La découverte de motifs qui caractérisent fortement une classe vis à vis d'une autre reste encore un problème difficile en fouille de données. La découverte de sous-groupes (Subgroup Discovery, SD) est une approche formelle de fouille de motifs qui permet la construction de classifieurs intelligibles mais surtout d'émettre des hypothèses sur les données. Cependant, cette approche fait encore face à deux problèmes majeurs : (i) comment définir des mesures de qualité appropriées pour caractériser l'intérêt d'un motif et (ii) comment sélectionner une méthode heuristique adaptée lorsqu’une énumération exhaustive de l'espace de recherche n'est pas réalisable. Le premier problème a été résolu par la fouille de modèles exceptionnels (Exceptional Model Mining, EMM) qui permet l'extraction de motifs couvrant des objets de la base de données pour lesquels le modèle induit sur les attributs de classe est significativement différent du modèle induit par l'ensemble des objets du jeu de données. Le second problème a été étudié en SD et EMM principalement avec la mise en place de méthodes heuristiques de type recherche en faisceau (beam-search) ou avec des algorithmes génétiques qui permettent la découverte de motifs non redondants, diversifiés et de bonne qualité. Dans cette thèse, nous soutenons que la nature gloutonne des méthodes d'énumération précédentes génère cependant des ensembles de motifs manquant de diversité. Nous définissons formellement la fouille de données comme un jeu que nous résolvons par l'utilisation de la recherche arborescente de Monte Carlo (Monte Carlo Tree Search, MCTS), une technique récente principalement utilisée pour la résolution de jeux et de problèmes de planning en intelligence artificielle. Contrairement aux méthodes traditionnelles d'échantillonnage, MCTS donne la possibilité d'obtenir une solution à tout instant sans qu'aucune hypothèse ne soit faite que ce soit sur la mesure de qualité ou sur les données. Cette méthode d'énumération converge vers une approche exhaustive si les budgets temps et mémoire disponibles sont suffisants. Le compromis entre l'exploration et l'exploitation que propose cette approche permet une augmentation significative de la diversité dans l'ensemble des motifs calculés. Nous montrons que la recherche arborescente de Monte Carlo appliquée à la fouille de motifs permet de trouver rapidement un ensemble de motifs diversifiés et de bonne qualité à l'aide d'expérimentations sur des jeux de données de référence et sur un jeu de données réel traitant de l'olfaction. Nous proposons et validons également une nouvelle mesure de qualité spécialement conçue pour des jeux de donnée multi labels présentant une grande variance de fréquences des labels. / The discovery of patterns that strongly distinguish one class label from another is still a challenging data-mining task. Subgroup Discovery (SD) is a formal pattern mining framework that enables the construction of intelligible classifiers, and, most importantly, to elicit interesting hypotheses from the data. However, SD still faces two major issues: (i) how to define appropriate quality measures to characterize the interestingness of a pattern; (ii) how to select an accurate heuristic search technique when exhaustive enumeration of the pattern space is unfeasible. The first issue has been tackled by Exceptional Model Mining (EMM) for discovering patterns that cover tuples that locally induce a model substantially different from the model of the whole dataset. The second issue has been studied in SD and EMM mainly with the use of beam-search strategies and genetic algorithms for discovering a pattern set that is non-redundant, diverse and of high quality. In this thesis, we argue that the greedy nature of most such previous approaches produces pattern sets that lack diversity. Consequently, we formally define pattern mining as a game and solve it with Monte Carlo Tree Search (MCTS), a recent technique mainly used for games and planning problems in artificial intelligence. Contrary to traditional sampling methods, MCTS leads to an any-time pattern mining approach without assumptions on either the quality measure or the data. It converges to an exhaustive search if given enough time and memory. The exploration/exploitation trade-off allows the diversity of the result set to be improved considerably compared to existing heuristics. We show that MCTS quickly finds a diverse pattern set of high quality in our application in neurosciences. We also propose and validate a new quality measure especially tuned for imbalanced multi-label data.

La découverte de motifs est une tâche importante en fouille de données. Cemémoire traite de l’extraction des motifs émergents minimaux. Nous proposons une nouvelleméthode efficace qui permet d’extraire les motifs émergents minimaux sans ou avec contraintede support ; contrairement aux méthodes existantes qui extraient généralement les motifs émergentsminimaux les plus supportés, au risque de passer à côté de motifs très intéressants maispeu supportés par les données. De plus, notre méthode prend en compte l’absence d’attributqui apporte une nouvelle connaissance intéressante.En considérant les règles associées aux motifs émergents avec un support élevé comme desrègles prototypes, on a montré expérimentalement que cet ensemble de règles possède unebonne confiance sur les objets couverts mais malheureusement ne couvre pas une bonne partiedes objets ; ce qui constitue un frein pour leur usage en classification. Nous proposons uneméthode de sélection à base de prototypes qui améliore la couverture de l’ensemble des règlesprototypes sans pour autant dégrader leur confiance. Au vu des résultats encourageants obtenus,nous appliquons cette méthode de sélection sur un jeu de données chimique ayant rapport àl’environnement aquatique : Aquatox. Cela permet ainsi aux chimistes, dans un contexte declassification, de mieux expliquer la classification des molécules, qui sans cette méthode desélection serait prédites par l’usage d’une règle par défaut. / Pattern discovery is an important field of Knowledge Discovery in Databases.This work deals with the extraction of minimal emerging patterns. We propose a new efficientmethod which allows to extract the minimal emerging patterns with or without constraint ofsupport ; unlike existing methods that typically extract the most supported minimal emergentpatterns, at the risk of missing interesting but less supported patterns. Moreover, our methodtakes into account the absence of attribute that brings a new interesting knowledge.Considering the rules associated with emerging patterns highly supported as prototype rules,we have experimentally shown that this set of rules has good confidence on the covered objectsbut unfortunately does not cover a significant part of the objects ; which is a disavadntagefor their use in classification. We propose a prototype-based selection method that improvesthe coverage of the set of the prototype rules without a significative loss on their confidence.We apply our prototype-based selection method to a chemical data relating to the aquaticenvironment : Aquatox. In a classification context, it allows chemists to better explain theclassification of molecules, which, without this method of selection, would be predicted by theuse of a default rule.