Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La modélisation des préférences par le biais de formalismes de représentation compacte fait l'objet de travaux soutenus en intelligence artificielle depuis plus d'une quinzaine d'années. Ces formalismes permettent l'expression de modèles suffisamment flexibles et riches pour décrire des comportements de décision complexes. Pour être intéressants en pratique, ces formalismes doivent de plus permettre l'élicitation des préférences de l'utilisateur, et ce en restant à un niveau admissible d'interaction. La configuration de produits combinatoires dans sa version business to customer et la recherche à base de préférences constituent de bons exemples de ce type de problème de décision où les préférences de l'utilisateur ne sont pas connues a priori. Dans un premier temps, nous nous sommes penchés sur l'apprentissage de GAI-décompositions. Nous verrons qu'il est possible d'apprendre une telle représentation en temps polynomial en passant par un système d'inéquations linéaires. Dans un second temps, nous proposerons une version probabiliste des CP-nets permettant la représentation de préférences multi-utilisateurs afin de réduire le temps nécessaire à l'apprentissage des préférences d'un utilisateur. Nous étudierons les différentes requêtes que l'on peut utiliser avec une telle représentation, puis nous nous pencherons sur la complexité de ces requêtes. Enfin, nous verrons comment apprendre ce nouveau formalisme, soit grâce à un apprentissage hors ligne à partir d'un ensemble d'objets optimaux, soit grâce à un apprentissage en ligne à partir d'un ensemble de questions posées à l'utilisateur. / --

Dans un contexte de préoccupation croissante pour le défi environnemental, l'objectif de cette thèse est d'apporter quelques pistes de réflexion sur les liens entre incitations et les préférences sociales dans un contexte de choix impliquant des conséquences environnementales. Le chapitre 1 constitue une introduction générale au contexte de notre _étude. Le chapitre 2 vise à fournir un aperçu de la recherche expérimentale étudiant le comportement environnemental dans les disciplines de l'_économie et la psychologie expérimentales. Grâce à un inventaire thématique bibliographique des expériences publiées, nous indentions les principaux déterminants du comportement pro-environnemental et nous décrivons l'évolution de ces études au fil du temps. Le chapitre 3 adapte un jeu de bien public (PGG) à la question de la gestion des déchets. Poursuivant le but de réduction des émissions de gaz à effet de serre, les décideurs conçoivent différents types d'incitations pour agir sur les comportements individuels. Dans notre expérience, les acteurs doivent coopérer afin de réduire le coût du traitement du tri des déchets, ce dernier modélisé au moyen d'un taux d'imposition variable. Les résultats montrent que le conseil, la sanction et la menace de sanction augmentent considérablement la coopération, avec un effet disciplinant plus fort pour la sanction. Le chapitre 4 considère la nature de l'expression des préférences des individus. Ce chapitre étudie la relation entre les préférences sociales et la contribution attentionnelle dans un environnement pro-social. A cette fin, nous présentons une nouvelle expérience où les sujets investissent une réelle attention pour exprimer leurs préférences, puis nous comparons une incitation du type égoïste à une autre pro-sociale. Les résultats montrent que les deux incitations augmentent l'attention accordée. De plus, contrairement aux enseignements de la théorie économique standard, nous trouvons que les préférences sociales des sujets n'expliquent pas la contribution attentionnelle dans un environnement pro-social. / In the context of growing concern for the environmental challenge, the objective of this thesis is to bring some insights on possible links between incentives, social preferences and the environmental context. Chapter 1 is a general introduction. Chapter 2 provides a survey of the experimental research disciplines studying Pro-Environmental Behavior both in the discipline of Economics and Psychology. Thanks to a thematic inventory of the published experiments, we identify the main determinants of Pro-Environmental Behaviors investigated in economics and psychology. Moreover, we provide a statistical description of studies evolution in time. Chapter 3 adapts a public good game to waste management issue. In the context of greenhouse gases emissions reduction, policy makers design different types of incentives to act on individual behaviors. In the experiment, the players have to cooperate in order to reduce the cost of waste sorting treatment. We compare the impact of a sanctioning tax with the impact of a nudge in the form of a third party advice. Results show that advice, sanction and the threat of sanction significantly increase cooperation, with a stronger disciplinary effect for the applied sanction. Chapter 4 considers the nature of individuals' preferences expression, namely a monetary salient effort and an attentional effort. In this chapter we investigate the relation between social preferences and attentional contribution in a pro-social environment. For this purpose, we present a new experiment where subjects have to invest real attention, then we compare a selfish and prosocial incentives. The results show that both incentives increase allocated attention. Moreover, in contradiction with economic theory, we find that subjects' social preferences failed to explain attentional contribution in pro-social environments.

