Les connaissances décisionnelles sont un type particulier de connaissances dont le but est de décrire des processus de prise de décision. En cancérologie, ces connaissances sont généralement regroupées dans des guides de bonnes pratiques cliniques. Leur publication est assurée par des organismes médicaux suite à un processus d'édition collaboratif complexe. L'informatisation des guides a conduit à la volonté de formaliser l'ensemble des connaissances contenues de manière à pouvoir alimenter des systèmes d'aide à la décision. Ainsi, leur édition peut être vue comme une problématique d'acquisition des connaissances. Dans ce contexte, le but de cette thèse est de proposer des méthodes et des outils permettant de factoriser l'édition des guides et leur formalisation. Le premier apport de cette thèse est l'intégration des technologies du Web social et sémantique dans le processus d'édition. La création du wiki sémantique OncoLogiK a permis de mettre en œuvre cette proposition. Ainsi, un retour d'expérience et des méthodes sont présentés pour la migration depuis une solution Web statique. Le deuxième apport consiste à proposer une solution pour exploiter les connaissances décisionnelles présentes dans les guides. Ainsi, le framework KCATOS définit un langage d'arbres de décision simple pour lequel une traduction reposant sur les technologies du Web sémantique est développée. KCATOS propose en outre un éditeur d'arbres, permettant l'édition collaborative en ligne. Le troisième apport consiste à concilier dans un même système les approches pour la création des guides de bonnes pratiques informatisés : l'approche s'appuyant sur les connaissances symbolisée par KCATOS et l'approche documentaire d'OncoLogiK. Leur fonctionnement conjoint permet de proposer une solution bénéficiant des avantages des deux approches. De nombreuses perspectives sont exposées. La plupart d'entre elles visent à améliorer les services aux utilisateurs et l'expressivité de la base de connaissances. En prenant en compte le travail effectué et les perspectives, un modèle réaliste visant à faire du projet Kasimir un système d'aide à la décision complet est proposé.

Le problème de la clique maximum (MCP) est un problème d'optimisation combinatoire important avec un large éventail d'applications pratiques dans de nombreux domaines, y compris la recherche d'information, l'analyse de la transmission du signal, la théorie de la classification, l'économie, la planification et l'ingénierie biomédicale. En outre, un certain nombre de problèmes d'optimisation combinatoire sont étroitement liés au MCP, tels que la coloration de graphe, la somme coloration, réglez détermination du gagnant emballage et optimale. Cette thèse est consacrée à l'élaboration d'approches heuristiques efficaces pour s'attaquer au problème de la clique maximum et ses généralisations. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une approche de recherche tabou adaptative multistart pour le problème de clique maximum classique, un algorithme recherche tabou multi-voisinage pour la clique maximum de sommets pondérés, et une méthode métaheuristique hybride pour le problème de la clique maximum d'arêtes pondérés. En outre, nous appliquons ces méthodes heuristiques développées pour résoudre ces problèmes difficiles qui sont étroitement liés au problème de la clique maximum. Tous les algorithmes sont mis en oeuvre et testés avec succès sur un certain nombre de cas de référence provenant de divers domaines d'application. Les méthodes proposées concurrencent favorablement les autres approches de l'état de l'art.

La reconnaissance des expressions faciales est une tâche difficile, qui a reçu un intérêt croissant au sein de la communauté des chercheurs, et qui impacte les applications dans des domaines liés à l'interaction homme-machine (IHM). Dans le but de construire des systèmes IHM approchant le comportement humain et emotionnellement intelligents, les scientifiques essaient d'introduire la composante émotionnelle dans ce type de systèmes. Le développement récent des capteurs d'acquisition 3D a fait que les données 3D deviennent de plus en plus disponibles, et ce type de données vient pour remédier à des problèmes inhérents aux données 2D tels que les variations d'éclairage, de pose et d'échelle et de faible résolution. Plusieurs bases de données 3D du visage sont publiquement disponibles pour les chercheurs dans le domaine de la reconnaissance d'expression faciale leur permettant ainsi de valider et d'évaluer leurs approches. Cette thèse traite le problème la reconnaissance d'expressions faciale et propose une approche basée sur l'analyse de forme pour la reconnaissance d'expressions dans des cadres de données 3D statiques et 3D dynamiques. Tout d'abord, une représentation du modèle 3D du visage basée sur les courbes est proposée pour décrire les traits du visage. Puis, utilisant ces courbes, l'information de forme qui leur est liée est quantifiée en utilisant un cadre de travail basé sur la géométrie Riemannienne. Nous obtenons ainsi des scores de similarité entre les différentes formes locales du visage. Nous constituons, alors, l'ensemble des descripteurs d'expressions associées à chaque surface faciale. Enfin, ces descripteurs sont utilisés pour la classification l'expressions moyennant des algorithmes d'apprentissage automatique. Des expérimentations exhaustives sont alors entreprises pour valider notre approche. Des résultats de taux de reconnaissance d'expressions de l'ordre de 98.81% pour l'approche 3D statique, et de l'ordre de 93.83% pour l'approche 3D dynamique sont alors atteints, et sont comparés par rapport aux résultats des travaux de l'état de l'art.

