ANALYSIS OF BIOMEDICAL DATA AND SIGNALS

iten
Codice
80563
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
9 cfu al 1° anno di 11159 BIOENGINEERING (LM-21) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/06
SEDE
GENOVA (BIOENGINEERING)
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

L'insegnamento fornisce nozioni di base per l'analisi di dati e segnali di interesse per la biologia e la medicina.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

The course provides students with the essential tools and operational skills for quantitative analysis of data and signals of interest for medicine and biology, on a probabilistic perspective

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo di questo corso è fornire agli studenti gli strumenti essenziali per l'analisi quantitativa di dati e segnali di interesse per la medicina e la biologia.

Entro la fine del corso gli studenti saranno in grado di:

  1. Progettare e applicare metodi di analisi e modellizzazione dei dati - compresi i dati temporali (segnali) - di interesse per la medicina e la biologia
  2. Identificare l'approccio corretto (selezione del modello, identificazione del modello, visualizzazione dei dati) per uno specifico problema di analisi dei dati
  3. Utilizzare MATLAB per visualizzare correttamente ed efficacemente dati e segnali biomedici e implementare modelli di essi

PREREQUISITI

Non ci sono prerequisiti formali, ma il corso richiede solide basi nell'analisi matematica e nell'algebra lineare.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso combina lezioni frontali e esercitazioni in aula

Le lezioni frontali si concentreranno su teoria e metodi per l'analisi dei dati.

Le esercitazioni in aula si concentreranno sull'applicazione a problemi di analisi dei dati reali nel contesto della bioingegneria.

Nell'AA 2021-2022 il corso sarà tenuto in presenza, ma tutte le lezioni e le attività di laboratorio saranno offerte anche a distanza, sia online che offline.

PROGRAMMA/CONTENUTO

A. Analisi e visualizzazione dei dati (s1-s2)  Tipi di dato. Statistica descrittiva. Analisi come identificazione di modelli. Analisi statistica dei dati. La regressione. Visualizzazione dell'informazione.

B. Stime di densità di probabilità (s3-s4) Apprendimento senza supervisione. Modello gaussiano. Analisi delle componenti principali, analisi fattoriale, analisi delle componenti indipendenti, analisi dei cluster e algoritmo EM. Modelli grafici. Regressione, teoria delle decisioni, analisi fattoriale come modelli grafici.

C. Teoria delle decisioni (s5-s6). Teoria Bayesiana della decisione. Classificatori Bayesiani. Classificatori logistici. Modelli lineari generalizzati. Prestazioni di un classificatore: curva ROC.  Introduzione alle reti neurali. Modelli grafici. Regressione, teoria delle decisioni, analisi fattoriale come modelli grafici.

D. Selezione di modelli (s7-s8). Inferenza statistica. Verifica di ipotesi. Modelli lineari generali e analisi della varianza. Modelli a effetti misti. Approccio Bayesiano alla selezione di modelli

E. Modelli dinamici (s9-s10). Dati temporali (segnali). Segnali discreti vs continui. Modelli di Markov nascosti, Sistemi dinamici lineari. Filtro di Kalman.

F. Identificazione di sistemi (s11-s12). Modelli parametrici e non parametrici. Modelli black-box vs gray-box. Stimatori a minimi quadrati. Metodi di previsione degli errori. Modelli compartimentali. Applicazioni alla farmacocinetica e all'epidemiologia.

 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Murphy, KP. Machine Learning: A Probabilistic Perspective.  MIT Press, 2012.

.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Gli orari di ricevimento verranno comunicati a inizio corso.

LEZIONI

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso combina lezioni frontali e esercitazioni in aula

Le lezioni frontali si concentreranno su teoria e metodi per l'analisi dei dati.

Le esercitazioni in aula si concentreranno sull'applicazione a problemi di analisi dei dati reali nel contesto della bioingegneria.

Nell'AA 2021-2022 il corso sarà tenuto in presenza, ma tutte le lezioni e le attività di laboratorio saranno offerte anche a distanza, sia online che offline.

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

  1. Esame scritto (peso 50%)
  2. Project work (singoli o coppie, peso 50%)
  • Soluzione di un problema reale di analisi / elaborazione dei dati biomedici, scelta da un elenco di progetti proposti
  • Sviluppo di software per calcolo / analisi / elaborazione
  • Applicazione interattiva (MATLAB Livescript) che riporta i risultati
  • Scadenza fissa (inizio febbraio)

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Il Project work sarà valutato in termini di:

1) Documentazione (correttezza, chiarezza, sintesi, terminologia): 10 punti

2) Implementazione (struttura e organizzazione del codice, efficienza): 10 punti

3) Visualizzazione dei dati (qualità tecnica delle figure, adeguatezza della tecnica di visualizzazione, efficacia, chiarezza): 10 punti

4) Bonus (2 pts max) se il report fornisce analisi aggiuntive (oltre a quelle richieste). Il bonus viene aggiunto solo se si ottiene il punteggio massimo negli altri tre criteri.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
12/01/2022 09:30 GENOVA Scritto
10/02/2022 09:30 GENOVA Scritto
09/06/2022 09:30 GENOVA Scritto
07/07/2022 09:30 GENOVA Scritto
08/09/2022 09:30 GENOVA Scritto