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Tipo: Tese
Título: Multiclass classification using logistic-NARX modeling: methods and engineering applications
Autor(es): Silva, Pedro Henrique Oliveira
Primeiro Orientador: Cerqueira, Augusto Santiago
Co-orientador: Nepomuceno, Erivelton Geraldo
Membro da banca: Silva, Leandro Rodrigues Manso
Membro da banca: Nóbrega, Rafael Antunes
Membro da banca: Ferreira, Danton Diego
Membro da banca: Mendes, Eduardo Mazoni Andrade Marçal
Resumo: Técnicas de classificação são fundamentais para interpretar dados complexos em diversas áreas da engenharia, incluindo processamento de sinais, manufatura e monitoramento ambiental, fornecendo insights úteis e auxiliando processos críticos de tomada de decisão. A identificação de sistemas e a modelagem orientada a dados oferecem estruturas robustas para analisar esses processos complexos da engenharia. Entre essas abordagens, destacam-se os modelos paramétricos, como os modelos AutoRegressivos Não Lineares com entradas eXógenas (NARX), particularmente vantajosos devido à sua estrutura linear nos parâmetros, que facilita a interpretabilidade e a transparência dos modelos resultantes. Embora desenvolvimentos recentes tenham estendido os modelos NARX para tarefas de classificação, sua aplicação permanece predominantemente restrita a cenários de regressão e classificação binária, deixando relativamente inexploradas as situações de classificação multiclasse. Para preencher essa lacuna, esta tese propõe um novo algoritmo denominado Logistic-NARX Multinomial, integrando a regressão logística aos princípios da modelagem NARX. Essa integração permite interações diretas entre os termos de entrada, resultando em modelos esparsos e interpretáveis, nos quais a relevância das variáveis individuais e suas interações fica claramente identificada. Avaliações extensivas utilizando conjuntos de dados clássicos e reais confirmam que o Logistic-NARX Multinomial apresenta desempenho preditivo competitivo em relação a classificadores tradicionais. Adicionalmente, a tese propõe uma metodologia prática aplicada à manutenção da infraestrutura ferroviária. Utilizando dados de aceleração provenientes de veículos ferroviários e simulações multicorpo, o modelo Logistic-NARX Multinomial gera modelos preditivos interpretáveis e transparentes, capazes de avaliar efetivamente as condições da via férrea, aprimorando significativamente a tomada de decisões georreferenciadas e contribuindo para práticas mais seguras e eficientes de manutenção.
Abstract: Classification techniques are essential for interpreting complex data across various engineering domains, including signal processing, manufacturing, and environmental monitoring, providing actionable insights and informing critical decision-making processes. System identification and data-driven modeling methodologies offer robust frameworks for analyzing these complex engineering processes. Parametric modeling approaches, notably Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous inputs (NARX), are particularly advantageous due to their linear-in-the-parameter form, enabling interpretability and model transparency. Although recent developments have extended NARX methodologies to classification tasks, their application remains predominantly limited to regression and binary classification, leaving multiclass scenarios relatively unexplored. To bridge this gap, this thesis introduces a novel classification algorithm, Logistic-NARX Multinomial, combining logistic regression with NARX modeling principles. This integration facilitates direct interaction among input terms, resulting in sparse, interpretable models where the significance of individual and combined input variables is clearly discernible. Extensive evaluations using benchmark and real-world datasets confirm that Logistic-NARX Multinomial achieves competitive predictive performance compared to traditional classifiers. Additionally, this thesis proposes a practical engineering methodology for railway infrastructure maintenance. Utilizing acceleration data from railway vehicles and multibody simulations, the developed Logistic-NARX Multinomial framework provides interpretable and transparent predictive models capable of effectively assessing track conditions, significantly enhancing geo-referenced decision-making and contributing to improved safety and maintenance practices.
Palavras-chave: Machine learning
System identification
NARX models
Power quality
Multiclass classfication
Wheel–rail contact dynamic forces
Railroad dynamics
Aprendizado de máquina
Identificação de sistemas
Modelos NARX
Qualidade de energia
Classificação multiclasse
Contato roda-trilho
Dinâmica ferroviária
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19522
Data do documento: 19-Set-2025
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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