L’utilisation de préférences suscite un intérêt croissant pour personnaliser des réponses aux requêtes et effectuer des recommandations ciblées. Pourtant, la construction manuelle de profils de préférences reste à la fois complexe et consommatrice de temps. Dans ce contexte, nous présentons dans cette thèse une nouvelle méthode automatique d’extraction de préférences basée sur des techniques de fouille de données. L’approche que nous proposons est constituée de deux phases : (1) une phase d’extraction de toutes les règles de préférences contextuelles intéressantes et (2) une phase de construction du profil utilisateur. A la fin de la première phase, nous constatons qu’il y a des règles redondantes voir superflues ; la seconde phase permet d’éliminer les règles superflues afin d’avoir un profil concis et consistant. Dans notre approche, un profil utilisateur est constitué de cet ensemble de règles de préférences contextuelles résultats de la seconde phase. La consistance garantit que les règles de préférences spécifiant les profils sont en accord avec un grand nombre de préférences utilisateur et contredisent un petit nombre d’entre elles. D’autre part, la concision implique que les profils sont constitués d’un petit nombre de règles de préférences. Nous avons aussi proposé quatre méthodes de prédiction qui utilisent les profils construits. Nous avons validé notre approche sur une base de données de films construite à partir de MovieLens et IMDB. La base de données contient 3 881 films notés par 6 040 utilisateurs. Ces derniers ont attribué 800 156 notes. Les résultats de ces expériences démontrent que la concision des profils utilisateurs est contrôlée par le seuil d’accord minimal et que même avec une forte réduction du nombre de règles, les qualités de prédiction des profils restent à un niveau acceptable. En plus des expérimentations montrant la qualité de prédiction de notre approche, nous avons montré également que les performances de notre approche peuvent rivaliser avec les qualités de prédiction de certaines méthodes de l’état de l’art, en particulier SVMRank. / The use of preferences arouses a growing interest to personalize response to requests and making targeted recommandations. Nevertheless, manual construction of preferences profiles remains complex and time-consuming. In this context, we present in this thesis a new automatic method for preferences elicitation based on data mining techniques. Our proposal is a two phase algorithm : (1) Extracting all contextual preferences rules from a set of user preferences and (2) Building user profile. At the end of the first phase, we notice that there is to much preference rules which satisfy the fixed constraints then in the second phase we eliminate the superfluous preferences rules. In our approach a user profile is constituted by the set of contextual preferences rules resulting of the second phase. A user profile must satisfy conciseness and soundness properties. The soundness property guarantees that the preference rules specifying the profiles are in agreement with a large set of the user preferences, and contradict a small number of them. On the other hand, conciseness implies that profiles are small sets of preference rules. We also proposed four predictions methods which use the extracted profiles. We validated our approach on a set of real-world movie rating datasets built from MovieLens and IMDB. The whole movie rating database consists of 800,156 votes from 6,040 users about 3,881 movies. The results of these experiments demonstrates that the conciseness of user profiles is controlled by the minimal agreement threshold and that even with strong reduction, the soundness of the profile remains at an acceptable level. These experiment also show that predictive qualities of some of our ranking strategies outperform SVMRank in several situations.

