Un système de recommandation a pour objectif de recommander à un utilisateur, appelé utilisateur actif, des ressources pertinentes pour lui. Le filtrage collaboratif (FC) est une approche de recommandation très répandue qui exploite les préférences exprimées par des utilisateurs sur des ressources. Le FC repose sur l'hypothèse que les préférences des utilisateurs sont cohérentes entre elles, ce qui permet d'inférer les préférences d'un utilisateur à partir des préférences des autres utilisateurs. Définissons une préférence spécifique comme une préférence qui ne serait partagée pour aucun groupe d'utilisateurs. Un utilisateur possédant plusieurs préférences spécifiques qu'il ne partage avec aucun autre utilisateur sera probablement mal servi par une approche de FC classique. Il s'agit du problème des Grey Sheep Users (GSU). Dans cette thèse, je réponds à trois questions distinctes. 1) Qu'est-ce qu'une préférence spécifique ? J'apporte une réponse en proposant des hypothèses associées que je valide expérimentalement. 2) Comment identifier les GSU dans les données ? Cette identification est importante afin d'anticiper les mauvaises recommandations qui seront fournies à ces utilisateurs. Je propose des mesures numériques permettant d'identifier les GSU dans un jeu de données de recommandation sociale. Ces mesures sont significativement plus performantes que celles de l'état de l'art. Enfin, comment modéliser ces GSU pour améliorer la qualité des recommandations qui leurs sont fournies ? Je propose des méthodes inspirées du domaine de l'apprentissage automatique et dédiées à la modélisation des GSU permettant d'améliorer la qualité des recommandations qui leurs sont fournies / A recommender system aims at providing relevant resources to a user, named the active user. To allow this recommendation, the system exploits the information it has collected about the active user or about resources. The collaborative filtering (CF) is a widely used recommandation approach. The data exploited by CF are the preferences expressed by users on resources. CF is based on the assumption that preferences are consistent between users, allowing a user's preferences to be inferred from the preferences of other users. In a CF-based recommender system, at least one user community has to share the preferences of the active user to provide him with high quality recommendations. Let us define a specific preference as a preference that is not shared by any group of user. A user with several specific preferences will likely be poorly served by a classic CF approach. This is the problem of Grey Sheep Users (GSU). In this thesis, I focus on three separate questions. 1) What is a specific preference? I give an answer by proposing associated hypotheses that I validate experimentally. 2) How to identify GSU in preference data? This identification is important to anticipate the low quality recommendations that will be provided to these users. I propose numerical indicators to identify GSU in a social recommendation dataset. These indicators outperform those of the state of the art and allow to isolate users whose quality of recommendations is very low. 3) How can I model GSU to improve the quality of the recommendations they receive? I propose new recommendation approaches to allow GSU to benefit from the opinions of other users

Cette thèse se situe à l’intersection de l’apprentissage automatique et de la robotique humanoïde, dans le domaine de la robotique collaborative. Elle se focalise sur les interactions non verbales humain-robot, en particulier sur l’interaction gestuelle. La prédiction de l’intention, la compréhension et la reproduction de gestes sont les questions centrales de cette thèse. Dans un premier temps, le robot apprend des gestes par démonstration : un utilisateur prend le bras du robot et lui fait réaliser les gestes à apprendre plusieurs fois. Le robot doit alors reproduire ces différents mouvements tout en les généralisant pour les adapter au contexte. Pour cela, à l’aide de ses capteurs proprioceptifs, il interprète les signaux perçus pour comprendre le mouvement guidé par l’utilisateur, afin de pouvoir en générer des similaires. Dans un second temps, le robot apprend à reconnaître l’intention de l’humain avec lequel il interagit, à partir des gestes que ce dernier initie. Le robot produit ensuite des gestes adaptés à la situation et correspondant aux attentes de l’utilisateur. Cela nécessite que le robot comprenne la gestuelle de l’utilisateur. Pour cela, différentes modalités perceptives ont été explorées. À l’aide de capteurs proprioceptifs, le robot ressent les gestes de l’utilisateur au travers de son propre corps : il s’agit alors d’interaction physique humain-robot. À l’aide de capteurs visuels, le robot