Face à l'explosion des nouvelles technologies (mobiles, capteurs, etc.), de grandes quantités de données localisées dans l'espace et dans le temps sont désormais disponibles. Les bases de données associées peuvent être qualifiées de bases de données spatio-temporelles car chaque donnée est décrite par une information spatiale (e.g. une ville, un quartier, une rivière, etc.) et temporelle (p. ex. la date d'un événement). Cette masse de données souvent hétérogènes et complexes génère ainsi de nouveaux besoins auxquels les méthodes d'extraction de connaissances doivent pouvoir répondre (e.g. suivre des phénomènes dans le temps et l'espace). De nombreux phénomènes avec des dynamiques complexes sont ainsi associés à des données spatio-temporelles. Par exemple, la dynamique d'une maladie infectieuse peut être décrite par les interactions entre les humains et le vecteur de transmission associé ainsi que par certains mécanismes spatio-temporels qui participent à son évolution. La modification de l'un des composants de ce système peut déclencher des variations dans les interactions entre les composants et finalement, faire évoluer le comportement global du système.Pour faire face à ces nouveaux enjeux, de nouveaux processus et méthodes doivent être développés afin d'exploiter au mieux l'ensemble des données disponibles. Tel est l'objectif de la fouille de données spatio-temporelles qui correspond à l'ensemble de techniques et méthodes qui permettent d'obtenir des connaissances utiles à partir de gros volumes de données spatio-temporelles. Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la fouille de données spatio-temporelles et l'extraction de motifs séquentiels. Plus précisément, deux méthodes génériques d'extraction de motifs sont proposées. La première permet d'extraire des motifs séquentiels incluant des caractéristiques spatiales. Dans la deuxième, nous proposons un nouveau type de motifs appelé "motifs spatio-séquentiels". Ce type de motifs permet d'étudier l'évolution d'un ensemble d'événements décrivant une zone et son entourage proche. Ces deux approches ont été testées sur deux jeux de données associées à des phénomènes spatio-temporels : la pollution des rivières en France et le suivi épidémiologique de la dengue en Nouvelle Calédonie. Par ailleurs, deux mesures de qualité ainsi qu'un prototype de visualisation de motifs sont été également proposés pour accompagner les experts dans la sélection des motifs d'intérêts. / Thanks to the new technologies (smartphones, sensors, etc.), large amounts of spatiotemporal data are now available. The associated database can be called spatiotemporal databases because each row is described by a spatial information (e.g. a city, a neighborhood, a river, etc.) and temporal information (e.g. the date of an event). This huge data is often complex and heterogeneous and generates new needs in knowledge extraction methods to deal with these constraints (e.g. follow phenomena in time and space).Many phenomena with complex dynamics are thus associated with spatiotemporal data. For instance, the dynamics of an infectious disease can be described as the interactions between humans and the transmission vector as well as some spatiotemporal mechanisms involved in its development. The modification of one of these components can trigger changes in the interactions between the components and finally develop the overall system behavior.To deal with these new challenges, new processes and methods must be developed to manage all available data. In this context, the spatiotemporal data mining is define as a set of techniques and methods used to obtain useful information from large volumes of spatiotemporal data. This thesis follows the general framework of spatiotemporal data mining and sequential pattern mining. More specifically, two generic methods of pattern mining are proposed. The first one allows us to extract sequential patterns including spatial characteristics of data. In the second one, we propose a new type of patterns called spatio-sequential patterns. This kind of patterns is used to study the evolution of a set of events describing an area and its near environment.Both approaches were tested on real datasets associated to two spatiotemporal phenomena: the pollution of rivers in France and the epidemiological monitoring of dengue in New Caledonia. In addition, two measures of quality and a patterns visualization prototype are also available to assist the experts in the selection of interesting patters.