La théorie de l’utilité actualisée proposée par Samuelson (1937) est un des paradigmes dominants en économie et en gestion particulièrement en finance où elle sert de socle, entre autres, au Modèle Intertemporel d’Equilibre des Actifs (ICAPM) et à sa version incluant la consommation (ICCAPM). En dépit de cette place, sa validité pour expliquer les préférences temporelles des individus a été questionnée dans des travaux de recherche récents ouvrant la voie à des amendements et à la remise en cause de ce cadre d’analyse. Ces travaux ont introduit, entre autres, le concept de structure par terme du taux d’escompte psychologique. La littérature a proposé sept alternatives à la fonction d’escompte exponentielle contenue dans la version initiale de la théorie de l’utilité actualisée. Il s’agit des fonctions d’escompte de Hernstein, de Harvey, Proportionnelle, de Laibson, de Rachlin, Hyperbolique et Hyperbolique généralisée.Faisant suite à ces travaux, nous avons initié une recherche visant à apporter une réponse à la question relatives aux caractéristiques de la structure par terme du taux d’escompte psychologique d’un individu et les facteurs qui expliquent sa différence d’un individu à l’autre ; ses liens avec les autres dimensions des préférences (face au risque et sociales) individuelles sont explorés par la suite. Il s’est agi d’identifier parmi ces fonctions celles qui sont cohérentes avec les préférences individuelles observées, d’estimer les paramètres associés, d’étudier la cohérence des préférences temporelles d’un individu. Elle s’appuie sur les données issues d’une étude expérimentale basée sur dix huit arbitrages inter-temporels, quatre arbitrages de loteries, le jeu du dictateur, le jeu de l’ultimatum et le jeu de confiance.L’analyse des données a permis de confirmer les résultats précédents sur la violation de la constance du prix psychologique du temps, la cohérence par domaine des préférences temporelles, d’établir que la population étudiée est caractérisée par une hétérogénéité par rapport à la forme de la structure par terme du taux d’escompte psychologique. Les individus sont caractérisés par une fonction d’escompte psychologique de Hernstein, hyperbolique généralisée ou de Laibson. Nous avons trouvé que les caractéristiques démographiques, l’environnement social et l’orientation temporelle expliquent peu les différences de structure par terme de taux d’escompte psychologique. Les différences de niveaux d’application (dimension des traits de personnalités) sont les principaux déterminants de la différence de structure par terme de taux d’escompte psychologique caractéristiques des préférences temporelles. Nous avons enfin établi qu’il existe une faible relation entre les paramètres des préférences temporelles, face au risque et sociales.L’ensemble de ces analyses nous ont permis de dériver des conclusions par rapport aux hypothèses de recherche que nous avons formulées et d’interroger la validité de chacune d’elles dans la perspective de déduire les réponses à la problématique de notre recherche. / The discounted utility theory proposed by Samuelson (1937) is one of the dominant paradigms in economics and management especially in finance where it serves as a basis of the Intertemporal Capital Asset Pricing Model (ICAPM) and its version including consumption (ICCAPM). Despite this place, its validity has a framework to explain individuals time preferences has been questioned in recents researches paving the way for amendments and questionings of this framework. Among others, these reseaches introduce the concept of term structure of psychological discount rate. Therefore, a part from exponential discount rate function, we find in the literature seven alternatives discount rate function : Hernstein, proportional, Laibson, Rachlin, Hyperbolic and generalized hyperbolic.Following this work, we initiated a research to provide an answer to the question on the characteristics and driving factors those explain its heterogeneity at an individual level. Thereafter, its relationship with other dimensions of individual preferences (risk and social interaction behavior) are explored. The purpose is to identify among them, the function that is consistent with the observed time preferences, to estimate the underlying parameters and to study the consistency of individual time preference. This research is based on the data collected by experimental study using eighteen time trade-offs, four lottery trade-offs, a dictator game, an ultimatum game and a trust game.Data analysis confirmed previous results on the violation of the time invariant of the psychological value of time hypothesis and established that the studied population is characterized by an heterogeneity with respect to the form of the term structure of psychological discount rate. Individuals are characterized by an Hernstein, Generalized hyperbolic or Laibson psychological discount rate. We found that demographic, social and temporal orientation have a weak link with the individual differences of the term structure of psychological discount rate. Application (a dimension of personality traits) is the most important driving factor of term structure of psychological discount rate forms heterogeneity. We finally established that there is a weak relationship between the parameters of time, risk and social preferences.