interprète le mouvement de la tête de l’utilisateur. Enfin, à l’aide de capteurs externes, le robot reconnaît et prédit le mouvement corps entier de l’utilisateur. Dans ce dernier cas, l’utilisateur porte lui-même des capteurs (vêtement X-Sens) qui transmettent sa posture au robot. De plus, le couplage de ces modalités a été étudié. D’un point de vue méthodologique, nous nous sommes focalisés sur les questions d’apprentissage et de reconnaissance de gestes. Une première approche permet de modéliser statistiquement des primitives de mouvements representant les gestes : les ProMPs. La seconde, ajoute à la première du Deep Learning, par l’utilisation d’auto-encodeurs, afin de modéliser des gestes corps entier contenant beaucoup d’informations, tout en permettant une prédiction en temps réel mou. Différents enjeux ont notamment été pris en compte, concernant la prédiction des durées des trajectoires, la réduction de la charge cognitive et motrice imposée à l’utilisateur, le besoin de rapidité (temps réel mou) et de précision dans les prédictions / This thesis lies at the intersection between machine learning and humanoid robotics, under the theme of human-robot interaction and within the cobotics (collaborative robotics) field. It focuses on prediction for non-verbal human-robot interactions, with an emphasis on gestural interaction. The prediction of the intention, understanding, and reproduction of gestures are therefore central topics of this thesis. First, the robots learn gestures by demonstration: a user grabs its arm and makes it perform the gestures to be learned several times. The robot must then be able to reproduce these different movements while generalizing them to adapt them to the situation. To do so, using its proprioceptive sensors, it interprets the perceived signals to understand the user's movement in order to generate similar ones later on. Second, the robot learns to recognize the intention of the human partner based on the gestures that the human initiates. The robot can then perform gestures adapted to the situation and corresponding to the user’s expectations. This requires the robot to understand the user’s gestures. To this end, different perceptual modalities have been explored. Using proprioceptive sensors, the robot feels the user’s gestures through its own body: it is then a question of physical human-robot interaction. Using visual sensors, the robot interprets the movement of the user’s head. Finally, using external sensors, the robot recognizes and predicts the user’s whole body movement. In that case, the user wears sensors (in our case, a wearable motion tracking suit by XSens) that transmit his posture to the robot. In addition, the coupling of these modalities was studied. From a methodological point of view, the learning and the recognition of time series (gestures) have been central to this thesis. In that aspect, two approaches have been developed. The first is based on the statistical modeling of movement primitives (corresponding to gestures) : ProMPs. The second adds Deep Learning to the first one, by using auto-encoders in order to model whole-body gestures containing a lot of information while allowing a prediction in soft real time. Various issues were taken into account during this thesis regarding the creation and development of our methods. These issues revolve around: the prediction of trajectory durations, the reduction of the cognitive and motor load imposed on the user, the need for speed (soft real-time) and accuracy in predictions

Ces dernières années, les ontologies ont suscité de nombreux travaux dans le domaine du web sémantique. Elles sont utilisées pour fournir le vocabulaire sémantique permettant de rendre la connaissance du domaine disponible pour l'échange et l'interprétation au travers des systèmes d'information. Toutefois, en raison de la nature décentralisée du web sémantique, les ontologies sont très hétérogènes. Cette hétérogénéité provoque le problème de la variation de sens ou ambiguïté dans l'interprétation des entités et, par conséquent, elle empêche le partage des connaissances du domaine. L'alignement d'ontologies, qui a pour but la découverte des correspondances sémantiques entre des ontologies, devient une tâche cruciale pour résoudre ce problème d'hétérogénéité dans les applications du web sémantique. Les principaux défis dans le domaine de l'alignement d'ontologies ont été décrits dans des études récentes. Parmi eux, la sélection de mesures de similarité appropriées ainsi que le réglage de la configuration de leur combinaison sont connus pour être des problèmes fondamentaux que la communauté doit traiter. En outre, la vérification de la cohérence sémantique des correspondances est connue pour être une tâche importante. Par