L'analyse du domaine vise à identifier et organiser les caractéristiques communes et variables dans un domaine. Dans la pratique, le coût initial et le niveau d'effort manuel associés à cette analyse constituent un obstacle important pour son adoption par de nombreuses organisations qui ne peuvent en bénéficier. La contribution générale de cette thèse consiste à adopter et exploiter des techniques de traitement automatique du langage naturel et d'exploration de données pour automatiquement extraire et modéliser les connaissances relatives à la variabilité à partir de documents informels. L'enjeu est de réduire le coût opérationnel de l’analyse du domaine. Nous étudions l'applicabilité de notre idée à travers deux études de cas pris dans deux contextes différents: (1) la rétro-ingénierie des Modèles de Features (FMs) à partir des exigences réglementaires de sûreté dans le domaine de l’industrie nucléaire civil et (2) l’extraction de Matrices de Comparaison de Produits (PCMs) à partir de descriptions informelles de produits. Dans la première étude de cas, nous adoptons des techniques basées sur l’analyse sémantique, le regroupement (clustering) des exigences et les règles d'association. L'évaluation de cette approche montre que 69% de clusters sont corrects sans aucune intervention de l'utilisateur. Les dépendances entre features montrent une capacité prédictive élevée: 95% des relations obligatoires et 60% des relations optionnelles sont identifiées, et la totalité des relations d'implication et d'exclusion sont extraites. Dans la deuxième étude de cas, notre approche repose sur la technologie d'analyse contrastive pour identifier les termes spécifiques au domaine à partir du texte, l'extraction des informations pour chaque produit, le regroupement des termes et le regroupement des informations. Notre étude empirique montre que les PCMs obtenus sont compacts et contiennent de nombreuses informations quantitatives qui permettent leur comparaison. L'expérience utilisateur montre des résultats prometteurs et que notre méthode automatique est capable d'identifier 43% de features correctes et 68% de valeurs correctes dans des descriptions totalement informelles et ce, sans aucune intervention de l'utilisateur. Nous montrons qu'il existe un potentiel pour compléter ou même raffiner les caractéristiques techniques des produits. La principale leçon à tirer de ces deux études de cas, est que l’extraction et l’exploitation de la connaissance relative à la variabilité dépendent du contexte, de la nature de la variabilité et de la nature du texte. / Domain analysis is the process of analyzing a family of products to identify their common and variable features. This process is generally carried out by experts on the basis of existing informal documentation. When performed manually, this activity is both time-consuming and error-prone. In this thesis, our general contribution is to address mining and modeling variability from informal documentation. We adopt Natural Language Processing (NLP) and data mining techniques to identify features, commonalities, differences and features dependencies among related products. We investigate the applicability of this idea by instantiating it in two different contexts: (1) reverse engineering Feature Models (FMs) from regulatory requirements in nuclear domain and (2) synthesizing Product Comparison Matrices (PCMs) from informal product descriptions. In the first case study, we adopt NLP and data mining techniques based on semantic analysis, requirements clustering and association rules to assist experts when constructing feature models from these regulations. The evaluation shows that our approach is able to retrieve 69% of correct clusters without any user intervention. Moreover, features dependencies show a high predictive capacity: 95% of the mandatory relationships and 60% of optional relationships are found, and the totality of requires and exclude relationships are extracted. In the second case study, our proposed approach relies on contrastive analysis technology to mine domain specific terms from text, information extraction, terms clustering and information clustering. Overall, our empirical study shows that the resulting PCMs are compact and exhibit numerous quantitative and comparable information. The user study shows that our automatic approach retrieves 43% of correct features and 68% of correct values in one step and without any user intervention. We show that there is a potential to complement or even refine technical information of products. The main lesson learnt from the two case studies is that the exploitability and the extraction of variability knowledge depend on the context, the nature of variability and the nature of text.

Nous proposons dans ce travail d'analyser le comportement des utilisateurs exploitant des données vidéo. Notre objectif est de contribuer à comprendre pourquoi et comment chacune des séquences vidéo est visionnée par les utilisateurs. Pour cela, nous présentons une approche qui combine usage intra-vidéo et usage inter-vidéo. Au niveau intra-vidéo, nous définissons le visionnage d'une vidéo comme unité de comportement. Au niveau inter-vidéo, nous introduisons la session (enchaînement des vidéos visionnées) comme unité de comportement. Un comportement intra-vidéo est modélisé par un modèle de Markov construit en utilisant les différentes actions réalisées lors des vision nages que nous regroupons à l'aide d'une nouvelle méthode de regroupement (K-models). Cette méthode est dérivée de la technique des K-moyennes adaptée à l'utilisation de modèles. Nous caractérisons ainsi plusieurs comportements type qui permettent d'estimer quelle fut l'utilité ou d'une séquence vidéo lors d'une session. Un comportement inter-vidéo est modélisé par une session. Cette session est une séquence ordonnée des vision nages des séquences vidéo. Pour regrouper ces sessions, nous proposons une technique de regroupement hiérarchique qui présente la particularité de traiter des classes représentées par plusieurs sous-séquences enrichies par les comportements intra-vidéo. Les résultats obtenus sur des ensembles de test permettent d'identifier les comportements observés et d'en tirer des suppositions sur la pertinence des vidéos. Nous proposons également un modèle d'intégration dans un moteur de recherche permettant de détecter les erreurs d'indexation et de proposer des recherches alternatives.

