A ciência de dados é o campo da aplicação de técnicas avançadas de análise e princípios científicos para extrair informações valiosas de dados para tomada de decisões de negócios, planejamento estratégico e outros usos. É cada vez mais crítico para as empresas os insights que a ciência de dados gera. Esses insights, ajudam as organizações a aumentar a eficiência operacional, identificar novas oportunidades de negócios, e melhorar programas de marketing e vendas, entre outros benefícios. Em última análise, eles podem levar a vantagens competitivas sobre os rivais de negócios.
A ciência de dados incorpora várias disciplinas – por exemplo, engenharia de dados, preparação de dados, mineração de dados, análise preditiva, machine learning e visualização de dados, além de estatística, matemática e programação de software. É feito principalmente por cientistas de dados qualificados, embora analistas de dados de nível médio também possam estar envolvidos. Além disso, muitas organizações agora dependem em parte de cientistas de dados, um grupo que pode incluir profissionais de business intelligence (BI), analistas de negócios, usuários de negócios experientes em dados, engenheiros de dados e outros trabalhadores que não têm um histórico formal de ciência de dados.
Esta análise abrangente de ciência de dados, explica o que é, por que é importante para as organizações, como funciona, quais benefícios que proporciona para o negócio, e, os desafios que ela coloca. Você também encontrará uma visão geral das aplicações, ferramentas e técnicas de ciência de dados, além de informações sobre o que os cientistas de dados fazem e as habilidades de que precisam.
Por que a ciência de dados é importante?
A ciência de dados desempenha um papel importante em praticamente todos os aspectos das operações e estratégias de negócios. Por exemplo, fornece informações sobre clientes que ajudam as empresas a criar campanhas de marketing mais fortes, e publicidade direcionada para aumentar as vendas de produtos. Auxilia na gestão de riscos financeiros, na detecção de transações fraudulentas e na prevenção de quebras de equipamentos em fábricas e outros ambientes industriais. Ela ajuda a bloquear ataques cibernéticos e outras ameaças à segurança em sistemas de TI.
Do ponto de vista operacional, as iniciativas de ciência de dados podem otimizar a gestão das cadeias de suprimentos, estoques de produtos, redes de distribuição e atendimento ao cliente. Em um nível mais fundamental, eles apontam o caminho para aumentar a eficiência e reduzir os custos. A ciência de dados também permite que as empresas criem planos de negócios e estratégias baseadas na análise informada do comportamento do cliente, tendências de mercado e concorrência. Sem isso, as empresas podem perder oportunidades e tomar decisões erradas.
A ciência de dados também é vital em áreas além das operações comerciais regulares. Na área da saúde, seus usos incluem diagnóstico de condições médicas, análise de imagem, planejamento de tratamento e pesquisa médica. As instituições acadêmicas usam a ciência de dados para monitorar o desempenho dos alunos e melhorar seu marketing para futuros alunos. Equipes esportivas analisam o desempenho dos jogadores e planejam estratégias de jogo via ciência de dados. Agências governamentais e organizações de políticas públicas também são grandes usuários.
Processo de ciência de dados e ciclo de vida
Os projetos de ciência de dados envolvem uma série de etapas de coleta e análise de dados. Em um artigo que descreve o processo de ciência de dados, Donald Farmer, diretor da consultoria de análise TreeHive Strategy, delineou essas seis etapas principais:
