Neste trabalho apresentamos os mais importantes processos de estimação em algumas classes de modelos de resposta ao item (Dicotômicos e Policotômicos). Discutimos algumas propriedades desses métodos. Com o objetivo de comparar o desempenho dos métodos conduzimos simulações apropriadas. / In this work we show the most important estimation methods for some item response models (both dichotomous and polichotomous). We discuss some proprieties of these methods. To compare the characteristic of these methods we conducted appropriate simulations.

L'objectif de cette thèse est de concevoir des algorithmes qui permettent la détection robuste d’objets et d’événements dans des vidéos en s’appuyant sur une analyse conjointe de données audio et visuelle. Ceci est inspiré par la capacité remarquable des humains à intégrer les caractéristiques auditives et visuelles pour améliorer leur compréhension de scénarios bruités. À cette fin, nous nous appuyons sur deux types d'associations naturelles entre les modalités d'enregistrements audiovisuels (réalisés à l'aide d'un seul microphone et d'une seule caméra), à savoir la corrélation mouvement/audio et la co-occurrence apparence/audio. Dans le premier cas, nous utilisons la séparation de sources audio comme application principale et proposons deux nouvelles méthodes dans le cadre classique de la factorisation par matrices non négatives (NMF). L'idée centrale est d'utiliser la corrélation temporelle entre l'audio et le mouvement pour les objets / actions où le mouvement produisant le son est visible. La première méthode proposée met l'accent sur le couplage flexible entre les représentations audio et de mouvement capturant les variations temporelles, tandis que la seconde repose sur la régression intermodale. Nous avons séparé plusieurs mélanges complexes d'instruments à cordes en leurs sources constituantes en utilisant ces approches.Pour identifier et extraire de nombreux objets couramment rencontrés, nous exploitons la co-occurrence apparence/audio dans de grands ensembles de données. Ce mécanisme d'association complémentaire est particulièrement utile pour les objets où les corrélations basées sur le mouvement ne sont ni visibles ni disponibles. Le problème est traité dans un contexte faiblement supervisé dans lequel nous proposons un framework d’apprentissage de représentation pour la classification robuste des événements audiovisuels, la localisation des objets visuels, la détection des événements audio et la séparation de sources.Nous avons testé de manière approfondie les idées proposées sur des ensembles de données publics. Ces expériences permettent de faire un lien avec des phénomènes intuitifs et multimodaux que les humains utilisent dans leur processus de compréhension de scènes audiovisuelles. / The goal of this thesis is to design algorithms that enable robust detection of objectsand events in videos through joint audio-visual analysis. This is motivated by humans’remarkable ability to meaningfully integrate auditory and visual characteristics forperception in noisy scenarios. To this end, we identify two kinds of natural associationsbetween the modalities in recordings made using a single microphone and camera,namely motion-audio correlation and appearance-audio co-occurrence.For the former, we use audio source separation as the primary application andpropose two novel methods within the popular non-negative matrix factorizationframework. The central idea is to utilize the temporal correlation between audio andmotion for objects/actions where the sound-producing motion is visible. The firstproposed method focuses on soft coupling between audio and motion representationscapturing temporal variations, while the second is based on cross-modal regression.We segregate several challenging audio mixtures of string instruments into theirconstituent sources using these approaches.To identify and extract many commonly encountered objects, we leverageappearance–audio co-occurrence in large datasets. This complementary associationmechanism is particularly useful for objects where motion-based correlations are notvisible or available. The problem is dealt with in a weakly-supervised setting whereinwe design a representation learning framework for robust AV event classification,visual object localization, audio event detection and source separation.We extensively test the proposed ideas on publicly available datasets. The experimentsdemonstrate several intuitive multimodal phenomena that humans utilize on aregular basis for robust scene understanding.

