Mémoire (M. Ed.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1989. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Ed.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1996? / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (M.A.) -- Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 74-81. Publié aussi en version électronique.

L'apprentissage actif apparaît comme un problème important dans différents contextes de l'apprentissage supervisé pour lesquels obtenir des données est une tâche aisée mais les étiqueter est coûteux. En règle générale, c’est une stratégie de requête, une heuristique gloutonne basée sur un critère de sélection qui recherche les données non étiquetées potentiellement les plus intéressantes pour former ainsi un ensemble d'apprentissage. Une stratégie de requête est donc une procédure d'échantillonnage biaisée puisqu'elle favorise systématiquement certaines observations s'écartant ainsi des modèles d'échantillonnages indépendants et identiquement distribués. L'hypothèse principale de cette thèse s'inscrit dans la réduction du biais introduit par le critère de sélection. La proposition générale consiste à réduire le biais en sélectionnant le sous-ensemble minimal d'apprentissage pour lequel l'estimation de la loi de probabilité est aussi proche que possible de la loi sous-jacente prenant en compte l’intégralité des observations. Pour ce faire, une nouvelle stratégie générale de requête pour l'apprentissage actif a été mise au point utilisant la théorie de l'Information. Les performances de la stratégie de requête proposée ont été évaluées sur des données réelles et simulées. Les résultats obtenus confirment l'hypothèse sur le biais et montrent que l'approche envisagée améliore l'état de l'art sur différents jeux de données. / Active Learning arises as an important issue in several supervised learning scenarios where obtaining data is cheap, but labeling is costly. In general, this consists in a query strategy, a greedy heuristic based on some selection criterion, which searches for the potentially most informative observations to be labeled in order to form a training set. A query strategy is therefore a biased sampling procedure since it systematically favors some observations by generating biased training sets, instead of making independent and identically distributed draws. The main hypothesis of this thesis lies in the reduction of the bias inherited from the selection criterion. The general proposal consists in reducing the bias by selecting the minimal training set from which the estimated probability distribution is as close as possible to the underlying distribution of overall observations. For that, a novel general active learning query strategy has been developed using an Information-Theoretic framework. Several experiments have been performed in order to evaluate the performance of the proposed strategy. The obtained results confirm the hypothesis about the bias, showing that the proposal outperforms the baselines in different datasets.

L'objectif principal ce travail de thèse est la reconnaissance visuelle pour un robot mobile dans des conditions difficiles. En particulier nous nous intéressons aux réseaux de neurones qui présentent aujourd'hui les meilleures performances en vision par ordinateur. Nous avons étudié le principe de sélection de méthodes pour la classification d'images 2D en utilisant un réseau de neurones sélecteur pour choisir le meilleur classifieur disponible étant donnée la situation observée. Cette stratégie fonctionne lorsque les données peuvent être facilement partitionnées vis-à-vis des classifieurs disponibles, ce qui est le cas quand des modalités complémentaires sont utilisées. Nous avons donc utilisé des données RGB-D (2.5D) en particulier appliquées à la détection de personnes. Nous proposons une combinaison de réseaux de neurones détecteurs indépendants propres à chaque modalité (couleur & carte de profondeur) basés sur une même architecture (le Faster RCNN). Nous partageons des résultats intermédiaires des détecteurs pour leur permettre de se compléter et d'améliorer la performance globale en situation difficile (perte de luminosité ou bruit d'acquisition de la carte de profondeur). Nous établissons un nouvel état de l'art dans le domaine et proposons un jeu de données plus complexe et plus riche à la communauté (ONERA.ROOM). Enfin, nous avons fait usage de l'information 3D contenue dans les images RGB-D au travers d'une méthode multi-vue. Nous avons défini une stratégie de génération de vues virtuelles 2D cohérentes avec la structure 3D. Pour une tâche de segmentation sémantique, cette approche permet d'augmenter artificiellement les données d'entraînement pour chaque image RGB-D et d'accumuler différentes prédictions lors du test. Nous obtenons de nouveaux résultats de référence sur les jeux de données SUNRGBD et NYUDv2. Ces travaux de thèse nous ont permis d'aborder de façon originale des données robotiques 2D, 2.5D et 3D avec des réseaux de neurones. Que ce soit pour la classification, la détection et la segmentation sémantique, nous avons non seulement validé nos approches sur des jeux de données difficiles, mais également amené l'état de l'art à un nouveau niveau de performance. / The main objective of this thesis is visual recognition for a mobile robot in difficult conditions. We are particularly interested in neural networks which present today the best performances in computer vision. We studied the concept of method selection for the classification of 2D images by using a neural network selector to choose the best available classifier given the observed situation. This strategy works when data can be easily partitioned with respect to available classifiers, which is the case when complementary modalities are used. We have therefore used RGB-D data (2.5D) in particular applied to people detection. We propose a combination of independent neural network detectors specific to each modality (color & depth map) based on the same architecture (Faster RCNN). We share intermediate results of the detectors to allow them to complement and improve overall performance in difficult situations (luminosity loss or acquisition noise of the depth map). We are establishing new state of the art scores in the field and propose a more complex and richer data set to the community (ONERA.ROOM). Finally, we made use of the 3D information contained in the RGB-D images through a multi-view method. We have defined a strategy for generating 2D virtual views that are consistent with the 3D structure. For a semantic segmentation task, this approach artificially increases the training data for each RGB-D image and accumulates different predictions during the test. We obtain new reference results on the SUNRGBD and NYUDv2 datasets. All these works allowed us to handle in an original way 2D, 2.5D and 3D robotic data with neural networks. Whether for classification, detection and semantic segmentation, we not only validated our approaches on difficult data sets, but also brought the state of the art to a new level of performance.