1. Identifique uma hipótese relacionada ao negócio para testar.
2. Reúna os dados e prepare-os para análise.
3. Experimente diferentes modelos analíticos.
4. Escolha o melhor modelo e execute-o contra os dados.
5. Apresentar os resultados aos executivos de negócios.
6. Implantar o modelo para uso contínuo com dados frescos.
Farmer disse que o processo faz da ciência de dados um esforço científico. No entanto, ele escreveu que, nas empresas corporativas, o trabalho em ciência de dados “sempre será mais útil focado em realidades comerciais simples” que podem beneficiar o negócio. Como resultado, acrescentou, os cientistas de dados devem colaborar com as partes interessadas em projetos ao longo do ciclo de vida da análise.Benefícios da ciência de dados
Em um webinar de outubro de 2020 organizado pelo Instituto de Ciência Computacional Aplicada da Universidade de Harvard, Jessica Stauth, diretora-gerente de ciência de dados na unidade Fidelity Labs da Fidelity Investments, disse que há “uma relação muito clara” entre o trabalho em ciência de dados e os resultados dos negócios. Ela citou potenciais benefícios para os negócios que incluem maior ROI, crescimento de vendas, operações mais eficientes, tempo mais rápido para o mercado e maior engajamento e satisfação dos clientes.
De um modo geral, um dos maiores benefícios da ciência de dados é capacitar e facilitar uma melhor tomada de decisão. As organizações que investem em ciência de dados podem evidenciar resultados quantificáveis em suas decisões de negócios. Idealmente, essas decisões baseadas em dados levarão a um desempenho mais forte dos negócios, à redução de custos e a processos de negócios e fluxos de trabalho mais suaves.
Os benefícios específicos para os negócios da ciência de dados variam dependendo da empresa e da indústria. Em organizações voltadas para o cliente, por exemplo, a ciência de dados ajuda a identificar e refinar o público-alvo. Os departamentos de marketing e vendas podem minerar dados de clientes para melhorar as taxas de conversão e criar campanhas de marketing personalizadas e ofertas promocionais que produzam vendas mais altas.
Em outros casos, os benefícios incluem fraude reduzida, gerenciamento de riscos mais eficaz, negociação financeira mais rentável, aumento do tempo de atividade da manufatura, melhor desempenho da cadeia de suprimentos,proteções mais fortes de segurança cibernética e melhores resultados dos pacientes. A ciência de dados também permite a análise em tempo real dos dados à medida que são gerados, garantindo assim, os benefícios que a análise em tempo real proporciona, incluindo uma tomada de decisão mais rápida e maior agilidade nos negócios.Aplicações de ciência de dados e casos de uso
Aplicações comuns nas quais os cientistas de dados se envolvem incluem, modelagem preditiva, reconhecimento de padrões, detecção de anomalias, classificação, categorização e análise de sentimento, bem como desenvolvimento de tecnologias como motores de recomendação, sistemas de personalização e ferramentas de inteligência artificial (IA) como chatbots, veículos e máquinas autônomas.
Essas aplicações impulsionam uma grande variedade de casos de uso em organizações, incluindo as seguintes:
· análise do cliente
· detecção de fraude
· gerenciamento de riscos
· negociação de ações
· publicidade direcionada
· personalização do site
· atendimento ao cliente
· manutenção preditiva
· logística e gestão da cadeia de suprimentos
· reconhecimento de imagem
· reconhecimento de fala
· processamento de linguagem natural
· Segurança cibernética
· diagnóstico médico
Desafios na ciência de dados
A ciência de dados é inerentemente desafiadora devido à natureza avançada das análises que a envolvem. As vastas quantidades de dados que normalmente estão sendo analisados aumentam a complexidade e aumentam o tempo necessário para concluir projetos. Além disso, os cientistas de dados frequentemente trabalham com grupos de big data que podem conter uma variedade de dados estruturados, não estruturados e semiestruturados, complicando ainda mais o processo de análise.
Esses obstáculos estão entre os desafios enfrentados pelas equipes de ciência de dados.
Um dos maiores desafios é eliminar o viés em conjuntos de dados e aplicativos de análise. Isso inclui problemas com os dados subjacentes em si e aqueles que os cientistas de dados inconscientemente constroem em algoritmos e modelos preditivos. Tais vieses podem distorcer os resultados de análise se não forem identificados e abordados, criando descobertas falhas que levam a decisões de negócios equivocadas. Pior ainda, eles podem ter um impacto prejudicial sobre grupos de pessoas – por exemplo, no caso de preconceito racial nos sistemas de IA.