Ce mémoire a été fait sous la tutelle de Jean Proulx. Il a été évalué par un jury composé de Denis Lafortune, Jean Proulx et Catherine Arseneault. Suite à l'évaluation du mémoire, ce dernier a été recommandé à la liste d'honneur du doyen et du recteur, et a été soumis pour le prix du meilleur mémoire de la FESP 2022. / Encore à ce jour, le portrait de l’agresseur sexuel sadique rapporté dans la littérature ne fait pas consensus, et ce notamment dû aux limites des études desquelles il découle (ex. : définition du sadisme sexuel qui ne fait pas consensus, échantillon hétérogène, temporalité fixée à l’âge adulte). Dans l’objectif de combler ces limites, nous avons examiné, à partir d’un échantillon composé de 206 agresseurs sexuels de femmes adultes, incarcérés au Québec (Canada), et sur la base d’une définition du sadisme sexuel validée empiriquement, la Severe Sexual Sadism Scale (SESAS), et d’une centaine de variables s’étalant de l’enfance à la phase post-délictuelle, ce qui distingue les agresseurs sexuels sadiques (n = 69) des non-sadiques (n = 137). Pour ce faire, des analyses bivariées (chi-deux) ont été réalisées. Ces analyses ont révélé que les agresseurs sexuels sadiques et non-sadiques de femmes adultes se distinguent sur plusieurs aspects, notamment de nature développementale (ex. : victimisation avant l’âge de 18 ans), psychologique (ex. : personnalité, psychopathologie), sexologique (ex. : fantaisies sexuelles déviantes) et criminologique (ex. : modus operandi). En outre, nous avons examiné, auprès du même échantillon, si le sadisme sexuel constitue ou non un phénomène hétérogène. À cette fin, des analyses de classes latentes ont été réalisées sur les items de la SESAS, lesquelles nous ont révélé que le sadisme sexuel ne constitue pas un phénomène hétérogène, se manifestant différemment selon les caractéristiques de l’agresseur sexuel. Les résultats susmentionnés et leurs implications théoriques et cliniques sont discutés. / To date, there has been no consensus in the literature on the characteristics of the sadistic sexual aggressor. This has been largely the result of the limitations of studies of this phenomenon (e.g., idiosyncratic definitions of sexual sadism, heterogeneous samples, temporality fixed at adulthood). In an effort to address these limitations, we identified the distinguishing features of sadistic (n = 69) and nonsadistic (n = 137) sexual aggressors against adult women, all of whom were incarcerated in Quebec (Canada), using the Severe Sexual Sadism Scale (SESAS), an empirically validated measurement instrument for sexual sadism, as well as other variables. Bivariate (chi-square) analyses revealed that sadistic and nonsadistic sexual aggressors of adult women differed in several ways, including developmental (e.g., victimization before age 18), psychological (e.g., personality, psychopathology), sexological (e.g., deviant sexual fantasies), and criminological (e.g., modus operandi). To determine whether sexual sadism is a heterogeneous phenomenon, latent class analyses were conducted on the SESAS items. These analyses revealed that sexual sadism is not heterogeneous, manifesting itself differently depending on the characteristics of the sexual aggressor. The above results and their theoretical and clinical implications are discussed.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

De nombreux problèmes en Apprentissage Statistique consistent à minimiser une fonction non convexe et non lisse définie sur un espace euclidien. Par exemple, les problèmes de maximisation de la vraisemblance et la minimisation du risque empirique en font partie.Les algorithmes d'optimisation utilisés pour résoudre ce genre de problèmes ont été largement étudié pour des fonctions convexes et grandement utilisés en pratique.Cependant, l'accrudescence du nombre d'observation dans l'évaluation de ce risque empirique ajoutée à l'utilisation de fonctions de perte de plus en plus sophistiquées représentent des obstacles.Ces obstacles requièrent d'améliorer les algorithmes existants avec des mis à jour moins coûteuses, idéalement indépendantes du nombre d'observations, et d'en garantir le comportement théorique sous des hypothèses moins restrictives, telles que la non convexité de la fonction à optimiser.Dans ce manuscrit de thèse, nous nous intéressons à la minimisation de fonctions objectives pour des modèles à données latentes, ie, lorsque les données sont partiellement observées ce qui inclut le sens conventionnel des données manquantes mais est un terme plus général que cela.Dans une première partie, nous considérons la minimisation d'une fonction (possiblement) non convexe et non lisse en utilisant des mises à jour incrémentales et en ligne. Nous proposons et analysons plusieurs algorithmes à travers quelques applications.Dans une seconde partie, nous nous concentrons sur le problème de maximisation de vraisemblance non convexe en ayant recourt à l'algorithme EM et ses variantes stochastiques. Nous en analysons plusieurs versions rapides et moins coûteuses et nous proposons deux nouveaux algorithmes du type EM dans le but d'accélérer la convergence des paramètres estimés. / Many problems in machine learning pertain to tackling the minimization of a possibly non-convex and non-smooth function defined on a Many problems in machine learning pertain to tackling the minimization of a possibly non-convex and non-smooth function defined on a Euclidean space.Examples include topic models, neural networks or sparse logistic regression.Optimization methods, used to solve those problems, have been widely studied in the literature for convex objective functions and are extensively used in practice.However, recent breakthroughs in statistical modeling, such as deep learning, coupled with an explosion of data samples, require improvements of non-convex optimization procedure for large datasets.This thesis is an attempt to address those two challenges by developing algorithms with cheaper updates, ideally independent of the number of samples, and improving the theoretical understanding of non-convex optimization that remains rather limited.In this manuscript, we are interested in the minimization of such objective functions for latent data models, ie, when the data is partially observed which includes the conventional sense of missing data but is much broader than that.In the first part, we consider the minimization of a (possibly) non-convex and non-smooth objective function using incremental and online updates.To that end, we propose several algorithms exploiting the latent structure to efficiently optimize the objective and illustrate our findings with numerous applications.In the second part, we focus on the maximization of non-convex likelihood using the EM algorithm and its stochastic variants.We analyze several faster and cheaper algorithms and propose two new variants aiming at speeding the convergence of the estimated parameters.