ailleurs, la difficulté du problème augmente avec la taille des ontologies. Pour faire face à ces défis, nous proposons dans cette thèse une nouvelle approche, qui combine différentes techniques issues des domaines de l'apprentissage automatique, d'appariement de graphes et de recherche d'information en vue d'améliorer la qualité de l'alignement d'ontologies. En effet, nous utilisons des techniques de recherche d'information pour concevoir de nouvelles mesures de similarité efficaces afin de comparer les étiquettes et les profils d'entités de contexte au niveau des entités. Nous appliquons également une méthode d'appariement de graphes appelée propagation de similarité au niveau de la structure qui découvre effectivement des correspondances en exploitant des informations structurelles des entités. Pour combiner les mesures de similarité au niveau des entités, nous transformons la tâche de l'alignement d'ontologie en une tâche de classification de l'apprentissage automatique. Par ailleurs, nous proposons une méthode dynamique de la somme pondérée pour combiner automatiquement les correspondances obtenues au niveau des entités et celles obtenues au niveau de la structure. Afin d'écarter les correspondances incohérentes, nous avons conçu une nouvelle méthode de filtrage sémantique. Enfin, pour traiter le problème de l'alignement d'ontologies à large échelle, nous proposons deux méthodes de sélection des candidats pour réduire l'espace de calcul.Toutes ces contributions ont été mises en œuvre dans un prototype nommé YAM++. Pour évaluer notre approche, nous avons utilisé des données du banc d'essai de la compétition OAEI : Benchmark, Conference, Multifarm, Anatomy, Library and Large Biomedical Ontologies. Les résultats expérimentaux montrent que les méthodes proposées sont très efficaces. De plus, en comparaison avec les autres participants à la compétition OAEI, YAM++ a montré sa compétitivité et a acquis une position de haut rang. / In recent years, ontologies have attracted a lot of attention in the Computer Science community, especially in the Semantic Web field. They serve as explicit conceptual knowledge models and provide the semantic vocabularies that make domain knowledge available for exchange and interpretation among information systems. However, due to the decentralized nature of the semantic web, ontologies are highlyheterogeneous. This heterogeneity mainly causes the problem of variation in meaning or ambiguity in entity interpretation and, consequently, it prevents domain knowledge sharing. Therefore, ontology matching, which discovers correspondences between semantically related entities of ontologies, becomes a crucial task in semantic web applications.Several challenges to the field of ontology matching have been outlined in recent research. Among them, selection of the appropriate similarity measures as well as configuration tuning of their combination are known as fundamental issues that the community should deal with. In addition, verifying the semantic coherent of the discovered alignment is also known as a crucial task. Furthermore, the difficulty of the problem grows with the size of the ontologies. To deal with these challenges, in this thesis, we propose a novel matching approach, which combines different techniques coming from the fields of machine learning, graph matching and information retrieval in order to enhance the ontology matching quality. Indeed, we make use of information retrieval techniques to design new effective similarity measures for comparing labels and context profiles of entities at element level. We also apply a graph matching method named similarity propagation at structure level that effectively discovers mappings by exploring structural information of entities in the input ontologies. In terms of combination similarity measures at element level, we transform the ontology matching task into a classification task in machine learning. Besides, we propose a dynamic weighted sum method to automatically combine the matching results obtained from the element and structure level matchers. In order to remove inconsistent mappings, we design a new fast semantic filtering method. Finally, to deal with large scale ontology matching task, we propose two candidate selection methods to reduce computational space.All these contributions have been implemented in a prototype named YAM++. To evaluate our approach, we adopt various tracks namely Benchmark, Conference, Multifarm, Anatomy, Library and Large BiomedicalOntologies from the OAEI campaign. The experimental results show that the proposed matching methods work effectively. Moreover, in comparison to other participants in OAEI campaigns, YAM++ showed to be highly competitive and gained a high ranking position.