Les visualisations de données permettent de transmettre de l'information aux utilisateurs. Pour explorer et comprendre les données, les utilisateurs sont amenés à interagir avec ces visualisations.Toutefois, l'interaction avec les visualisations modifie le visuel. Pour éviter des changements brusques et garder l'utilisateur focalisé sur les objets graphiques d'intérêt, des transitions visuelles sont nécessaires pour accompagner les modifications de la visualisation. Ces transitions visuelles peuvent être codées sous la forme d'animations, ou de techniques qui permettent de faire des correspondances, ou des liens avec des données représentées sur plusieurs affichages. Le premier objectif de cette thèse était d'étudier les bénéfices et les propriétés des animations pour l'exploration et la compréhension de grandes quantités de données multidimensionnelles. Nous avons établi en conséquence une taxonomie des transitions animées en visualisation d'information basée sur les tâches des utilisateurs. Cette taxonomie a permis de constater qu'il n'existe pas de contrôle utilisateur sur la direction des objets durant l'animation. Nous avons donc proposé des interactions pour le contrôle de la direction des objets graphiques lors d'une transition animée. D'autre part, nous avons étudié une technique de transition animée mettant en jeu une rotation 3D entre visualisations. Nous avons identifié les avantages qu'elle pouvait apporter et en avons proposé une amélioration.Le second objectif était d'étudier les transitions visuelles dans le domaine du Contrôle du Trafic Aérien. En effet, les contrôleurs utilisent de nombreuses visualisations qui comportent des informations étalées et dupliquées sur plusieurs affichages: l'écran Radar, le tableau de strips, des listes spécifiques d'avions (départ, arrivées) etc. Ainsi dans leur activité, les Contrôleurs Aériens réalisent des transitions visuelles en recherchant et en reliant de l'information à travers les différents affichages. Nous avons étudié comment les animations pouvaient être utilisées dans le domaine du contrôle aérien en implémentant un prototype d'image radar regroupant trois visualisations usuelles pour instrumenter l'activité de supervision du trafic aérien.

L'apprentissage de modèles temporels constitue l'une des grandes problématiques de l'Exploration de Données (Data Mining). Dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle temporel appelé TITA Rules (Règle associative temporelle basé sur des arbres d'intervalles). Ce modèle permet de décrire des phénomènes ayant un certain degré d'incertitude et/ou d'imprécision. Ce modèle permet entre autres d'exprimer la synchronicité entre évènements, les contraintes temporelles disjonctives et la négation temporelle. De par leur nature, les TITA Rules peuvent êtes utilisées pour effectuer des prédictions avec une grande précision temporel. Nous avons aussi développé un algorithme capable de découvrir et d'extraire de manière efficace des TITA Rules dans de grandes bases de données temporelles. Le cœur de l'algorithme est basé sur des techniques de minimisation d'entropie, de filtrage par Apriori et par des analyses de co-dépendance. Note modèle temporelle et notre algorithme ont été appliqués et évalués sur plusieurs jeux de données issues de phénomènes réels et de phénomènes simulés. La seconde partie de cette thèse à consisté à étudier l'utilisation de notre modèle temporel sur la problématique de la Planification Automatique. Ces travaux ont mené au développement d'un algorithme de planification automatique. L'algorithme prend en entrée un ensemble de TITA Rules décrivant le fonctionnement d'un système quelconque, une description de l'état initial du système, et un but à atteindre. En retour, l'algorithme calcule un plan décrivant la meilleure façon d'atteindre le but donné. Par la nature même des TITA Rules, cet algorithme est capable de gérer l'incertain (probabilités), l'imprécision temporelle, les contraintes temporelles disjonctives, ainsi que les événements exogènes prédictibles mais imprécis.

