Redes neurais artificiais e redes complexas: um estudo integrativo de propriedades topológicas e reconhecimento de padrões

Resumo

Redes Neurais Artificiais (RNAs) e redes complexas estão em foco nos dias atuais devido aos avanços na inteligência artificial, no hardware dos computadores e o fenômeno de big data. Arquiteturas profundas de RNAs atuais tem atingido alto desempenho em problemas complexos, no entanto, devido à falta de conhecimento a respeito de seu funcionamento interno, são utilizadas como uma abordagem "caixa preta". Nesse caso são necessários novos estudos sobre o funcionamento dessas redes, para que novos modelos mais robustos e interpretáveis sejam desenvolvidos. Por outro lado, a análise de grandes redes complexas é também um desafio, em termos matemáticos e computacionais, e é essencial no entendimento de inúmeros sistemas reais que governam o funcionamento da sociedade moderna. Nesse contexto, a proposta para a presente pesquisa é um estudo integrativo entre essas duas áreas. RNAs são naturalmente representadas por grafos, e suas múltiplas entidades (neurônios) interagem ativamente entre si. Portanto, a partir de técnicas de redes complexas propriedades topológicas de RNAs serão analisadas com o objetivo de traçar correlações entre sua organização estrutural e seu funcionamento. A outra linha de pesquisa da proposta é utilizar e modificar arquiteturas de RNAs convolucionais atuais para o reconhecimento de padrões em redes complexas, tal como a caracterização de diferentes classes topológicas. Técnicas de análise multiescala e dinâmica em redes complexas serão abordadas para a construção de representações de menor dimensão, obtendo-se assim matrizes que podem ser utilizadas como entrada de RNAs convolucionais. Por fim, o objetivo é estabelecer novos conhecimentos dentro de ambas as áreas, assim como o desenvolvimento de novos modelos e técnicas combinando RNAs e redes complexas para o reconhecimento de padrões. Além disso as propostas serão aplicadas em diversos problemas reais através de parcerias com laboratórios nacionais e internacionais de áreas como Biologia, Medicina e Agricultura. (AU)