L’insegnamento contribuisce agli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile e in Environmental Engineering fornendo strumenti statistici e metodologici avanzati per l’analisi di dati…
Scheda dell'insegnamento
Obiettivi formativi
L’insegnamento contribuisce agli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile e in Environmental Engineering fornendo strumenti statistici e metodologici avanzati per l’analisi di dati complessi e per l’applicazione di modelli di Machine Learning supervisionato in contesti ingegneristici. Il corso concorre allo sviluppo di competenze trasversali utili all’interpretazione, alla modellazione e al supporto decisionale in problemi complessi dell’ingegneria civile e ambientale, in coerenza con il paradigma della data-driven innovation.
Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del corso, studentesse e studenti conosceranno i principali metodi di Big Data Analytics e Machine Learning supervisionato per problemi di regressione e classificazione. Acquisiranno conoscenze relative alla gestione di dati complessi, alla validazione dei modelli, alla valutazione delle prestazioni predittive e all’interpretazione dei risultati in applicazioni di interesse per l’ingegneria civile e ambientale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Studentesse e studenti saranno in grado di impostare correttamente un percorso di analisi di dati complessi, dalla preparazione del dataset alla scelta del modello, fino alla valutazione e interpretazione dei risultati. Sapranno applicare, anche mediante software statistici, metodi avanzati di Machine Learning per problemi di regressione e classificazione riferiti a fenomeni e sistemi di interesse ingegneristico.
Autonomia di giudizio
Studentesse e studenti svilupperanno la capacità di valutare criticamente la qualità dei dati, l’appropriatezza delle tecniche utilizzate, l’affidabilità dei modelli e la correttezza delle interpretazioni. Saranno in grado di confrontare approcci alternativi di analisi e di leggere criticamente risultati ottenuti direttamente o riportati in pubblicazioni scientifiche e applicazioni tecniche.
Abilità comunicative
Studentesse e studenti saranno in grado di comunicare in modo chiaro ed efficace i risultati delle analisi attraverso tabelle, grafici, indicatori sintetici e commenti testuali, utilizzando un linguaggio tecnico-scientifico appropriato e adeguato a contesti ingegneristici e interdisciplinari.
Capacità di apprendimento
Il corso fornirà strumenti metodologici e operativi utili per approfondire autonomamente tecniche di Big Data Analytics, Statistical Learning e Machine Learning, anche in relazione all’evoluzione tecnologica e applicativa dei sistemi complessi nell’ingegneria civile e ambientale.
Programma
Richiami di statistica e introduzione al Machine Learning
Breve revisione dei principali concetti e metodi della statistica descrittiva e inferenziale. Introduzione ai concetti fondamentali di Statistical Learning e Machine Learning per problemi di regressione e classificazione in contesti supervisionati, con particolare attenzione all’analisi di dati complessi e high-dimensional.
Modelli di regressione e tecniche di validazione
Estensioni dei modelli di regressione lineare: gestione di dati di natura diversa e di interazioni, regressione polinomiale e procedure di subset selection. Tecniche di ricampionamento e validazione dei modelli: validation set approach, k-fold cross-validation e bootstrap. Tecniche di regolarizzazione dei modelli predittivi: ridge regression e lasso regression.
Metodi di Machine Learning per regressione e classificazione
Regressione logistica per problemi di classificazione. Alberi decisionali per regressione e classificazione. Tecniche ensemble: bagging e Random Forests. Support Vector Classifiers e Support Vector Machines.
Laboratori e applicazioni di data analytics
Il corso è orientato all’analisi pratica di dati complessi mediante software di data analytics e Machine Learning, con applicazioni ed esercitazioni sviluppate principalmente mediante Minitab e KNIME.
È consigliato il possesso di conoscenze di base di statistica e probabilità, utili per la comprensione dei principali metodi di analisi dei dati e di Machine Learning trattati nel corso.
Il corso si articola in lezioni frontali, presentazione e discussione di casi studio, esercitazioni applicative e laboratori dedicati all’utilizzo di software statistici.
Le lezioni frontali sono dedicate all’apprendimento dei principali contenuti teorici e metodologici relativi a Statistical Learning, Machine Learning supervisionato e analisi di dati complessi.
I casi studio, riferiti a contesti applicativi dell’ingegneria civile e ambientale, sono proposti per sviluppare capacità critiche e interpretative nell’analisi di dati reali e per evidenziare il collegamento tra metodi statistici, modelli predittivi e applicazioni ingegneristiche.
L’esercitazione intermedia è finalizzata a consolidare le competenze acquisite e a supportare la preparazione alla prova finale.
I laboratori sono indirizzati all’utilizzo di software statistici e strumenti di data analytics per esemplificare la corretta impostazione, gestione e interpretazione di percorsi di analisi di dati complessi.
Studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.
Modalità d'esame
La valutazione della prova scritta terrà conto dei seguenti criteri:
- correttezza delle risposte fornite ai quesiti teorici e applicativi;
- completezza nello svolgimento delle analisi richieste;
- correttezza nell’applicazione delle metodologie di data analytics e Machine Learning;
- capacità di interpretare e argomentare criticamente i risultati ottenuti;
- capacità di impostare correttamente workflow di analisi di dati complessi.
L’eventuale elaborato sviluppato mediante software statistici sarà valutato considerando:
- appropriatezza delle tecniche selezionate per l’analisi dei dati;
- correttezza e coerenza della sequenza delle analisi condotte;
- capacità di gestione, elaborazione e interpretazione di dataset complessi;
- chiarezza espositiva e capacità di sintesi dei risultati;
- qualità dell’interpretazione critica dei risultati ottenuti.
La valutazione finale sarà basata principalmente sulla prova scritta; l’elaborato opzionale concorrerà all’integrazione della valutazione complessiva secondo le modalità comunicate dalla docente.
Testi di riferimento
James G., Witten D., Hastie T., Tibshirani R., Taylor J., An Introduction to Statistical Learning: with Applications in Python, Springer, Cham, 2023. ISBN: 978-3-031-38746-3. Note: CONSIGLIATO.
Codice insegnamento 60513_554086_142649