La fouille de données et la Programmation Par Contraintes (PPC) sont deux domaines de l'informatique qui ont eu, jusqu'à très récemment, des destins séparés. Cette thèse est l'une des toutes premières à s'intéresser aux liens entre la fouille de données et la PPC, et notamment aux apports de cette dernière à l'extraction de motifs sous contraintes. Différentes méthodes génériques pour la découverte de motifs locaux ont été proposées. Mais, ces méthodes ne prennent pas en considération le fait que l'intérêt d'un motif dépend souvent d'autres motifs. Un tel motif est appelé motif n-aire. Très peu de travaux concernant l'extraction de motifs n-aires ont été menés et les méthodes développées sont toutes ad hoc. Cette thèse propose un cadre unifié pour modéliser et résoudre les contraintes n-aires en fouille de données. Tout d'abord, l'extraction de motifs n-aires est modélisée sous forme de problème de satisfaction de contraintes (CSP). Puis, un langage de requêtes à base de contraintes de haut niveau est proposé. Ce langage permet d'exprimer une large panoplie de contraintes n-aires. Plusieurs méthodes de résolution sont développées et comparées. Les apports principaux de ce cadre sont sa déclarativité et sa généricité. Il s'agit du premier cadre générique et flexible permettant la modélisation et la résolution de contraintes n-aires en fouille de données.

L'apprentissage de modèles temporels constitue l'une des grandes problématiques de l'Exploration de Données (Data Mining). Dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle temporel appelé TITA Rules (Règle associative temporelle basé sur des arbres d'intervalles). Ce modèle permet de décrire des phénomènes ayant un certain degré d'incertitude et/ou d'imprécision. Ce modèle permet entre autres d'exprimer la synchronicité entre évènements, les contraintes temporelles disjonctives et la négation temporelle. De par leur nature, les TITA Rules peuvent êtes utilisées pour effectuer des prédictions avec une grande précision temporel. Nous avons aussi développé un algorithme capable de découvrir et d'extraire de manière efficace des TITA Rules dans de grandes bases de données temporelles. Le cœur de l'algorithme est basé sur des techniques de minimisation d'entropie, de filtrage par Apriori et par des analyses de co-dépendance. Note modèle temporelle et notre algorithme ont été appliqués et évalués sur plusieurs jeux de données issues de phénomènes réels et de phénomènes simulés. La seconde partie de cette thèse à consisté à étudier l'utilisation de notre modèle temporel sur la problématique de la Planification Automatique. Ces travaux ont mené au développement d'un algorithme de planification automatique. L'algorithme prend en entrée un ensemble de TITA Rules décrivant le fonctionnement d'un système quelconque, une description de l'état initial du système, et un but à atteindre. En retour, l'algorithme calcule un plan décrivant la meilleure façon d'atteindre le but donné. Par la nature même des TITA Rules, cet algorithme est capable de gérer l'incertain (probabilités), l'imprécision temporelle, les contraintes temporelles disjonctives, ainsi que les événements exogènes prédictibles mais imprécis. / The learning of temporal patterns is a major challenge of Data mining. We introduce a temporal pattern model called Temporal Interval Tree Association Rules (Tita rules or Titar). This pattern model can be used to express both uncertainty and temporal inaccuracy of temporal events. Among other things, Tita rules can express the usual time point operators, synchronicity, order, and chaining,disjunctive time constraints, as well as temporal negation. Tita rules are designed to allow predictions with optimum temporal precision. Using this representation, we present the Titar learner algorithm that can be used to extract Tita rules from large datasets expressed as Symbolic Time Sequences. This algorithm based on entropy minimization, apriori pruning and statistical dependence analysis. We evaluate our technique on simulated and real world datasets. The problem of temporal planning with Tita rules is studied. We use Tita rules as world description models for a Planning and Scheduling task. We present an efficient temporal planning algorithm able to deal with uncertainty, temporal inaccuracy, discontinuous (or disjunctive) time constraints and predictable but imprecisely time located exogenous events. We evaluate our technique by joining a learning algorithm and our planning algorithm into a simple reactive cognitive architecture that we apply to control a robot in a virtual world.

