azevedo Cacho. 2022. 175f. Dissertação (Mestrado em Sistemas e Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52290
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectComputaçãopt_BR
dc.subjectFederated learningpt_BR
dc.subjectBrazilian Public Institutionspt_BR
dc.subjectConvergence Algorithmspt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAOpt_BR
dc.titleUsando técnicas de federated learning para aprimorar modelos de inteligência artificial no contexto das instituições públicas brasileiraspt_BR
dc.title.alternativeUsing federated learning techniques to improve artificial intelligence models in the context of brazilian public institutionspt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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