La Programmation par contraintes est un cadre général utilisé pour modéliser et résoudre des problèmes combinatoires complexes. Cependant, la modélisation d'un problème sous forme d’un réseau de contraintes nécessite une bonne expertise dans le domaine. Ce niveau d'expertise est un obstacle majeur pour une large diffusion de la programmation de contraintes. Pour remédier à ce problème, plusieurs systèmes d'acquisition de contraintes ont été proposés pour aider l'utilisateur dans la tâche de modélisation. Dans ces systèmes, l'utilisateur ne répond qu'à des questions très simples. L'inconvénient est que lorsqu'aucune connaissance de base n’est fournie, l'utilisateur peut avoir besoin de répondre à un grand nombre de questions pour apprendre toutes les contraintes. Dans cette thèse, nous montrons que l'utilisation de la structure du problème peut améliorer considérablement le processus d'acquisition. Pour ce faire, nous proposons plusieurs techniques. Tout d'abord, nous introduisons le concept de requête de généralisation basée sur une agrégation de variables sous forme detypes. Deuxièmement, pour faire face aux requêtes de généralisation, nous proposons un algorithme de généralisation de contraintes, nommé GENACQ, ainsi que plusieurs stratégies. Troisièmement, pour rendre la construction de requêtes de généralisation totalement indépendante de l'utilisateur, nous proposons l'algorithme MINE&ASK, qui est en mesure d'apprendre la structure au cours du processus d'acquisition de contraintes, et d'utiliser la structure apprise pour générer des requêtes de généralisation. Quatrièmement, pour aller vers un concept générique de requête, nous introduisons la requête de recommandation basée sur la prédiction de liens dans le graphe de contraintes apprises jusqu’à présent. Cinquièmement, nous proposons un algorithme de recommandation de contraintes, ppelé PREDICT&ASK, qui demande à l’utilisateur de classifier des requêtes de recommandation chaque fois que la structure du graphe courant a été modifiée. Enfin, nous intégrons toutes ces nouvelles techniques dans l’algorithme QUACQ, menant à trois nouvelles versions, à savoir G-QUACQ, M- QUACQ, et P-QUACQ. Pour évaluer toutes ces techniques, nous avons fait des expérimentations sur plusieurs jeux de données. Les résultats montrent que les versions étendues améliorent considérablement le QUACQ de base. / Constraint Programming is a general framework used to model and solve complex combinatorial problems.However, modeling a problem as a constraint network requires significant expertise in the field.Such level of expertise is a bottleneck to the broader uptake of the constraint technology.To alleviate this issue, several constraint acquisition systems have been proposed to assist thenon-expert user in the modeling task. Nevertheless, in these systems the user is only asked to answervery basic questions. The drawback is that when no background knowledge is provided,the user may need to answer a large number of such questions to learn all the constraints.In this thesis, we show that using the structure of the problem under consideration may improvethe acquisition process a lot. To this aim, we propose several techniques.Firstly, we introduce the concept of generalization query based on an aggregation of variables into types.Secondly, to deal with generalization queries, we propose a constraint generalization algorithm, named GENACQ, together with several strategies. Thirdly, to make the build of generalization queries totally independent of the user, we propose the algorithm MINE&ASK, which is able to learn the structure, during the constraint acquisition process, and to use the learned structure to generate generalization queries. Fourthly, toward a generic concept of query, we introduce the recommendation query based on the link prediction on the current constraint graph. Fifthly, we propose a constraint recommender algorithm, called PREDICT&ASK, that asks recommendation queries, each time the structure of the current graph has been modified. Finally, we incorporate all these new generic techniques into QUACQ algorithm leading to three boosted versions, G-QUACQ, M- QUACQ, and P-QUACQ. To evaluate all these techniques, we have made experiments on several benchmarks. The results show that the extended versions improve drastically the basic QUACQ.