Les enquêtes préférences déclarées (EPD) reposent sur des mises en situation hypothétiques. Face à une situation de choix construite de toute pièce par l'analyste, chaque répondant doit déclarer le choix qu'il ferait s'il y était confronté en réalité. Chaque situation se présente comme la combinaison de plusieurs paramètres. Face à chacune des diverses situations qui lui sont présentées successivement, l'enquêté va devoir faire le choix de celles lui convenant le mieux. Au fil du questionnaire, ses réponses révèleront l'importance qu'il donne à chaque paramètre et contribueront à une meilleure appréhension de ses préférences et de ses choix. Ce travail s'articule autour de trois études de cas mises en œuvre dans le cadre d'études menées par des opérateurs de transport (SNCF - thème : réforme de tarification sociale), des gestionnaires d'infrastructure (RFF - thème : effets du cadencement sur l'attractivité du train) ou des organismes de recherche (LET et PREDIT - thème : impact de politiques de rationnement du carburant sur la mobilité automobile). L'objet de ces études nécessitait la mise en œuvre d'enquêtes préférences déclarées. La conception, la mise en œuvre et l'analyse des EPD ont été réalisées dans le cadre de cette thèse avec un soucis permanent de contrôle de chacun des paramètres en vue de garantir la qualité des résultats obtenus. Selon les objectifs de l'étude, des traitements économétriques divers ont été utilisés pour analyser les données récoltées. Finalement, chacune de ces mises en place a contribué à renforcer notre conviction que les EPD constituent un outil complet. Ce travail contribue finalement, à son échelle, à crédibiliser un peu plus les méthodes de préférences déclarées et invite à repositionner cet outil d'analyse comme pivot de toute réflexion complexe dont le protocole est à réinventer lors de chaque construction, plutôt que tel qu'un procédé connu, livré clé en main, dont l'application suit une logique mécanique.

<p align="justify">Depuis 20 à 30 ans, l'aide multicritère à la décision est apparue. L'expansion de cette nouvelle discipline s'est marquée dans la littérature essentiellement par un foisonnement de nouvelles méthodes multicritères d'aide à la décision et par des applications de celles-ci à des problèmes "réels". Pour la plupart de ces méthodes, il n'y pas ou peu de fondements théoriques. Seul le bon sens a guidé les créateurs de ces méthodes.</p> <p align="justify">Depuis une dizaine d'années, le besoin de bases théoriques solides se fait de plus en plus sentir. C'est dans cette perspective que nous avons réalisé le présent travail. Ceci étant dit, nous n'allons pas vraiment nous occuper de méthodes multicritères à la décision dans ce travail, mais seulement de fragments de méthodes. En effet, les méthodes multicritères d'aide à la décision peuvent généralement être décomposées en trois parties (outre la définition de l'ensemble des alternatives et le choix des critères):</p> <p align="justify"><ol><li>Modélisation des préférences: pendant cette étape, les préférences du décideur sont modélisées le long de chaque critère. <li>Agrégation des préférences: un modèle global de préférences est construit au départ des modèles obtenus critère par critère à la fin de la phase précédente. <li>Exploitation des résultats de l'agrégation: du modèle global de préférences issu de la phase 2, on déduit un choix, un rangement, une partition, ... selon les besoins.</ol></p> <p align="justify">Jusqu'à présent, à cause de la difficulté du problème, peu de méthodes ont été axiomatisées de bout en bout; la plupart des travaux ne s'intéressent qu'à une ou deux des trois étapes que nous venons de décrire.</p> <p align="justify">Nous nous sommes intéressés à une méthode bien connue: la méthode de Borda. Elle accepte comme données de départ des relations binaires. Elle intervient donc après la phase de modélisation des préférences. Le résultat de cette méthode est un rangement. Elle effectue donc les opérations correspondant aux étapes 2 et 3. Dans la suite de ce travail nous appellerons méthode de rangement toute méthode effectuant les étapes 2 et 3 pour aboutir à un rangement. Etant donné que les méthodes de rangement, celle de Borda en particulier, sont utilisées également en choix social, nous puiserons abondamment dans le vocabulaire, les outils et les résultats du choix social. Les résultats présentés seront valides en choix social, mais nous nous sommes efforcés de les rendre aussi pertinents que possible en aide multicritère à la décision.