L’objectif de la présente étude est de soutenir l’utilisation d’une approche écologique pour l’analyse des données d’une évaluation standardisée. Nous implémentons cette approche en utilisant une Analyse de Classes Latentes (ACL) avec covariables sur les données du test de lecture du Programme d’Analyse des Systèmes Éducatifs de la CONFEMEN (PASEC) des élèves francophones de 6e année du primaire au Cameroun (N=617) et montrons comment une telle approche peut susciter un regard nouveau sur les résultats de cette évaluation. En effet, les programmes d’Évaluations standardisées à Larges Échelles (ELE) visent à évaluer les apprentissages et les compétences des individus et fournissent des données d’aide à la décision dans beaucoup de pays (Hogan, 2017 ; Loye, 2011 ; Wagemaker, 2014). Dans le cadre de ces ELE, les performances sont estimées uniquement sur la base des réponses que fournissent les candidats et donc de leurs capacités cognitives (Zumbo et al, 2015). Pourtant, de plus en plus de recherches suggèrent de considérer la performance à un test comme un phénomène qui se réalise dans un réseau interconnecté de connaissances, de caractéristiques individuelles et de contextes particuliers (McNamara, 2007 ; McNamara et Roever, 2006 ; Mislevy, 2018 ; Zumbo et al, 2015). L’approche écologique, qui s’inscrit dans cette perspective, s’intéresse aux hypothèses contextuelles, sociales et culturelles lors de l’estimation des performances à un test (McNamara, 2007 ; McNamara et Roever, 2006 ; Zumbo et al, 2015). Nos résultats mettent en évidence des écologies de performances en lecture qui varient en fonction des régions. Dans chacune de ces écologies, les profils de performances en lecture qui s’y dégagent dépendent des caractéristiques des élèves et des caractéristiques des milieux scolaires et extrascolaires dans lesquels ils évoluent. Nous mettons ainsi l’emphase sur le caractère situé des performances à un test permettant une lecture plus équitable des performances des différents candidats. Ce faisant, nous formulons des recommandations qui tiennent compte des réalités contextuelles des candidats contrairement aux recommandations uniformes souvent formulées à la suite des résultats aux ELE. / The purpose of this study is to support the use of an ecological approach for the analysis of standardized data assessment. This study is implimented by Latent Classes Analysis (ACL) with covariables on the test reading data of the « Programme d’Analyse des Systèmes Éducatifs de la CONFEMEN » (PASEC) french-speaking students of 6th grade primary school in Cameroon (N = 617) and shows how this approach can change the way we interpret the results of this study. Indeed, Standardized Large Scale Assessments (ELE) programs aim to appraise the learning and skills of individuals and provide decision support data in many countries (Hogan, 2017 ; Loye, 2011; Wagemaker, 2014). In the context of these ELEs, performance is estimated solely based on the responses provided by the candidates and therefore of their cognitive abilities (Zumbo et al, 2015). Yet a growing body of research suggests viewing test performance as a phenomenon that occurs in an interconnected network of knowledge, individual characteristics, and particular contexts (McNamara, 2007 ; McNamara and Roever, 2006 ; Mislevy, 2018 ; Zumbo et al. , 2015). The ecological approach, which is part of this perspective, is interested in the contextual, social and cultural hypotheses when estimating the performance of a test (McNamara and Roever, 2006 ; McNamara, 2007 ; Zumbo et al, 2015). Our results highlight reading performance ecologies that vary by region. In each of these ecologies, the reading performance profiles that emerge depend on the characteristics of the students and the characteristics of the school and out-of-school environments in which they operate. We therefore put the emphasis on the situated character of the performances on a test allowing a fairer reading of the performances of the different candidates. In doing so, we formulate recommendations that take into account the contextual realities of applicants, unlike the standard recommendations often made following ELE results.