L'intégration de systèmes robotiques au sein du bloc opératoire a modifié le déroulement de certaines interventions, laissant ainsi place à des pratiques favorisant le bénéfice médical rendu au patient en dépit des aspects conventionnels. Dans ce cadre, de récentes études de la Haute Autorité de Santé ont mis en avant les effets indésirables graves intervenant au cours des procédures chirurgicales robotisées. Ces erreurs, majoritairement dues aux compétences techniques du praticien, remettent ainsi en cause la formation et les techniques d'apprentissage pour la chirurgie robotisée. Bien que l'utilisation abondante de simulateurs facilite cet apprentissage au travers différents types d'entraînement, le retour fourni à l'opérateur reste succinct et ne lui permet pas de progresser dans de bonnes conditions. De ce fait, nous souhaitons améliorer les conditions d'entraînement en chirurgie laparoscopique robotisée. Les objectifs de cette thèse sont doubles. En premier lieu, ils visent le développement d'une méthode pour la segmentation et la reconnaissance des gestes chirurgicaux durant l'entraînement en se basant sur une approche non-supervisée. Utilisant les données cinématiques des instruments chirurgicaux, nous sommes capables de reconnaître les gestes réalisés par l'opérateur à hauteur de 82%. Cette méthode est alors une première étape pour l'évaluation de compétences basée sur la gestuelle et non sur l'ensemble de la tâche d'entraînement. D'autre part, nous souhaitons rendre l'entraînement en chirurgie robotisée plus accessible et moins coûteux. De ce fait, nous avons également étudié l'utilisation d'une nouvelle interface homme-machine sans contact pour la commande des robots chirurgicaux. Dans ces travaux, cette interface a été couplée au Raven-II, un robot de téléopération dédié à la recherche en robotique chirurgicale. Nous avons alors évalué les performances du système au travers différentes études, concluant ainsi à la possibilité de téléopérer un robot chirurgical avec ce type de dispositif. Il est donc envisageable d'utiliser ce type d'interface pour l'entraînement sur simulateur afin de réduire le coût de la formation, mais également d'améliorer l'accès et l'acquisition des compétences techniques spécifiques à la chirurgie robotisée. / Integration of robotic systems in the operating room changed the way that surgeries are performed. It modifies practices to improve medical benefits for the patient but also brought non-traditional aspects that can lead to serious undesirable effects. Recent studies from the French authorities for hygiene and medical care highlight that these undesirable effects mainly come from the surgeon's technical skills, which question surgical robotic training and teaching. To overcome this issue, surgical simulators help to train practitioner through different training tasks and provide feedback to the operator. However the feedback is partial and do not help the surgeon to understand gestural mistakes. Thus, we want to improve the surgical robotic training conditions. The objective of this work is twofold. First, we developed a new method for segmentation and recognition of surgical gestures during training sessions based on an unsupervised approach. From surgical tools kinematic data, we are able to achieve gesture recognition at 82%. This method is a first step to evaluate technical skills based on gestures and not on the global execution of the task as it is done nowadays. The second objective is to provide easier access to surgical training and make it cheaper. To do so, we studied a new contactless human-machine interface to control surgical robots. In this work, the interface is plugged to a Raven-II robot dedicated to surgical robotics research. Then, we evaluated performance of such system through multiple studies, concluding that this interface can be used to control surgical robots. In the end, one can consider to use this contactless interface for surgical training with a simulator. It can reduce the training cost and also improve the access for novice surgeons to technical skills training dedicated to surgical robotics.

Les mécanismes de compréhension chez l'être humain sont par essence multimodaux. Comprendre le monde qui l'entoure revient chez l'être humain à fusionner l'information issue de l'ensemble de ses récepteurs sensoriels. La plupart des documents utilisés en traitement automatique de l'information sont multimodaux. Par exemple, du texte et des images dans des documents textuels ou des images et du son dans des documents vidéo. Cependant, les traitements qui leurs sont appliqués sont le plus souvent monomodaux. Le but de cette thèse est de proposer des traitements joints s'appliquant principalement au texte et à l'image pour le traitement de documents multimodaux à travers deux études : l'une portant sur la fusion multimodale pour la reconnaissance du rôle du locuteur dans des émissions télévisuelles, l'autre portant sur la complémentarité des modalités pour une tâche d'analyse linguistique sur des corpus d'images avec légendes. Pour la première étude nous nous intéressons à l'analyse de documents audiovisuels provenant de chaînes d'information télévisuelle. Nous proposons une approche utilisant des réseaux de neurones profonds pour la création d'une représentation jointe multimodale pour les représentations et la fusion des modalités. Dans la seconde partie de cette thèse nous nous intéressons aux approches permettant d'utiliser plusieurs sources d'informations multimodales pour une tâche monomodale de traitement automatique du langage, afin d'étudier leur complémentarité. Nous proposons un système complet de correction de rattachements prépositionnels utilisant de l'information visuelle, entraîné sur un corpus multimodal d'images avec légendes. / The human faculties of understanding are essentially multimodal. To understand the world around them, human beings fuse the information coming from all of their sensory receptors. Most of the documents used in automatic information processing contain multimodal information, for example text and image in textual documents or image and sound in video documents, however the processings used are most often monomodal. The aim of this thesis is to propose joint processes applying mainly to text and image for the processing of multimodal documents through two studies: one on multimodal fusion for the speaker role recognition in television broadcasts, the other on the complementarity of modalities for a task of linguistic analysis on corpora of images with captions. In the first part of this study, we interested in audiovisual documents analysis from news television channels. We propose an approach that uses in particular deep neural networks for representation and fusion of modalities. In the second part of this thesis, we are interested in approaches allowing to use several sources of multimodal information for a monomodal task of natural language processing in order to study their complementarity. We propose a complete system of correction of prepositional attachments using visual information, trained on a multimodal corpus of images with captions.