Un système technologique piloté est constitué d'une variété de composants interagissant ensemble et combinant de multiples phénomènes physiques. Le stress subit par ces composants finit par engendrer des défauts (casse, usure, perforation, blocage) pouvant avoir de graves conséquences pour l'intégrité du système lui-même ou pour son environnement. Une solution, pour réduire les conséquences de tels défauts, est de mettre en place un outil embarqué de diagnostic qui permette de les détecter et les identifier rapidement et précisément pour, par exemple, placer le système dans un mode de fonctionnement approprié (mode dégradé, arrêt complet, etc.). À cette fin il apparaît alors comme impératif, lors de la phase de conception d'un tel outil de diagnostic, d'étudier la diagnosticabilité des défauts, étude qui consiste à s'assurer que l'outil sera toujours capable de diagnostiquer sans ambiguïté un défaut préalablement répertorié. Cette thèse présente une chaîne de conception outillée d'un tel outil de diagnostic appliquée à ce type de systèmes. Nous l'avons élaborée de manière complète en incluant l'ensemble des étapes nécessaires et suffisantes à la conception : les étapes préalables de représentation du système et des défauts potentiels, puis l'étude de la diagnosticabilité des défauts ainsi que la génération de l'outil associé à cette étude. L'élaboration d'un cadre théorique unifié, utilisé durant toutes les étapes de la chaîne, nous a par ailleurs permis de la garantir cohérente. Cette cohérence est de plus renforcée par le lien rigoureusement établi entre une étude de diagnosticabilité et la génération du diagnostiqueur associé. Cette thèse est le résultat d'un projet commun entre l'entreprise Sherpa Engineering ainsi que les laboratoires LRI de l'université Paris-Sud et du CNRS et LISE du CEA/LIST de Saclay.

La conduite de systèmes autonomes nécessite de prendre des décisions en fonction des observations et des objectifs courants : cela implique des tâches à effectuer en ligne, avec les moyens de calcul embarqués. Cependant, il s'agit généralement de tâches combinatoires, gourmandes en temps de calcul et en espace mémoire. Réaliser ces tâches intégralement en ligne dégrade la réactivité du système ; les réaliser intégralement hors ligne, en anticipant toutes les situations possibles, nuit à son embarquabilité. Les techniques de compilation de connaissances sont susceptibles d'apporter un compromis, en déportant au maximum l'effort de calcul avant la mise en situation du système. Ces techniques consistent à traduire un problème dans un certain langage, fournissant une forme compilée de ce problème, dont la résolution est facile et la taille aussi compacte que possible. L'étape de traduction peut être très longue, mais elle n'est effectuée qu'une seule fois, hors ligne. Il existe de nombreux langages-cible de compilation, notamment le langage des diagrammes de décision binaires (BDDs), qui ont été utilisés avec succès dans divers domaines de l'intelligence artificielle, tels le model-checking, la configuration ou la planification. L'objectif de la thèse était d'étudier l'application de la compilation de connaissances à la conduite de systèmes autonomes. Nous nous sommes intéressés à des problèmes réels de planification, qui impliquent souvent des variables continues ou à grand domaine énuméré (temps ou mémoire par exemple). Nous avons orienté notre travail vers la recherche et l'étude de langages-cible de compilation assez expressifs pour permettre de représenter de tels problèmes. Dans la première partie de la thèse, nous présentons divers aspects de la compilation de connaissances ainsi qu'un état de l'art de l'utilisation de la compilation dans le domaine de la planification. Dans une seconde partie, nous étendons le cadre des BDDs aux variables réelles et énumérées, définissant le langage-cible des " interval automata " (IAs). Nous établissons la carte de compilation des IAs et de certaines restrictions des IAs, c'est-à-dire leurs propriétés de compacité et leur efficacité vis-à-vis d'opérations élémentaires. Nous décrivons des méthodes de compilation en IAs pour des problèmes exprimés sous forme de réseaux de contraintes continues. Dans une troisième partie, nous définissons le langage-cible des " set-labeled diagrams " (SDs), une autre généralisation des BDDs, permettant de représenter des IAs discrétisés. Nous établissons la carte de compilation des SDs et de certaines restrictions des SDs, et décrivons une méthode de compilation de réseaux de contraintes discrets en SDs. Nous montrons expérimentalement que l'utilisation de IAs et de SDs pour la conduite de systèmes autonomes est prometteuse.