Encontrar os dados certos para analisar é outro desafio. Em relatório publicado em janeiro de 2020, o analista do Gartner Afraz Jaffri e quatro de seus colegas da consultoria também citaram a escolha das ferramentas certas, o gerenciamento de implantações de modelos analíticos, quantificando o valor dos negócios e mantendo modelos como obstáculos significativos.
O que os cientistas de dados fazem e quais habilidades eles precisam?
O principal papel dos cientistas de dados é analisar dados, muitas vezes grandes quantidades deles, em um esforço para encontrar informações úteis que possam ser compartilhadas com executivos corporativos, gerentes de negócios e trabalhadores, bem como funcionários do governo, médicos, pesquisadores e muitos outros. Os cientistas de dados também criam ferramentas e tecnologias de IA para implantação em várias aplicações. Em ambos os casos, eles coletam dados, desenvolvem modelos analíticos e, em seguida, treinam, testam e executam os modelos contra os dados.
Como resultado, os cientistas de dados devem possuir uma combinação de preparação de dados, mineração de dados, modelagem preditiva, aprendizado de máquina, análise estatística e habilidades matemáticas, bem como experiência com algoritmos e codificação — por exemplo, habilidades de programação em linguagens como Python, R e SQL. Muitos também são encarregados de criar visualizações de dados, dashboards e relatórios para ilustrar os resultados da análise.
Os cientistas de dados exigem uma variedade de atributos profissionais e pessoais.
Além dessas habilidades técnicas, os cientistas de dados exigem um conjunto de mais conhecimentos, incluindo conhecimento de negócios, curiosidade e pensamento crítico. Outra habilidade importante é a capacidade de apresentar insights de dados e explicar sua significância de uma forma fácil para os usuários de negócios entenderem. Isso inclui recursos de storytelling de dados para combinar visualizações de dados e texto narrativo em uma apresentação preparada.
Equipe de ciência de dados
Muitas organizações criaram uma equipe separada, ou várias equipes, para lidar com atividades de ciência de dados. Como explica a escritora de tecnologia Mary K. Pratt em um artigo sobre como criar uma equipe de ciência de dados, há mais em uma equipe eficaz do que os próprios cientistas de dados. Também pode incluir as seguintes posições:
. Engenheiro de dados. As responsabilidades incluem, a criação de pipelines de dados e a ajuda na elaboração de dados e implantação de modelos, trabalhando em estreita colaboração com cientistas de dados.
. Analista de dados. Esta é uma posição de nível inferior para profissionais de análise que não têm o nível de experiência ou habilidades avançadas que os cientistas de dados fazem.
· Engenheiro de aprendizagem de máquina. Este trabalho orientado à programação envolve o desenvolvimento dos modelos de aprendizado de máquina necessários para aplicações de ciência de dados.
· Desenvolvedor de visualização de dados. Essa pessoa trabalha com cientistas de dados para criar visualizações e dashboards usados para apresentar resultados de análise aos usuários de negócios.
. Tradutor de dados. Também chamado de tradutor de análise, é um papel emergente que serve como uma ligação com unidades de negócios, e, ajuda a planejar projetos e comunicar resultados.
· Arquiteto de dados. Um arquiteto de dados projeta e supervisiona a implementação dos sistemas subjacentes usados para armazenar e gerenciar dados para usos analíticos.
A equipe geralmente é dirigida por um Diretor de ciência de dados, gerente de ciência de dados ou cientista de dados líder, que pode reportar ao diretor de dados, diretor de análise ou vice-presidente de análise; o cientista de dados chefe é outra posição de gestão que surgiu em algumas organizações. Algumas equipes de ciência de dados são centralizadas no nível empresarial, enquanto outras são descentralizadas em unidades de negócios individuais ou têm uma estrutura híbrida que combina essas duas abordagens.Business intelligence vs. data science
Como ciência de dados, inteligência básica de negócios e relatórios, tem como objetivo ajudar a orientar a tomada de decisões operacionais e o planejamento estratégico. Mas o BI se concentra principalmente em análises descritivas: O que aconteceu ou está acontecendo agora que uma organização deve responder ou abordar? Analistas de BI e usuários de BI de autoatendimento trabalham principalmente com dados estruturados de transações extraídos de sistemas operacionais, limpos e transformados para torná-lo consistentes, e carregados em um Data Warehouse, ou Data Mart para análise. Monitorar o desempenho, os processos e tendências dos negócios, é um caso comum de uso de BI.