De nos jours, les systèmes modernes sont censés stocker et traiter des séries temporelles massives. Comme le nombre de variables observées augmente très rapidement, leur prédiction devient de plus en plus compliquée, et l’utilisation de toutes les variables pose des problèmes pour les modèles classiques.Les modèles de prédiction sans facteurs externes sont parmi les premiers modèles de prédiction. En vue d’améliorer la précision des prédictions, l’utilisation de multiples variables est devenue commune. Ainsi, les modèles qui tiennent en compte des facteurs externes, ou bien les modèles multivariés, apparaissent, et deviennent de plus en plus utilisés car ils prennent en compte plus d’informations.Avec l’augmentation des données liées entre eux, l’application des modèles multivariés devient aussi discutable. Le challenge dans cette situation est de trouver les facteurs les plus pertinents parmi l’ensemble des données disponibles par rapport à une variable cible.Dans cette thèse, nous étudions ce problème en présentant une analyse détaillée des approches proposées dans la littérature. Nous abordons le problème de réduction et de prédiction des données massives. Nous discutons également ces approches dans le contexte du Big Data.Ensuite, nous présentons une méthodologie complète pour la prédiction des séries temporelles larges. Nous étendons également cette méthodologie aux données très larges via le calcul distribué et le parallélisme avec une implémentation du processus de prédiction proposé dans l’environnement Hadoop/Spark. / Nowadays, storage and data processing systems are supposed to store and process large time series. As the number of variables observed increases very rapidly, their prediction becomes more and more complicated, and the use of all the variables poses problems for classical prediction models.Univariate prediction models are among the first models of prediction. To improve these models, the use of multiple variables has become common. Thus, multivariate models and become more and more used because they consider more information.With the increase of data related to each other, the application of multivariate models is also questionable. Because the use of all existing information does not necessarily lead to the best predictions. Therefore, the challenge in this situation is to find the most relevant factors among all available data relative to a target variable.In this thesis, we study this problem by presenting a detailed analysis of the proposed approaches in the literature. We address the problem of prediction and size reduction of massive data. We also discuss these approaches in the context of Big Data.The proposed approaches show promising and very competitive results compared to well-known algorithms, and lead to an improvement in the accuracy of the predictions on the data used.Then, we present our contributions, and propose a complete methodology for the prediction of wide time series. We also extend this methodology to big data via distributed computing and parallelism with an implementation of the prediction process proposed in the Hadoop / Spark environment.

Une utilisation efficace et coordonnée des systèmes installés dans le bâtiment doit permettre d’améliorer le confort des occupants tout en consommant moins d’énergie. Ces objectifs à optimiser sont pourtant antagonistes. Le problème résultant peut être alors vu comme un problème d’optimisation multicritères. Par ailleurs, pour répondre aux enjeux industriels, il devra être résolu non seulement dans une optique d’implémentation simple et peu coûteuse, avec notamment un nombre réduit de capteurs, mais aussi dans un souci de portabilité pour que le contrôleur résultant puisse être implanté dans des bâtiments d’orientation différente et situés dans des lieux géographiques variés.L’approche choisie est de type commande prédictive (MPC, Model Predictive Control) dont l’efficacité pour le contrôle du bâtiment a déjà été illustrée dans de nombreux travaux, elle requiert cependant des efforts de calcul trop important. Cette thèse propose une méthodologie pour la synthèse des contrôleurs, qui doivent apporter une performance satisfaisante en imitant les comportements du MPC, tout en répondant à des contraintes industriels. Elle est divisée deux grandes étapes :1. La première étape consiste à développer un contrôleur MPC. De nombreux défis doivent être relevés tels que la modélisation, le réglage des paramètres et la résolution du problème d’optimisation.2. La deuxième étape applique différents algorithmes d’apprentissage automatique (l’arbre de décision, AdaBoost et SVM) sur une base de données obtenue à partir de simulations utilisant le contrôleur prédictif développé. Les grands points levés sont la construction de la base de données, le choix de l’algorithme de l’apprentissage et le développement du contrôleur logique.La méthodologie