</p> <p align="justify">Dans le chapitre II, après quelques définitions et notations, nous présentons quelques méthodes de rangement classiques, y compris la méthode de Borda, et quelques résultats majeurs de la littérature. Nous généralisons une caractérisation des méthodes de scorage due à Myerson (1995).</p> <p align="justify">Nous nous tournons ensuite vers les relations valuées. La raison en est la suivante: elles sont utilisées depuis longtemps dans plusieurs méthodes multicritères et, depuis peu, elles le sont aussi en choix social (p.ex. Banerjec 1994) car elles permettent de modéliser plus finement les préférences des décideurs confrontés à des informations incertaines, imprécises, contradictoires, lacunaires, ... Nous commençons donc le chapitre III par des notations et définitions relatives aux relations valuées.</p> <p align="justify">Ensuite, nous présentons quelques méthodes de rangement opérant au départ de relations valuées. C'est-à-dire des méthodes de rangement qui agissent non pas sur des relations nettes, mais sur des relations valuées et qui fournissent comme précédemment un rangement des alternatives. N'ayant trouvé dans la littérature aucune méthode de ce type, toutes celles que nous présentons sont neuves ou des généralisations de méthodes existantes; comme par exemple, les méthodes de scorage généralisées, que nous caractérisons en généralisant encore une fois le résultat de Myerson.</p> <p align="justify">Nous présentons enfin ce que nous appelons la méthode de Borda généralisée, qui est une des généralisations possibles de la méthode de Borda au cas valué. Nous basant sur un article de Farkas et Nitzan (1979), nous montrons que contrairement à ce qui se passait dans le cas particulier envisagé par Farkas et Nitzan (agrégation d'ordres totaux), la méthode de Borda généralisée (et sa particularisation au cas net) n'est pas toujours équivalente à la méthode proximité à l'unanimité. Cette dernière méthode classe chaque alternative en fonction de l'importance des changements qu'il faudrait faire subir à un ensemble de relations pour que l’alternative considérée gagne à l'unanimité. Nous identifions quelques cas où l'équivalence est vraie.</p> <p align="justify">Ensuite, nous reprenons un résultat de Debord (1987). Il s'agit d'une caractérisation de la méthode de Borda en tant que méthode de choix appliquée à des préordres totaux. Nous la généralisons de deux façons au cas de la méthode de Borda en tant que méthode de rangement appliquée à des relations valuées. Lorsqu'on applique la méthode de Borda, on est amené à calculer une fonction à valeurs réelles sur l'ensemble des alternatives.</p> <p align="justify">La valeur prise par cette fonction pour une alternative s'appelle le score de Borda de cette alternative. Ensuite, on range les alternatives par ordre décroissant de leur score de Borda. La tentation est grande - et beaucoup y succombent (peut-être avec raison) d'utiliser le score de Borda non seulement pour calculer le rangement mais aussi pour estimer si l'écart entre deux alternatives est important ou non (voir par exemple Brans 1994). Cette approche n'a, à notre connaissance, jamais été étudiée d'un point de vue théorique. Nous présentons deux caractérisations de la méthode de Borda utilisée à cette fin.</p> <p align="justify">Dans la dernière partie du chapitre III, nous abandonnons la démarche qui visait à caractériser une méthode par un ensemble de propriétés le plus petit possible. Nous comparons 12 méthodes sur base d'une vingtaine de propriétés. Les résultats de cette partie sont résumés dans quelques tableaux.</p> <p align="justify">Ce travail aborde donc la méthode de Borda et sa généralisation au cas valué sous différents angles. Il livre une série de résultats qui, espérons-le, devraient permettre de mieux comprendre la méthode de Borda et peut-être de l'utiliser à meilleur escient. Toutefois, quoique notre objectif ait été de présenter des résultats pertinents en aide multicritère à la décision (et nous avons fait des progrès dans ce sens), il reste du chemin à faire. Nous sommes probablement encore trop proche du choix social. Ceci constitue donc une voie de recherche intéressante, de même que l'étude d'autres méthodes de rangement et l'étude de méthodes complètes d'aide multicritère à la décision: modélisation du problème (identification du ou des décideur(s), des alternatives et des critères), modélisation des préférences, agrégation des préférences et exploitation des résultats de l'agrégation.</p>