A ciência de dados envolve aplicações de análise mais avançadas. Além da análise descritiva, engloba análises preditivas que predizem comportamentos e eventos futuros, bem como análises prescritivas, que buscam determinar o melhor curso de ação para assumir o problema que está sendo analisado.
Tipos de dados não estruturados ou semiestruturados — por exemplo, arquivos de registro, dados de sensores e texto — são comuns em aplicativos de ciência de dados, juntamente com dados estruturados. Além disso, os cientistas de dados muitas vezes querem acessar dados brutos antes de serem limpos e consolidados para que possam analisar o conjunto de dados completo ou filtrar e prepará-los para usos de análises específicas. Como resultado, os dados brutos podem ser armazenados em uma base de dados baseado no Hadoop, um serviço de armazenamento de objetos em nuvem, um banco de dados NoSQL ou outra plataforma de big data.Tecnologias, técnicas e métodos de ciência de dados.
A ciência de dados depende fortemente de algoritmos de aprendizagem de máquina. O aprendizado de máquina é uma forma de análise avançada na qual os algoritmos aprendem sobre conjuntos de dados e, em seguida, procuram padrões, anomalias ou insights neles. Ele usa uma combinação de métodos de aprendizagem supervisionados, não supervisionados, semi-supervisionados e reforçados, com algoritmos recebendo diferentes níveis de treinamento e supervisão de cientistas de dados.
Há também o deep learning, um desdobramento mais avançado do aprendizado de máquina que usa principalmente redes neurais artificiais para analisar grandes conjuntos de dados não rotulados..
Modelo preditivo é outra tecnologia central de ciência de dados. Os cientistas de dados os criam executando aprendizado de máquina, mineração de dados ou algoritmos estatísticos contra conjuntos de dados para prever cenários de negócios e resultados ou comportamentos prováveis. Na modelagem preditiva e em outros aplicativos avançados de análise, a amostragem de dados é frequentemente feita para analisar um subconjunto representativo de dados, uma técnica de mineração de dados projetada para tornar o processo de análise mais gerenciável e menos demorado.
Técnicas estatísticas e analíticas comuns utilizadas em projetos de ciência de dados incluem:
· classificação, que separa os elementos em um conjunto de dados em diferentes categorias;
· regressão, que traça os valores ideais das variáveis de dados relacionadas em uma linha ou plano;
· clustering, que agrupa pontos de dados com uma afinidade ou atributos compartilhados. Ferramentas e plataformas de ciência de dados
Inúmeras ferramentas estão disponíveis para os cientistas de dados usarem no processo de análise, incluindo opções comerciais e de código aberto:
· plataformas de dados e mecanismos de análise, como bancos de dados Spark, Hadoop e NoSQL;
· linguagens de programação, como Python, R, Julia, Scala e SQL;
· ferramentas de análise estatística como SAS e IBM SPSS;
· plataformas de aprendizado de máquina e bibliotecas, incluindo TensorFlow, Weka, Scikit-learn, Keras e PyTorch;
· Jupyter Notebook, um aplicativo web para compartilhar documentos com código, equações e outras informações;
· ferramentas de visualização de dados e bibliotecas, como Tableau, D3.js e Matplotlib.