L'apparition d'interprètes sur de gros systèmes, tels Prolog-Dec10, puis des premiers compilateurs Prolog basés sur le fonctionnement de la machine virtuelle de Warren contribuèrent à la renommée du langage ainsi qu'a sa diffusion dans les universités puis l'industrie comme un puissant langage de l'Intelligence Artificielle [Warren-77, 83]. Le langage Prolog est fondé sur une restriction de la logique du premier ordre : l'ensemble des clauses de Horn. Le fait d'utiliser la logique du premier ordre comme langage de programmation était révolutionnaire parce que, jusqu'en 1972, une des utilisations de la logique en informatique était pour écrire des spécifications formelles et déclaratives. Kowalski nous montre dans son papier sur ce langage [Kowalski-74] que la logique des clauses de Horn possède une interprétation opérationnelle qui la rend très efficace comme fondement d'un langage de programmation, puis il effectue une preuve de la complétude de la méthode de dérivation sur laquelle se fondent tous les interprètes Prolog. De plus, la définition d'une sémantique formelle d'un langage de programmation logique [Emden-Kowalski-76] permet de définir une sémantique du point fixe pour les programmes utilisant les clauses de Hom comme syntaxe formelle, mais elle permet aussi de démontrer qu'elle était identique au modèle minimal d'une sémantique opérationnelle. Cet aspect est aussi étudié dans le cadre de la norme Prolog en cours de rédaction [Deransart&all-85].

Bien que de nombreux scores existent dans le domaine de la santé pour prédire un risque de maladie, ceux-ci sont peu utilisés alors qu'ils pourraient servir à individualiser la prévention pour la renforcer en fonction du niveau de risque estimé. Pour faciliter la production de scores performants dans la détection des profils à risque et adaptés au contexte d'utilisation, nous proposons un processus de construction de scores de risque. Afin de mener des expérimentations, nous spécifions l'architecture d'un système d'information qui supporte les processus de production et d'utilisation de scores de risque. Grâce à la mise en oeuvre d'une partie de cette architecture, nous utilisons notre processus pour expérimenter la création de scores de risque du cancer du sein basés sur une base de données américaine publique et sur les données françaises de l'étude de cohorte E3N. Sur l'exemple du cancer du sein, nous montrons qu'il est possible d'obtenir des performances comparables en termes de discrimination et supérieures en termes de calibration à celles de la littérature avec l'algorithme des plus proches voisins qui est compréhensible par les médecins et patients, tout en utilisant moins d'attributs.

