Árvores de decisão aplicadas ao problema da separação estrela/galáxia - Eduardo Charles Vasconcellos (2011)
Neste trabalho estudamos a eficiência de 13 algoritmos distintos para construção de árvores de decisão quando aplicados a tarefa de separar estrelas de galáxias. Esta separação é procedida com base nos dados fotométricos da sétima disponibilização de dados do ``Sloan Digital Sky Survey `` (SDSS-DR7). Cada um dos algoritmos testados está contido no software WEKA e é definido por um conjunto de parâmetros que, quando variados, podem modificar a árvore de decisão gerada. Nós exploramos extensivamente o espaço de parâmetros de cada algoritmo usando um conjunto de treinamento composto por 880.715 objetos do SDSS-DR7 que possuem espectroscopia disponível. Buscamos a configuração otimizada que permitiria a construção de uma árvore capaz de separar estrelas e galáxias com a maior precisão possível. A eficiência da separação estrelai galáxia é medida usando a função de completeza (fração de galáxias classificadas corretamente). Nossos resultados mostraram que o algoritmo FT (Functional Trees) obteve os melhores resultados, com base na função de completeza, para dois intervalos de magnitude: 14 $≤$ {\it r} $≤$ 21 (85.2%) e {\it r} $≥$ 19 (82.1%). Comparamos o desempenho da árvore gerada pelo FT com sua melhor configuração com separações obtidas pelo método paramétrico do SDSS, pelo 2DPHOT e por Ball et al. (2006). Essa comparação mostrou que nossa árvore gerada com o FT tem, para magnitudes no intervalo 14 $≤$ {\it r} < 19, um desempenho similar aos demais métodos em termos de completeza, mas com uma contaminação (fração de estrelas classificadas como galáxias) muito inferior a todas menos a obtida por Ball et al, (2006). Para magnitudes fracas ({\it r} $≥$ 19), nossa árvore é o único separador que obtém uma alta completeza (>80%) e uma baixa contaminação (\~{} 2.5%). Executamos também um experimento utilizando uma máquina de comitê composta por árvores de decisão treinadas com todos os 13 algoritmos do WEKA. Este experimento resultou em uma queda na função de completeza de \~{}5% para magnitudes maiores que {\it 19.5} $^{m}$ quando comparada à completeza obtida pelo FT. Por outro lado, a amostra de galáxias gerada pelo comitê apresenta uma contaminação aproximadamente 6% menor que a gerada pelo FT. Por fim examinamos o separador paramétrico do SDSS (psfMag - modelMag) com intuito de verificar se a linha divisória que separa os objetos poderia ser mais precisa. Identificamos que muitos pares de estrelas próximas estão sendo classificados erroneamente como galáxias, e sugerimos um novo valor de corte para melhorar a precisão do separador do SDSS. Por fim, aplicamos nossa árvore de decisão gerada com o FT para separar estrelas de galáxias em todo o conjunto de 69.545.326 objetos da amostra fotométrica do SDSS-DR7 com magnitudes no intervalo 14 $≤$ {\it r} $≤$ 21.