Além disso, os fornecedores de software oferecem um conjunto diversificado de plataformas de ciência de dados com diferentes recursos e funcionalidades. Isso inclui plataformas de análise para cientistas de dados qualificados, plataformas automatizadas de aprendizado de máquina que também podem ser usadas por cientistas de dados, hubs de fluxo de trabalho e colaboração para equipes de ciência de dados. A lista de fornecedores inclui Alteryx, AWS, Databricks, Dataiku, DataRobot, Domino Data Lab, Google, H2O.ai, IBM, Knime, MathWorks, Microsoft, RapidMiner, SAS Institute, Tibco Software e outros.Carreiras em ciência de dados
À medida que a quantidade de dados gerados e coletados pelas empresas aumenta, também aumenta a necessidade de cientistas de dados. Isso tem despertado alta demanda por trabalhadores com experiência em ciência de dados ou treinamento, dificultando o preenchimento de vagas disponíveis em algumas empresas.
Em uma pesquisa realizada em 2020 pela subsidiária Kaggle do Google, que administra uma comunidade online para cientistas de dados, 51% dos 2.675 entrevistados empregados como cientistas de dados disseram ter algum tipo de mestrado, enquanto 24% tinham um bacharelado e 17% tinham doutorado. Muitas universidades agora oferecem programas de graduação e pós-graduação em ciência de dados, o que pode ser um caminho direto para os empregos.
Um caminho alternativo de carreira é que as pessoas que trabalham em outras funções sejam retreinadas como cientistas de dados — uma opção popular para organizações que têm dificuldade em encontrar experientes. Além de programas acadêmicos, os potenciais cientistas de dados podem participar de bootcamps de ciência de dados e cursos online em sites educacionais como Coursera e Udemy. Vários fornecedores e grupos do setor também oferecem cursos e certificações de ciência de dados, e testes on-line de ciência de dados podem testar e fornecer conhecimentos básicos.
A partir de dezembro de 2020, o site de pesquisa de empregos glassdoor e análises da empresa listou um salário base médio de US $ 113.000 para cientistas de dados nos EUA, com uma faixa de US $ 83.000 a US $ 154.000; o salário médio de um cientista de dados sênior foi de US $ 134.000. No site de empregos Indeed, os salários médios foram de US$ 123.000 para um cientista de dados e US$ 153.000 para um cientista de dados sênior.Como as indústrias dependem da ciência de dados
Antes de se tornarem fornecedores de tecnologia, o Google e a Amazon eram os primeiros usuários de ciência de dados e análise de big data para aplicações internas, juntamente com outras empresas de internet e comércio eletrônico como Facebook, Yahoo e eBay. Agora, a ciência de dados é difundida em organizações de todos os tipos. Aqui estão alguns exemplos de como ele é usado em diferentes indústrias:
· O entretenimento. A ciência de dados permite que os serviços de streaming rastreiem e analisem o que os usuários assistem o que ajuda a determinar os novos programas de TV e filmes que produzem. Algoritmos baseados em dados também são usados para criar recomendações personalizadas com base no histórico de visualização de um usuário.
· Serviços financeiros. Bancos e empresas de cartão de crédito mineram e analisam dados para detectar transações fraudulentas, gerenciar riscos financeiros em empréstimos e linhas de crédito e avaliar carteiras de clientes para identificar oportunidades de venda.
· Saúde. Hospitais e outros prestadores de serviços de saúde usam modelos de aprendizagem de máquina e componentes adicionais de ciência de dados para automatizar a análise de raios-X e auxiliar os médicos no diagnóstico de doenças e no planejamento de tratamentos com base nos resultados anteriores dos pacientes.
· Fabricação. Os usos de ciência de dados nos fabricantes incluem a otimização do gerenciamento e distribuição da cadeia de suprimentos, além de manutenção preditiva para detectar possíveis falhas de equipamentos nas plantas antes que elas ocorram.
· No varejo. Os varejistas analisam o comportamento do cliente e os padrões de compra para impulsionar recomendações personalizadas de produtos e publicidade direcionada, marketing e promoções. A ciência de dados também os ajuda a gerenciar os estoques de produtos e suas cadeias de suprimentos para manter os itens em estoque.
· O transporte. Empresas de entrega, cargueiros e prestadores de serviços logísticos usam data science para otimizar rotas e horários de entrega, bem como os melhores modos de transporte para embarques.