est appliquée dans un premier temps à un cas simple pour piloter un volet,puis validée dans un cas plus complexe : le contrôle coordonné du volet, de l’ouvrant et dusystème de ventilation. / An efficient and coordinated control of systems in buildings should improve occupant comfort while consuming less energy. However, these objectives are antagonistic. It can then be formulated as a multi-criteria optimization problem. Moreover, it should be solved not only in a simple and cheap implementation perspective, but also for the sake of adaptability of the controller which can be installed in buildings with different orientations and different geographic locations.The MPC (Model Predictive Control) approach is shown well suited for building control in the state of the art but it requires a big computing effort. This thesis presents a methodology to develop logical controllers for equipments in buildings. It helps to get a satisfactory performance by mimicking the MPC behaviors while dealing with industrial constraints. Two keys steps are required :1. In the first step, an optimal controller is developed with hybrid MPC technique. There are challenges in modeling, parameters tuning and solving the optimization problem.2. In the second step, different Machine Learning algorithms (Decision tree, AdaBoost, SVM) are tested on database which is obtained with the simulation with the MPC controller. The main points are the construction of the database, the choice of learning algorithm and the development of logic controller.First, our methodology is tested on a simple case study to control a blind. Then, it is validatedwith a more complex case : development of a coordinated controller for a blind, natural ventilationand mechanical ventilation.

Dans ce travail, nous avons abordé le problème d’estimation automatique du regard dans des environnements utilisateur sans contraintes. Ce travail s’inscrit dans la vision par ordinateur appliquée à l’analyse automatique du comportement humain. Plusieurs solutions industrielles sont aujourd’hui commercialisées et donnent des estimations précises du regard. Certaines ont des spécifications matérielles très complexes (des caméras embarquées sur un casque ou sur des lunettes qui filment le mouvement des yeux) et présentent un niveau d’intrusivité important, ces solutions sont souvent non accessible au grand public. Cette thèse vise à produire un système d’estimation automatique du regard capable d’augmenter la liberté du mouvement de l’utilisateur par rapport à la caméra (mouvement de la tête, distance utilisateur-capteur), et de réduire la complexité du système en utilisant des capteurs relativement simples et accessibles au grand public. Dans ce travail, nous avons exploré plusieurs paradigmes utilisés par les systèmes d’estimation automatique du regard. Dans un premier temps, Nous avons mis au point deux systèmes basés sur deux approches classiques: le premier basé caractéristiques et le deuxième basé semi apparence. L’inconvénient majeur de ces paradigmes réside dans la conception des systèmes d'estimation du regard qui supposent une indépendance totale entre l'image d'apparence des yeux et la pose de la tête. Pour corriger cette limitation, Nous avons convergé vers un nouveau paradigme qui unifie les deux blocs précédents en construisant un espace regard global, nous avons exploré deux directions en utilisant des données réelles et synthétiques respectivement. / In this thesis, we tackled the automatic gaze estimation problem in unconstrained user environments. This work takes place in the computer vision research field applied to the perception of humans and their behaviors. Many existing industrial solutions are commercialized and provide an acceptable accuracy in gaze estimation. These solutions often use a complex hardware such as range of infrared cameras (embedded on a head mounted or in a remote system) making them intrusive, very constrained by the user's environment and inappropriate for a large scale public use. We focus on estimating gaze using cheap low-resolution and non-intrusive devices like the Kinect sensor. We develop new methods to address some challenging conditions such as head pose changes, illumination conditions and user-sensor large distance. In this work we investigated different gaze estimation paradigms. We first developed two automatic gaze estimation systems following two classical approaches: feature and semi appearance-based approaches. The major limitation of such paradigms lies in their way of designing gaze systems which assume a total independence between eye appearance and head pose blocks. To overcome this limitation, we converged to a novel paradigm which aims at unifying the two previous components and building a global gaze manifold, we explored two global approaches across the experiments by using synthetic and real RGB-D gaze samples.

