La classification se base sur un jeu de données étiquetées par un expert. Plus le jeu de données est grand, meilleure est la performance de classification. Pourtant, la requête à un expert peut parfois être coûteuse. Le but de l'apprentissage actif est alors de minimiser le nombre de requêtes à l'expert. La collection des données non-étiquetées reste aisée cependant et illimitée, il est donc nécessaire de faire un choix sur les données à annoter, l'idée est alors de profiter de ce choix pour maximiser les performances en ne lui fournissant que les données les plus informatives à étiqueter. Pourtant, le niveau d'informativité de chaque donnée ne peut pas être calculé exactement et ne peut être estimé qu'à une incertitude près. Améliorer la précision de l'estimation nécessite d'annoter de nouvelles données. Il y a donc un dilemme entre utiliser le budget d'annotations disponible pour améliorer la performance du classifieur selon l'estimation actuelle du critère ou pour améliorer la précision sur le critère. Ce dilemme est bien connu dans le cadre de l'optimisation en budget fini sous le nom de dilemme entre exploration et exploitation. Les solutions usuelles pour résoudre ce dilemme dans ce contexte font usage du principe d'Optimisme Face à l'Incertitude. Dans cette thèse, nous montrons donc qu'il est possible d'adapter ce principe au problème d'apprentissage actif pour la classification. Pour cela, plusieurs algorithmes ont été être développés pour des classifieurs de complexité croissante, chacun utilisant le principe de l'Optimisme Face à l'Incertitude, et leurs résultats ont été évalués empiriquement / A Classification problem makes use of a training set consisting of data labeled by an oracle. The larger the training set, the best the performance. However, requesting the oracle may be costly. The goal of Active Learning is thus to minimize the number of requests to the oracle while achieving the best performance. To do so, the data that are presented to the oracle must be carefully selected among a large number of unlabeled instances acquired at no cost. However, the true profitability of labeling a particular instance may not be known perfectly. It can therefore be estimated along with a measure of uncertainty. To Increase the precision on the estimate, we need to label more data. Thus, there is a dilemma between labeling data in order to increase the performance of the classifier or to better know how to select data. This dilemma is well studied in the context of finite budget optimization under the name of exploration versus exploitation dilemma. The most famous solutions make use of the principle of Optimism in the Face of Uncertainty. In this thesis, we show that it is possible to adapt this principle to the active learning problem for classification. Several algorithms have been developed for classifiers of increasing complexity, each one of them using the principle of Optimism in the Face of Uncertainty, and their performances have been empirically evaluated

Dans cette thèse, nous avons étudié les problèmes de décisions séquentielles, avec comme application la gestion de stocks d'énergie. Traditionnellement, ces problèmes sont résolus par programmation dynamique stochastique. Mais la grande dimension, et la non convexité du problème, amènent à faire des simplifications sur le modèle pour pouvoir faire fonctionner ces méthodes.Nous avons donc étudié une méthode alternative, qui ne requiert pas de simplifications du modèle: Monte Carlo Tree Search (MCTS). Nous avons commencé par étendre le MCTS classique (qui s’applique aux domaines finis et déterministes) aux domaines continus et stochastiques. Pour cela, nous avons utilisé la méthode de Double Progressive Widening (DPW), qui permet de gérer le ratio entre largeur et profondeur de l’arbre, à l’aide de deux méta paramètres. Nous avons aussi proposé une heuristique nommée Blind Value (BV) pour améliorer la recherche de nouvelles actions, en utilisant l’information donnée par les simulations passées. D’autre part, nous avons étendu l’heuristique RAVE aux domaines continus. Enfin, nous avons proposé deux nouvelles méthodes pour faire remonter l’information dans l’arbre, qui ont beaucoup amélioré la vitesse de convergence sur deux cas tests.Une part importante de notre travail a été de proposer une façon de mêler MCTS avec des heuristiques rapides pré-existantes. C’est une idée particulièrement intéressante dans le cas de la gestion d’énergie, car ces problèmes sont pour le moment résolus de manière approchée. Nous avons montré comment utiliser Direct Policy Search (DPS) pour rechercher une politique par défaut efficace, qui est ensuite utilisée à l’intérieur de MCTS. Les résultats expérimentaux sont très encourageants.Nous avons aussi appliqué MCTS à des processus markoviens partiellement observables (POMDP), avec comme exemple le jeu de démineur. Dans ce cas, les algorithmes actuels ne sont pas optimaux, et notre approche l’est, en transformant le POMDP en MDP, par un changement de vecteur d’état.Enfin, nous avons utilisé MCTS dans un cadre de méta-bandit, pour résoudre des problèmes d’investissement. Le choix d’investissement est fait par des algorithmes de bandits à bras multiples, tandis que l’évaluation de chaque bras est faite par MCTS.Une des conclusions importantes de ces travaux est que MCTS en continu a besoin de très peu d’hypothèses (uniquement un modèle génératif du problème), converge vers l’optimum, et peut facilement améliorer des méthodes suboptimales existantes. / In this thesis, we study sequential decision making problems, with a focus on the unit commitment problem. Traditionally solved by dynamic programming methods, this problem is still a challenge, due to its high dimension and to the sacrifices made on the accuracy of the model to apply state of the art methods. We investigate on the applicability of Monte Carlo Tree Search methods for this problem, and other problems that are single player, stochastic and continuous sequential decision making problems. We started by extending the traditional finite state MCTS to continuous domains, with a method called Double Progressive Widening (DPW). This method relies on two hyper parameters, and determines the ratio between width and depth in the nodes of the tree. We developed a heuristic called Blind Value (BV) to improve the exploration of new actions, using the information from past simulations. We also extended the RAVE heuristic to continuous domain. Finally, we proposed two new ways of backing up information through the tree, that improved the convergence speed considerably on two test cases.An important part of our work was to propose a way to mix MCTS with existing powerful heuristics, with the application to energy management in mind. We did so by proposing a framework that allows to learn a good default policy by Direct Policy Search (DPS), and to include it in MCTS. The experimental results are very positive.To extend the reach of MCTS, we showed how it could be used to solve Partially Observable Markovian Decision Processes, with an application to game of Mine Sweeper, for which no consistent method had been proposed before.Finally, we used MCTS in a meta-bandit framework to solve energy investment problems: the investment decision was handled by classical bandit algorithms, while the evaluation of each investment was done by MCTS.The most important take away is that continuous MCTS has almost no assumption (besides the need for a generative model), is consistent, and can easily improve existing suboptimal solvers by using a method similar to what we proposed with DPS.