Le présent mémoire avait pour but de faire la synthèse des connaissances sur l’acquisition d’habiletés cognitives et de développer une nouvelle tâche qui permettrait l’étude des différents processus d’apprentissage impliqués dans ce type de mémoire. Pour ce faire, deux études utilisant deux schèmes expérimentaux différents chez des sujets sains volontaires ont été complétées à l’aide d’une version informatisée de la tâche de la Tour de Londres. Ces études avaient pour objectifs (1) d’examiner le cours de l’apprentissage, par la pratique, d’une nouvelle habileté de résolution de problèmes, (2) de tenter de caractériser les processus qui sous-tendent l’apprentissage de ce type d’habileté et (3) de démontrer qu’un apprentissage spécifique des procédures associées à la résolution de problèmes répétés peut être dissocié d’un apprentissage général des stratégies utilisées pour résoudre cette tâche. Dans l’ensemble, les sujets ont montré une amélioration significative de leur performance avec la pratique suggérant que cette nouvelle version du Test de la Tour de Londres constitue un bon outil pour mesurer l’apprentissage d’une habileté cognitive. Les résultats démontrent également que l’amélioration observée à cette épreuve est associée à une accélération de la phase de réflexion ou de planification au début de chaque essai, ainsi qu'à une mise en place et un contrôle plus efficaces des opérations nécessaires à l’exécution des solutions. Enfin, les résultats révèlent que les sujets ont développé un apprentissage spécifique aux procédures des problèmes répétés, au-delà de l’apprentissage général à la tâche acquis par la pratique à des problèmes différents.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Cette thèse traite des domaines suivant en Apprentissage Automatique: la théorie des Bandits, l'Apprentissage statistique et l'Apprentissage par renforcement. Son fil rouge est l'étude de plusieurs notions d'adaptation, d'un point de vue non asymptotique : à un environnement ou à un adversaire dans la partie I, à la structure d'un signal dans la partie II, à la structure de récompenses ou à un modèle des états du monde dans la partie III. Tout d'abord nous dérivons une analyse non asymptotique d'un algorithme de bandit à plusieurs bras utilisant la divergence de Kullback-Leibler. Celle-ci permet d'atteindre, dans le cas de distributions à support fini, la borne inférieure de performance asymptotique dépendante des distributions de probabilité connue pour ce problème. Puis, pour un bandit avec un adversaire possiblement adaptatif, nous introduisons des modèles dépendants de l'histoire et traduisant une possible faiblesse de l'adversaire et montrons comment en tirer parti pour concevoir des algorithmes adaptatifs à cette faiblesse. Nous contribuons au problème de la régression en montrant l'utilité des projections aléatoires, à la fois sur le plan théorique et pratique, lorsque l'espace d'hypothèses considéré est de dimension grande, voire infinie. Nous utilisons également des opérateurs d'échantillonnage aléatoires dans le cadre de la reconstruction parcimonieuse lorsque la base est loin d'être orthogonale. Enfin, nous combinons la partie I et II : pour fournir une analyse non-asymptotique d'algorithmes d'apprentissage par renforcement; puis, en amont du cadre des Processus Décisionnel de Markov, pour discuter du problème pratique du choix d'un bon modèle d'états. / This thesis studies the following topics in Machine Learning: Bandit theory, Statistical learning and Reinforcement learning. The common underlying thread is the non-asymptotic study of various notions of adaptation : to an environment or an opponent in part I about bandit theory, to the structure of a signal in part II about statistical theory, to the structure of states and rewards or to some state-model of the world in part III about reinforcement learning. First we derive a non-asymptotic analysis of a Kullback-Leibler-based algorithm for the stochastic multi-armed bandit that enables to match, in the case of distributions with finite support, the asymptotic distribution-dependent lower bound known for this problem. Now for a multi-armed bandit with a possibly adaptive opponent, we introduce history-based models to catch some weakness of the opponent, and show how one can benefit from such models to design algorithms adaptive to this weakness. Then we contribute to the regression setting and show how the use of random matrices can be beneficial both theoretically and numerically when the considered hypothesis space has a large, possibly infinite, dimension. We also use random matrices in the sparse recovery setting to build sensing operators that allow for recovery when the basis is far from being orthogonal. Finally we combine part I and II to first provide a non-asymptotic analysis of reinforcement learning algorithms such as Bellman-residual minimization and a version of Least-squares temporal-difference that uses random projections and then, upstream of the Markov Decision Problem setting, discuss the practical problem of choosing a good model of states.