Le travail de recherche présenté dans cette thèse s'inscrit dans le champ de l'aide multicritère à la décision. Ce champ concerne la décision dans un contexte où les alternatives sont jugées sous divers aspects, souvent conflictuels. Notre travail s'insère dans une approche descriptive et cherche à observer l'effet du conflit multicritère sur les préférences exprimées par le décideur. Dans un premier temps, nous proposons une définition de l'intensité du conflit multicritère entre deux alternatives puis nous nous intéressons aux préférences incomplètes et identifions deux classes de modèles de préférences incomplètes. Notre principale contribution est ensuite d'observer et analyser l'effet du conflit lors du recueil des préférences d'un décideur. Nous avons pour cela conçu et mené deux expérimentations permettant de tester le recueil de préférences à travers des comparaisons par paires, et à travers des matchings. La première expérimentation nous permet de mettre en évidence une forme d'intransitivité de l'indifférence le long des chaînes d'isopréférence. Un fort conflit multicritère conduit les sujets à exprimer des préférences incomplètes. Les résultats obtenus lors de cette expérimentation sont en cours de publication (Deparis et al. [2012]). La seconde expérimentation nous permet de montrer que les asymétries déjà observées dans la littérature en réponse à un bi-matching sont fortement amplifiées par l'effet du conflit multicritère. Nous discutons des implications de ces résultats en termes d'élicitation des préférences. Enfin, nous analysons les résultats expérimentaux au regard de la labilité des préférences qu'ils révèlent. Au-delà de cette contribution, notre thèse permet de mieux comprendre les interactions qui peuvent exister entre les approches normative, descriptive et prescriptive en décision multicritère.

L'Aide Multicritère à la Décision (AMCD) vise à aider un décideur (DM) confronté à un problème de décision impliquant plusieurs objectifs contradictoires. Les préférences du DM jouent un rôle important au sein du processus d'aide à la décision, puisque les recommandations ne sont pertinentes et acceptables que si le système de valeurs du DM est pris en considération. Un outil d'élicitation des préférences est donc nécessaire pour aider l'analyste à intégrer les préférences du DM de façon appropriée dans les modèles de décision. Nous sommes intéressés par le développement d'outils d'élicitation des préférences pour deux modèles d'agrégation basés sur des points de référence à savoir Electre Tri et une méthode de Rangement basé sur des Points de Référence multiples (RPM). Tout d'abord, nous considérons Electre Tri en utilisant la règle d'affectation optimiste. Nous proposons un outil d'élicitation des préférences, qui infère les paramètres de préférence de ce modèle à partir d'exemples d'affectation du DM, et analyse également la robustesse des affectations résultant de la nature imprécise de l'information préférentiel. En second lieu, un outil d'élicitation des préférences est développé pour le problème de sélection de portefeuille formulée comme des problèmes de tri contraint en utilisant Electre Tri. Les préférences du DM à la fois au niveau individuel et au niveau du portefeuille sont considérés pour infère le modèle Electre Tri. Le modèle élicité évalue intrinsèquement les individus et sélectionne simultanément un portefeuille satisfaisant comme un groupe. Troisièmement, nous nous intéressons à l'élicitation des préférences pour le modèle RPM, qui détermine un pré-ordre comparant des alternatives avec des points de référence. Nous proposons un outil qui infère un modèle RPM parcimonieux à partir de comparaisons par paires du DM. Enfin, trois web services implémentent des outils d'élicitation des préférences pour Electre Tri et ont été intégrées au logiciel de Decision Deck. Les outils d'élicitation des préférences proposés consistent en des algorithmes qui résolvent des programmes linéaires en nombres mixtes. Des expériences numériques approfondies ont été réalisées pour étudier la performance et le comportement des outils d'élicitation proposées. Ces expériences éclairent sur l'applicabilité pratique de ces outils. De plus, les outils ont été appliqués avec succès à trois cas.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.