Les Machines de Boltzmann restreintes (RBM) sont des modèles graphiques capables d’apprendre simultanément une distribution de probabilité et une représentation des données. Malgré leur architecture relativement simple, les RBM peuvent reproduire très fidèlement des données complexes telles que la base de données de chiffres écrits à la main MNIST. Il a par ailleurs été montré empiriquement qu’elles peuvent produire des représentations compositionnelles des données, i.e. qui décomposent les configurations en leurs différentes parties constitutives. Cependant, toutes les variantes de ce modèle ne sont pas aussi performantes les unes que les autres, et il n’y a pas d’explication théorique justifiant ces observations empiriques. Dans la première partie de ma thèse, nous avons cherché à comprendre comment un modèle si simple peut produire des distributions de probabilité si complexes. Pour cela, nous avons analysé un modèle simplifié de RBM à poids aléatoires à l’aide de la méthode des répliques. Nous avons pu caractériser théoriquement un régime compositionnel pour les RBM, et montré sous quelles conditions (statistique des poids, choix de la fonction de transfert) ce régime peut ou ne peut pas émerger. Les prédictions qualitatives et quantitatives de cette analyse théorique sont en accord avec les observations réalisées sur des RBM entraînées sur des données réelles. Nous avons ensuite appliqué les RBM à l’analyse et à la conception de séquences de protéines. De part leur grande taille, il est en effet très difficile de simuler physiquement les protéines, et donc de prédire leur structure et leur fonction. Il est cependant possible d’obtenir des informations sur la structure d’une protéine en étudiant la façon dont sa séquence varie selon les organismes. Par exemple, deux sites présentant des corrélations de mutations importantes sont souvent physiquement proches sur la structure. A l’aide de modèles graphiques tels que les Machine de Boltzmann, on peut exploiter ces signaux pour prédire la proximité spatiale des acides-aminés d’une séquence. Dans le même esprit, nous avons montré sur plusieurs familles de protéines que les RBM peuvent aller au-delà de la structure, et extraire des motifs étendus d’acides aminés en coévolution qui reflètent les contraintes phylogénétiques, structurelles et fonctionnelles des protéines. De plus, on peut utiliser les RBM pour concevoir de nouvelles séquences avec des propriétés fonctionnelles putatives par recombinaison de ces motifs. Enfin, nous avons développé de nouveaux algorithmes d’entraînement et des nouvelles formes paramétriques qui améliorent significativement la performance générative des RBM. Ces améliorations les rendent compétitives avec l’état de l’art des modèles génératifs tels que les réseaux génératifs adversariaux ou les auto-encodeurs variationnels pour des données de taille intermédiaires. / Restricted Boltzmann machines (RBM) are graphical models that learn jointly a probability distribution and a representation of data. Despite their simple architecture, they can learn very well complex data distributions such the handwritten digits data base MNIST. Moreover, they are empirically known to learn compositional representations of data, i.e. representations that effectively decompose configurations into their constitutive parts. However, not all variants of RBM perform equally well, and little theoretical arguments exist for these empirical observations. In the first part of this thesis, we ask how come such a simple model can learn such complex probability distributions and representations. By analyzing an ensemble of RBM with random weights using the replica method, we have characterised a compositional regime for RBM, and shown under which conditions (statistics of weights, choice of transfer function) it can and cannot arise. Both qualitative and quantitative predictions obtained with our theoretical analysis are in agreement with observations from RBM trained on real data. In a second part, we present an application of RBM to protein sequence analysis and design. Owe to their large size, it is very difficult to run physical simulations of proteins, and to predict their structure and function. It is however possible to infer information about a protein structure from the way its sequence varies across organisms. For instance, Boltzmann Machines can leverage correlations of mutations to predict spatial proximity of the sequence amino-acids. Here, we have shown on several synthetic and real protein families that provided a compositional regime is enforced, RBM can go beyond structure and extract extended motifs of coevolving amino-acids that reflect phylogenic, structural and functional constraints within proteins. Moreover, RBM can be used to design new protein sequences with putative functional properties by recombining these motifs at will. Lastly, we have designed new training algorithms and model parametrizations that significantly improve RBM generative performance, to the point where it can compete with state-of-the-art generative models such as Generative Adversarial Networks or Variational Autoencoders on medium-scale data.