Dans cette thèse nous étudions différentes généralisations du problème dit « du bandit manchot ». Le problème du bandit manchot est un problème de décision séquentiel au cours duquel un agent sélectionne successivement des actions et obtient une récompense pour chacune d'elles. On fait généralement l'hypothèse que seule la récompense associée à l'action choisie est observée par l'agent, ce dernier ne reçoit aucune information sur les actions non choisies. Cette hypothèse s'avère parfois très restrictive pour certains problèmes très structurés tels que les systèmes de recommandations, la publicité en ligne, le routage de paquets, etc. Il paraît assez naturel de tenir compte de la connaissance de la structure du problème pour améliorer les performances des algorithmes d'apprentissage usuels. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les problèmes de bandits présentant une structure pouvant être modélisée par un graphe dont les nœuds représentent les actions. Dans un premier temps, nous étudierons le cas où les arêtes du graphe modélisent les similitudes entre actions. Dans un second temps, nous analyserons le cas où l'agent observe les récompenses de toutes les actions adjacentes à l'action choisie dans le graphe. Notre contribution principale a été d'élaborer de nouveaux algorithmes permettant de traiter efficacement les problèmes évoqués précédemment, et de démontrer théoriquement et empiriquement le bon fonctionnement de ces algorithmes. Nos travaux nous ont également amenés à introduire de nouvelles grandeurs, telles que la dimension effective et le nombre d'indépendance effectif, afin de caractériser la difficulté des différents problèmes. / This thesis studies several extensions of multi-armed bandit problem, where a learner sequentially selects an action and obtain the reward of the action. Traditionally, the only information the learner acquire is about the obtained reward while information about other actions is hidden from the learner. This limited feedback can be restrictive in some applications like recommender systems, internet advertising, packet routing, etc. Usually, these problems come with structure, similarities between users or actions, additional observations, or any additional assumptions. Therefore, it is natural to incorporate these assumptions to the algorithms to improve their performance. This thesis focuses on multi-armed bandit problem with some underlying structure usually represented by a graph with actions as vertices. First, we study a problem where the graph captures similarities between actions; connected actions tend to grand similar rewards. Second, we study a problem where the learner observes rewards of all the neighbors of the selected action. We study these problems under several additional assumptions on rewards (stochastic, adversarial), side observations (adversarial, stochastic, noisy), actions (one node at the time, several nodes forming a combinatorial structure in the graph). The main contribution of this thesis is to design algorithms for previously mentioned problems together with theoretical and empirical guaranties. We also introduce several novel quantities, to capture the difficulty of some problems, like effective dimension and effective independence number.

Texte remanié de: Thèse de doctorat--Sciences de l'éducation--Strasbourg--Université Louis Pasteur, 2003. Texte remanié de: Ph. D.--Andragogie--Montréal, 2003. / Bibliogr. p. 293-327. Index.