· Viajar, viajar. A ciência de dados auxilia as companhias aéreas com o planejamento de voo para otimizar rotas, agendamento de tripulação e cargas de passageiros. Algoritmos também impulsionam preços variáveis para voos e quartos de hotel.
Outros usos de ciência de dados, em áreas como cibersegurança, atendimento ao cliente e gestão de processos de negócios, são comuns em diferentes setores. Um exemplo deste último é auxiliar no recrutamento de funcionários e aquisição de talentos
A Analytics pode identificar características comuns dos melhores desempenhos, medir o quão eficazes são as postagens de emprego e fornecer outras informações para ajudar no processo de contratação. História da ciência de dados
Em um artigo publicado em 1962, o estatístico americano John W. Tukey escreveu que a análise de dados “é intrinsecamente uma ciência empírica”. Quatro anos depois, Peter Naur, um pioneiro da programação de software dinamarquês, propôs a datalogia – “a ciência dos processos de dados e dados” – como uma alternativa à ciência da computação. Mais tarde, ele usou o termo ciência de dados em seu livro de 1974, Concise Survey of Computer Methods, descrevendo-o como “a ciência de lidar com dados” – embora novamente no contexto da ciência da computação, não de análise.
Em 1996, a Federação Internacional das Sociedades de Classificação incluiu ciência de dados em nome da conferência realizada naquele ano. Em uma apresentação no evento, o estatístico japonês Chikio Hayashi disse que a ciência de dados inclui três fases: “design de dados, coleta de dados e análise de dados”. Um ano depois, C. F. Jeff Wu, um professor universitário nos EUA que nasceu em Taiwan, propôs que as estatísticas fossem renomeadas para ciência de dados e que os estatísticos fossem chamados de cientistas de dados.
O cientista da computação americano William S. Cleveland esboçou a ciência de dados como uma disciplina de análise completa em um artigo intitulado “Data Science: An Action Plan for Expanding the Technical Areas of Statistics”, publicado em 2001 na International Statistical Review. Duas revistas de pesquisa focadas em ciência de dados foram lançadas nos próximos dois anos.
O primeiro uso de cientista de dados como um título de trabalho profissional é creditado ao DJ Patil e Jeff Hammerbacher, que decidiram adotá-lo em 2008 enquanto trabalhava no LinkedIn e facebook, respectivamente. Em 2012, um artigo da Harvard Business Review escrito por Patil e pelo acadêmico americano Thomas Davenport chamou o cientista de dados de “o trabalho mais sexy do século 21”.Desde então, a ciência de dados continuou a crescer em destaque, alimentada em parte pelo aumento do uso de IA e machine learning nas organizações.Futuro da ciência de dados
À medida que a ciência de dados se torna ainda mais prevalente nas organizações, espera-se que os cientistas de dados assumam um papel maior no processo de análise. Em seu relatório do Quadrante Mágico de 2020 sobre ciência de dados e plataformas de aprendizado de máquina, o Gartner disse que a necessidade de apoiar um amplo conjunto de usuários de ciência de dados é “cada vez mais a norma”. Um resultado provável é o aumento do uso de aprendizado de máquina automatizado, inclusive por cientistas de dados qualificados que procuram agilizar e acelerar seu trabalho.
O Gartner também citou o surgimento de operações de machine learning (MLOps), um conceito que adapta as práticas do DevOps a partir do desenvolvimento de software, em um esforço para gerenciar melhor o desenvolvimento, implantação e manutenção de modelos de aprendizado de máquina. Os métodos e ferramentas MLOps visam criar fluxos de trabalho padronizados para que os modelos possam ser programados, construídos e colocados em produção de forma mais eficiente.
Outras tendências que afetarão o trabalho dos cientistas de dados no futuro incluem o aumento da demanda por IA explicável, que fornece informações para ajudar as pessoas a entender como a IA e os modelos de aprendizado de máquina funcionam e quanto confiar em suas descobertas na tomada de decisões, e um foco relacionado em princípios de IA responsáveis projetados para garantir que as tecnologias de IA sejam justas, imparciais e transparentes.
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