[pt] A tarefa de resolução de correferência consiste em identificar e agrupar trechos de um texto de acordo com as entidades do mundo real a que se referem. Apesar de já ter sido abordada em outras conferências, a CoNLL de 2012 é um marco pela qualidade das bases de dados, das métricas e das soluções apresentadas. Naquela edição, o modelo vencedor utilizou um perceptron estruturado para otimizar uma árvore latente de antecedentes, atingindo a pontuação de 63.4 na métrica oficial para o dataset de teste em inglês. Nos anos seguintes, as bases e métricas apresentadas na conferência se tornaram o benchmark para a tarefa de correferência. Com novas técnicas de aprendizado de máquina desenvolvidas, soluções mais elaboradas foram apresentadas. A utilização de redes neurais rasas atingiu a pontuação de 68.8; a adição de representação contextual elevou o estado da arte para 73.0; redes neurais profundas melhoraram o baseline para 76.9 e o estado da arte atual, que é uma combinação de várias dessas técnicas, está em 79.6. Neste trabalho é apresentado uma análise de como as técnicas de representação de palavras Bag of Words, GloVe, BERT e SpanBERT utilizadas com árvores latentes de antecedentes se comparam com o modelo original de 2012. O melhor modelo encontrado foi o que utiliza SpanBERT com uma margem muito larga, o qual atingiu pontuação de 61.3 na métrica da CoNLL 2012, utilizando o dataset de teste. Com estes resultados, mostramos que é possível utilizar técnicas avançadas em estruturas mais simples e ainda obter resultados competitivos na tarefa de correferência. Além disso, melhoramos a performance de um framework de código aberto para correferência, a fim de contemplar soluções com maior demanda de memória e processamento. / [en] The coreference resolution task consists of to identify and group spans of text related to the same real-world entity. Although it has been approached in other conferences, the 2012 CoNLL is a milestone due to the improvement in the quality of its dataset, metrics, and the presented solutions. In that edition, the winning model used a structured perceptron to optimize an antecedent latent tree, achieving 63.4 on the official metric for the English test dataset. During the following years, the metrics and dataset presented in that conference became the benchmark for the coreference task. With new machine learning techniques, more elaborated solutions were presented. The use of shallow neural networks achieved 68.8; adding contextual representation raised the state-of-the-art to 73.0; deep neural networks improved the baseline to 76.9 and the current state-of-the-art, which is a combination of many of these techniques, is at 79.6. This work presents an analysis of how the word embedding mechanisms Bag of Words, GloVe, BERT and SpanBERT, used with antecedent latent trees, are compared to the original model of 2012. The best model found used SpanBERT with a very large margin, achieving 61.3 in the CoNLL 2012 metric using the test dataset. With these results, we show that it is possible to use advanced techniques in simpler structures and still achieve competitive results in the coreference task. Besides that, we improved the performance of an open source framework for coreference, so it can manage solution that demand more memory and processing.

Réalisé en cotutelle avec l'Université de Paris-Sud / La thèse a pour objectif d’étudier les rapports entre les besoins typiquement hétérogènes des personnes âgées vivant dans la communauté et l’utilisation conséquente des services médicaux et sociaux. Inspirée du concept de la fragilité, l’approche a d’abord consisté à modéliser l’hétérogénéité des besoins en classant les individus – par l’analyse de classes latentes (ACL) – dans des profils-types, chacun représentant une constellation particulière de problèmes de santé. Appliquée aux données recueillies dans le cadre du projet de démonstration du SIPA (Système de services intégrés pour personnes âgées en perte d’autonomie), l’ACL a révélé 4 profils qui se distinguent sur le plan qualitatif par les dimensions physique et cognitive, et sur le plan quantitatif par la gravité des incapacités que les individus manifestent (Article 1). L’analyse des transitions entre les profils sur 1 an et 22 mois montre des changements différenciés selon les profils et le sexe, et confirme la stabilité de la classification et sa sensibilité aux changements d’état de santé. En outre, les profils sont robustes aux effets de la mortalité et de l’attrition due aux sorties d’étude. Les rapports entre les profils, les variables sociodémographiques et les indicateurs de résultats tel l’hébergement et la mortalité appuient la validité de la classification. Les profils ont ensuite servi à modéliser les besoins dans des modèles économétriques ajustés pour étudier l’utilisation et les coûts par profil d’état de santé pour une gamme de services financés par le système public (Article 2). Ces analyses montrent que les profils permettent d’identifier des configurations distinctes d’utilisation et de coûts pour des sous-groupes représentatifs de la population âgée fragile. La sensibilité des profils aux différences d’accès et aux différences d’intensité d’utilisation révèle les choix de ces groupes cibles par les autorités locales dans la prestation des services institutionnels et des services de proximité. Enfin, une analyse fine de ces relations a été menée pour la couteuse période précédant le décès dans le but d’établir si l’intensification des coûts en fin