Ce travail de thèse propose une méthodologie visant la résolution de certains problèmes de classification, notamment ceux concernant la classification séquentielle en tâches de Traitement Automatique des Langues. Afin d'améliorer les résultats de la tâche de classification, nous proposons l'utilisation d'une approche itérative basée sur l'erreur, qui intègre, dans le processus d'apprentissage, des connaissances d'un expert représentées sous la forme de "règles de connaissance". Nous avons appliqué la méthodologie à deux tâches liées à la détection de la spéculation ("hedging") dans la littérature scientifique: la détection de segments textuels spéculatifs ("hedge cue identification") et la détection de la couverture de ces segments ("hedge cue scope detection"). Les résultats son prometteurs: pour la première tâche, nous avons amélioré le F-score de la baseline de 2,5 points en intégrant des données sur la co-occurrence de segments spéculatifs. Concernant la deuxième tâche, l'intégration d'information syntaxique et des règles pour l'élagage syntaxique ont permis d'améliorer les résultats de la classification de 0,712 à 0,835 (F-score). Par rapport aux méthodes de l'état de l'art, les résultats sont très bons et ils suggèrent que l'approche consistant à améliorer les classifieurs basées seulement sur des erreurs commises dans un corpus, peut être également appliquée à d'autres tâches similaires. Qui plus est, ce travail de thèse propose un schéma de classes permettant de représenter l'analyse d'une phrase dans une structure unique qui intègre les résultats de différentes analyses linguistiques. Cela permet de mieux gérer le processus itératif d'amélioration du classifieur, dans lequel différents ensembles d'attributs d'apprentissage sont utilisés à chaque itération. Nous proposons également de stocker les attributs dans un modèle relationnel au lieu des structures textuelles classiques, afin de faciliter l'analyse et la manipulation des données apprises.

Je présente une approche cognitive pour la planification de trajectoire sous contraintes. Elle repose en premier lieu sur DKP: un planificateur de trajectoires par échantillonnage. DKP construit un arbre d'exploration dans les parties atteignables de l'environnement à la manière d'un A*. Les solutions sont des trajectoires splines quadratiques adaptées au contrôle de robots à deux roues indépendantes. La couche de propagation construit un espace des paramètres, contenant toutes les valeurs des paramètres laissés libres dans les solutions. Il est représenté sous la forme d'une surface contenant toutes les solutions locales qui respectent les contraintes du problème: vitesse, accélération, évitement d'obstacle... Ensuite, une recherche de solutions est effectuée sur l'espace des paramètres selon un critère d'optimisation. DKP a la propriété d'être entièrement déterministe: les résultats sont reproductibles et son comportement est complètement contrôlable. Ce contrôle me sert à définir des comportements de pilotage. Ils sont exprimés sous la forme d'un arbre de comportements: chaque comportement agit sur la manière dont l'arbre d'exploration produit par DKP progresse dans l'environnement. De plus, les comportements sont appliqués en fonction de la partie explorée. Ainsi, seuls les comportements faisables sont développés. TÆMS permet de décrire ces comportements de pilotage puis d'évaluer les solutions ainsi construites. Pour résumer, mon approche cognitive repose sur l'évolution conjointe d'un arbre de comportements de pilotage et d'un arbre d'exploration: elle fait ainsi le lien entre planification classique et planification de trajectoire sous contraintes.

Je présente une approche cognitive pour la planification de trajectoire sous contraintes. Elle repose en premier lieu sur DKP : un planificateur de trajectoires par échantillonnage. DKP construit un arbre d'exploration dans les parties atteignables de l'environnement à la manière d'un A∗ . Les solutions sont des trajectoires splines quadratiques adaptées au contrôle de robots à deux roues indépendantes. La couche de propagation construit un espace des paramètres, contenant toutes les valeurs des paramètres laissés libres dans les solutions. Il est représenté sous la forme d'une surface contenant toutes les solutions locales qui respectent les contraintes du problème : vitesse, accélération, évitement d'obstacle. . . Ensuite, une recherche de solutions est effectuée sur l'espace des paramètres selon un critère d'optimisation. DKP a la propriété d'être entièrement déterministe : les résultats sont reproductibles et son comportement est complètement contrôlable. Ce contrôle me sert à définir des comportements de pilotage. Ils sont exprimés sous la forme d'un arbre de comportements : chaque comportement agit sur la manière dont l'arbre d'exploration produit par DKP progresse dans l'environnement. De plus, les comportements sont appliqués en fonction de la partie explorée. Ainsi, seuls les comportements faisables sont développés. TÆMS permet de décrire ces comportements de pilotage puis d'évaluer les solutions ainsi construites. Pour résumer, mon approche cognitive repose sur l'évolution conjointe d'un arbre de comportements de pilotage et d'un arbre d'exploration : elle fait ainsi le lien entre planification classique et planification de trajectoire sous contraintes.