TY - GEN A1 - Hollstein, André A1 - Segl, Karl A1 - Guanter, Luis A1 - Brell, Maximilian A1 - Enesco, Marta T1 - Ready-to-Use methods for the detection of clouds, cirrus, snow, shadow, water and clear sky pixels in Sentinel-2 MSI images T2 - remote sensing N2 - Classification of clouds, cirrus, snow, shadows and clear sky areas is a crucial step in the pre-processing of optical remote sensing images and is a valuable input for their atmospheric correction. The Multi-Spectral Imager on board the Sentinel-2's of the Copernicus program offers optimized bands for this task and delivers unprecedented amounts of data regarding spatial sampling, global coverage, spectral coverage, and repetition rate. Efficient algorithms are needed to process, or possibly reprocess, those big amounts of data. Techniques based on top-of-atmosphere reflectance spectra for single-pixels without exploitation of external data or spatial context offer the largest potential for parallel data processing and highly optimized processing throughput. Such algorithms can be seen as a baseline for possible trade-offs in processing performance when the application of more sophisticated methods is discussed. We present several ready-to-use classification algorithms which are all based on a publicly available database of manually classified Sentinel-2A images. These algorithms are based on commonly used and newly developed machine learning techniques which drastically reduce the amount of time needed to update the algorithms when new images are added to the database. Several ready-to-use decision trees are presented which allow to correctly label about 91% of the spectra within a validation dataset. While decision trees are simple to implement and easy to understand, they offer only limited classification skill. It improves to 98% when the presented algorithm based on the classical Bayesian method is applied. This method has only recently been used for this task and shows excellent performance concerning classification skill and processing performance. A comparison of the presented algorithms with other commonly used techniques such as random forests, stochastic gradient descent, or support vector machines is also given. Especially random forests and support vector machines show similar classification skill as the classical Bayesian method. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 455 KW - Sentinel-2 MSI KW - cloud detection KW - snow detection KW - cirrus detection KW - shadow detection KW - Bayesian classification KW - machine learning KW - decision trees Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407938 ER - TY - THES A1 - Flöter, André T1 - Analyzing biological expression data based on decision tree induction T1 - Analyse biologischer Expressionsdaten mit Hilfe von Entscheidungsbauminduktion N2 - Modern biological analysis techniques supply scientists with various forms of data. One category of such data are the so called "expression data". These data indicate the quantities of biochemical compounds present in tissue samples. Recently, expression data can be generated at a high speed. This leads in turn to amounts of data no longer analysable by classical statistical techniques. Systems biology is the new field that focuses on the modelling of this information. At present, various methods are used for this purpose. One superordinate class of these meth­ods is machine learning. Methods of this kind had, until recently, predominantly been used for classification and prediction tasks. This neglected a powerful secondary benefit: the ability to induce interpretable models. Obtaining such models from data has become a key issue within Systems biology. Numerous approaches have been proposed and intensively discussed. This thesis focuses on the examination and exploitation of one basic technique: decision trees. The concept of comparing sets of decision trees is developed. This method offers the pos­sibility of identifying significant thresholds in continuous or discrete valued attributes through their corresponding set of decision trees. Finding significant thresholds in attributes is a means of identifying states in living organisms. Knowing about states is an invaluable clue to the un­derstanding of dynamic processes in organisms. Applied to metabolite concentration data, the proposed method was able to identify states which were not found with conventional techniques for threshold extraction. A second approach exploits the structure of sets of decision trees for the discovery of com­binatorial dependencies between attributes. Previous work on this issue has focused either on expensive computational methods or the interpretation of single decision trees ­ a very limited exploitation of the data. This has led to incomplete or unstable results. That is why a new method is developed that uses sets of decision trees to overcome these limitations. Both the introduced methods are available as software tools. They can be applied consecu­tively or separately. That way they make up a package of analytical tools that usefully supplement existing methods. By means of these tools, the newly introduced methods were able to confirm existing knowl­edge and to suggest interesting and new relationships between metabolites. N2 - Neuere biologische Analysetechniken liefern Forschern verschiedenste Arten von Daten. Eine Art dieser Daten sind die so genannten "Expressionsdaten". Sie geben die Konzentrationen biochemischer Inhaltsstoffe in Gewebeproben an. Neuerdings können Expressionsdaten sehr schnell erzeugt werden. Das führt wiederum zu so großen Datenmengen, dass sie nicht mehr mit klassischen statistischen Verfahren analysiert werden können. "System biology" ist eine neue Disziplin, die sich mit der Modellierung solcher Information befasst. Zur Zeit werden dazu verschiedenste Methoden benutzt. Eine Superklasse dieser Methoden ist das maschinelle Lernen. Dieses wurde bis vor kurzem ausschließlich zum Klassifizieren und zum Vorhersagen genutzt. Dabei wurde eine wichtige zweite Eigenschaft vernachlässigt, nämlich die Möglichkeit zum Erlernen von interpretierbaren Modellen. Die Erstellung solcher Modelle hat mittlerweile eine Schlüsselrolle in der "Systems biology" erlangt. Es sind bereits zahlreiche Methoden dazu vorgeschlagen und diskutiert worden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Nutzung einer ganz grundlegenden Technik: den Entscheidungsbäumen. Zunächst wird ein Konzept zum Vergleich von Baummengen entwickelt, welches das Erkennen bedeutsamer Schwellwerte in reellwertigen Daten anhand ihrer zugehörigen Entscheidungswälder ermöglicht. Das Erkennen solcher Schwellwerte dient dem Verständnis von dynamischen Abläufen in lebenden Organismen. Bei der Anwendung dieser Technik auf metabolische Konzentrationsdaten wurden bereits Zustände erkannt, die nicht mit herkömmlichen Techniken entdeckt werden konnten. Ein zweiter Ansatz befasst sich mit der Auswertung der Struktur von Entscheidungswäldern zur Entdeckung von kombinatorischen Abhängigkeiten zwischen Attributen. Bisherige Arbeiten hierzu befassten sich vornehmlich mit rechenintensiven Verfahren oder mit einzelnen Entscheidungsbäumen, eine sehr eingeschränkte Ausbeutung der Daten. Das führte dann entweder zu unvollständigen oder instabilen Ergebnissen. Darum wird hier eine Methode entwickelt, die Mengen von Entscheidungsbäumen nutzt, um diese Beschränkungen zu überwinden. Beide vorgestellten Verfahren gibt es als Werkzeuge für den Computer, die entweder hintereinander oder einzeln verwendet werden können. Auf diese Weise stellen sie eine sinnvolle Ergänzung zu vorhandenen Analyswerkzeugen dar. Mit Hilfe der bereitgestellten Software war es möglich, bekanntes Wissen zu bestätigen und interessante neue Zusammenhänge im Stoffwechsel von Pflanzen aufzuzeigen. KW - Molekulare Bioinformatik KW - Maschinelles Lernen KW - Entscheidungsbäume KW - machine learning KW - decision trees KW - computational biology Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6416 ER -