La diffusion massive de dispositifs portables, de plus en plus utilisés pour le traitement et la communication de l'information, permet la collecte d'importantes masses de données liées à l'activité des utilisateurs sur des applications mobiles. Nous nous intéressons aux données de localisation (les traces de mobilité) qui sont issues de systèmes mobiles formés par un groupe d'utilisateurs. Les données de mobilité produites dans un système mobile sont étudiées suivant deux axes : - L'utilisation des modèles de mobilité est à la base du développement d'algorithmes de communication dédiés au systèmes mobiles. Les données de mobilité réelles concernant les utilisateurs vont nous permettre de comparer les données de mobilité synthétiques utilisées dans la simulation avec la réalité qu'ils sont censés décrire. - La manipulation des données de mobilité réelles implique une réflexion sur les conséquences que les informations extraites de ces données ont relativement à la protection de la vie privée des utilisateurs. Les contributions sur ces deux fronts sont les suivantes : - Une analyse fine des propriétés spatiales et sociales d'un ensemble de traces de mobilité réelles collecté expérimentalement à l'aide d'une plateforme à haute precision. - Une comparaison exploratoire entre des traces de mobilité réelles et des traces de mobilité synthétiques générées à partir de sept différents modèle de mobilité. - La conception et l'analyse d'un algorithme d'inférence par co-localisation décorrélée des informations sur la localisation des utilisateurs ciblés. - La quantification du potentiel des données de co-localisation non-déterministes sur la perte de protection de la vie privée d'un ensemble d'utilisateurs. / The wide diffusion of smart portable devices allows the collection of a big amount of data concerning the activities of users from mobile apps. We focus our attention on location data, i.e. mobility traces, of a set of users in a crowd. Data collected from these mobile systems are studied following two axies: - Mobility models are used to simulate the behavior of users to develop opportunistic forwarding algorithms. We compare real and synthetic mobility traces to show the distance between the reality and the models. - Information on mobility may endanger the privacy of users. We analyze the impact of such information on privacy of users. The main contributions are: - We analyze the spatial and social properties of human motion from real traces collected by a highly accurate experimental localization system. - We compare the real traces with synthetic mobility traces generated from seven popular mobility models - We provide an inference algorithm based on co-location of users and we show its efficiency on different datasets. - We quantify the effect of probabilistic co-location information by means of a novel co-location attack.

Dans le contexte du Web sémantique, les ontologies OWL représentent des connaissances explicites sur un domaine sur la base d'une conceptualisation des domaines d'intérêt, tandis que la connaissance correspondante sur les individus est donnée par les données RDF qui s'y réfèrent. Dans cette thèse, sur la base d'idées dérivées de l'ILP, nous visons à découvrir des motifs de connaissance cachés sous la forme de règles d'association multi-relationnelles en exploitant l'évidence provenant des assertions contenues dans les bases de connaissances ontologiques. Plus précisément, les règles découvertes sont codées en SWRL pour être facilement intégrées dans l'ontologie, enrichissant ainsi son pouvoir expressif et augmentant les connaissances sur les individus (assertions) qui en peuvent être dérivées. Deux algorithmes appliqués aux bases de connaissances ontologiques peuplées sont proposés pour trouver des règles à forte puissance inductive : (i) un algorithme de génération et test par niveaux et (ii) un algorithme évolutif. Nous avons effectué des expériences sur des ontologies accessibles au public, validant les performances de notre approche et les comparant avec les principaux systèmes de l'état de l'art. En outre, nous effectuons une comparaison des métriques asymétriques les plus répandues, proposées à l'origine pour la notation de règles d'association, comme éléments constitutifs d'une fonction de fitness pour l'algorithme évolutif afin de sélectionner les métriques qui conviennent à la sémantique des données. Afin d'améliorer les performances du système, nous avons proposé de construire un algorithme pour calculer les métriques au lieu d'interroger viaSPARQL-DL. / In the Semantic Web context, OWL ontologies represent explicit domain knowledge based on the conceptualization of domains of interest while the corresponding assertional knowledge is given by RDF data referring to them. In this thesis, based on ideas derived from ILP, we aim at discovering hidden knowledge patterns in the form of multi-relational association rules by exploiting the evidence coming from the assertional data of ontological knowledge bases. Specifically, discovered rules are coded in SWRL to be easily integrated within the ontology, thus enriching its expressive power and augmenting the assertional knowledge that can be derived. Two algorithms applied to populated ontological knowledge bases are proposed for finding rules with a high inductive power: (i) level-wise generated-and-test algorithm and (ii) evolutionary algorithm. We performed experiments on publicly available ontologies, validating the performances of our approach and comparing them with the main state-of-the-art systems. In addition, we carry out a comparison of popular asymmetric metrics, originally proposed for scoring association rules, as building blocks for a fitness function for evolutionary algorithm to select metrics that are suitable with data semantics. In order to improve the system performance, we proposed to build an algorithm to compute metrics instead of querying via SPARQL-DL.

De nos jours, les médias sociaux ont largement affecté tous les aspects de la vie humaine. Le changement le plus significatif dans le comportement des gens après l'émergence des réseaux sociaux en ligne (OSNs) est leur méthode de communication et sa portée. Avoir plus de connexions sur les OSNs apporte plus d'attention et de visibilité aux gens, où cela s'appelle la popularité sur les médias sociaux. Selon le type de réseau social, la popularité se mesure par le nombre d'adeptes, d'amis, de retweets, de goûts et toutes les autres mesures qui servaient à calculer l'engagement. L'étude du comportement de popularité des utilisateurs et des contenus publiés sur les médias sociaux et la prédiction de leur statut futur sont des axes de recherche importants qui bénéficient à différentes applications telles que les systèmes de recommandation, les réseaux de diffusion de contenu, les campagnes publicitaires, la prévision des résultats des élections, etc. Cette thèse porte sur l'analyse du comportement de popularité des utilisateurs d'OSN et de leurs messages publiés afin, d'une part, d'identifier les tendances de popularité des utilisateurs et des messages et, d'autre part, de prévoir leur popularité future et leur niveau d'engagement pour les messages publiés par les utilisateurs. A cette fin, i) l'évolution de la popularité des utilisateurs de l'ONS est étudiée à l'aide d'un ensemble de données d'utilisateurs professionnels 8K Facebook collectées par un crawler avancé. L'ensemble de données collectées comprend environ 38 millions d'instantanés des valeurs de popularité des utilisateurs et 64 millions de messages publiés sur une période de 4 ans. Le regroupement des séquences temporelles des valeurs de popularité des utilisateurs a permis d'identifier des modèles d'évolution de popularité différents et intéressants. Les grappes identifiées sont caractérisées par l'analyse du secteur d'activité des utilisateurs, appelé catégorie, leur niveau d'activité, ainsi que l'effet des événements externes. Ensuite ii) la thèse porte sur la prédiction de l'engagement des utilisateurs sur les messages publiés par les utilisateurs sur les OSNs. Un nouveau modèle de prédiction est proposé qui tire parti de l'information mutuelle par points (PMI) et prédit la réaction future des utilisateurs aux messages nouvellement publiés. Enfin, iii) le modèle proposé est élargi pour tirer profit de l'apprentissage de la représentation et prévoir l'engagement futur des utilisateurs sur leurs postes respectifs. L'approche de prédiction proposée extrait l'intégration de l'utilisateur de son historique de réaction au lieu d'utiliser les méthodes conventionnelles d'extraction de caractéristiques. La performance du modèle proposé prouve qu'il surpasse les méthodes d'apprentissage conventionnelles disponibles dans la littérature. Les modèles proposés dans cette thèse, non seulement déplacent les modèles de prédiction de réaction vers le haut pour exploiter les fonctions d'apprentissage de la représentation au lieu de celles qui sont faites à la main, mais pourraient également aider les nouvelles agences, les campagnes publicitaires, les fournisseurs de contenu dans les CDN et les systèmes de recommandation à tirer parti de résultats de prédiction plus précis afin d'améliorer leurs services aux utilisateurs / Nowadays, social media has widely affected every aspect of human life. The most significant change in people's behavior after emerging Online Social Networks (OSNs) is their communication method and its range. Having more connections on OSNs brings more attention and visibility to people, where it is called popularity on social media. Depending on the type of social network, popularity is measured by the number of followers, friends, retweets, likes, and all those other metrics that is used to calculate engagement. Studying the popularity behavior of users and published contents on social media and predicting its future status are the important research directions which benefit different applications such as recommender systems, content delivery networks, advertising campaign, election results prediction and so on. This thesis addresses the analysis of popularity behavior of OSN users and their published posts in order to first, identify the popularity trends of users and posts and second, predict their future popularity and engagement level for published posts by users. To this end, i) the popularity evolution of ONS users is studied using a dataset of 8K Facebook professional users collected by an advanced crawler. The collected dataset includes around 38 million snapshots of users' popularity values and 64 million published posts over a period of 4 years. Clustering temporal sequences of users' popularity values led to identifying different and interesting popularity evolution patterns. The identified clusters are characterized by analyzing the users' business sector, called category, their activity level, and also the effect of external events. Then ii) the thesis focuses on the prediction of user engagement on the posts published by users on OSNs. A novel prediction model is proposed which takes advantage of Point-wise Mutual Information (PMI) and predicts users' future reaction to newly published posts. Finally, iii) the proposed model is extended to get benefits of representation learning and predict users' future engagement on each other's posts. The proposed prediction approach extracts user embedding from their reaction history instead of using conventional feature extraction methods. The performance of the proposed model proves that it outperforms conventional learning methods available in the literature. The models proposed in this thesis, not only improves the reaction prediction models to exploit representation learning features instead of hand-crafted features but also could help news agencies, advertising campaigns, content providers in CDNs, and recommender systems to take advantage of more accurate prediction results in order to improve their user services