de vie concerne les personnes âgées de manière homogène quelque soit la gravité de leur état de santé (Article 3). Les analyses comparatives des survivants et des décédés montrent une tendance inverse dans les coûts des services selon l’état de santé. Les personnes qui survivent dans des états de santé compromis coûtent significativement plus que leurs homologues relativement sains. En revanche, c’est chez les individus relativement sains, indépendamment de l’âge, qu’on retrouve les coûts de fin de vie les plus élevés – liés principalement aux hospitalisations de courte durée. Combiné aux résultats qui montrent que les coûts sont significativement moindres chez les sujets de plus de 85 ans, ce travail confirme l’hypothèse d’une compression des coûts attribuables à la morbidité chez les décédés les plus âgés. L’originalité de cette thèse tient au fait que très peu de travaux ont tenté de modéliser l’hétérogénéité de l’état de santé dans le but d’étudier ses conséquences sur l’accès, l’intensité et les coûts des services sociaux et médicaux pour notre population de référence. En outre, alors que la pertinence des soins de fin de vie et le maintien à domicile sont au cœur des préoccupations, ce travail est le premier à décrire les rapports entre l’état de santé et les coûts en fin de vie pour les personnes âgées fragiles vivant dans la communauté. / Abstract This thesis aims to study the relationship between the typically heterogeneous needs of community-living elderly and their consequent utilization of health and social services. Inspired by the concept of frailty, the approach consisted in modeling the heterogeneity – by latent class analysis (LCA) – to group individuals into homogenous categories of health status, each representing a constellation of health problems. Applied to the data collected for the demonstration project of the system of integrated services for frail elderly (SIPA), LCA revealed four health state profiles that distinguish the physical and cognitive dimensions of health and capture severity along the disability dimension (Article 1). Transition analyses over 1 year and 22 months showed differentiated and gender-specific patterns of transition probabilities, confirming the sensitivity of the profiles to change in health status. The profiles are stable over time and robust to mortality and lost to follow-up attrition. Relationships between the profiles, sociodemographic characteristics and distal outcomes, such as mortality and institutionalization, confirm the classification’s validity. These profiles were then used in two-part econometric models to study access and costs of several measures of publicly funded services (Article 2). Our results show the profiles are able to identify distinct configurations of service utilization and costs in substantially meaningful subgroups of the frail elderly population. What is important here is that the health state profiles are sensitive to differences, and changes, in available patterns of care in a specific milieu. These differences reveal choices of target groups by local authorities in delivering institutional and community-based services. Finally, a fine analysis of these differences was performed for the costly period preceding death to establish whether the high end-of-life costs affect all elderly homogenously irrespective of the severity of their health state (Article 3). A comparative analysis revealed that survivors’ and decedents’ costs of care trends according to health status go in opposite directions. Severely disabled survivors cost significantly more compared to their relatively healthy counterparts. In contrast, the highest end-of-life costs – driven by acute hospitalizations – belong to the relatively healthy, independent of age. Among survivors and among decedents, the oldest old (85+) cost significantly less compared to younger age groups. Combined, these results support the notion of a compression of costs due to morbidity in the oldest old decedents. The originality of this thesis rests on the fact that few very few studies attempted to model heterogeneity in health status with the goal of estimating its effect on patterns of service utilization. Moreover, in light of the shift towards community-based care as a response to economic pressures and population aging, our work is the first to describe the relationship between health status and end-of-life care in frail community-living elderly.

Na literatura da área da análise de sobrevivência existem os modelos tradicionais, ou sem fração de cura, e os modelos de longa duração, ou com fração de cura. Recentemente tem sido proposto um modelo mais geral, conhecido como o modelo com fatores de risco latentes com esquemas de ativação. Nesta tese são deduzidas novas propriedades que possuem a função de sobrevivência, a função de taxa de risco e o valor esperado, quando e considerado o modelo com fatores de risco latentes. Estas propriedades são importantes, já que muitos outros modelos que tem aparecido na literatura recentemente podem ser considerados como casos particulares do modelo com fatores de risco latentes. Além disto, são propostos novos modelos de sobrevivência e estes são aplicados a conjuntos de dados reais. Também é realizado um estudo de simulação e uma análise de sensibilidade, para mostrar a qualidade destes modelos / In the survival literature we can find traditional models without cure fraction and longterm models with cure fraction. A more general risk factor model with latent activation scheme has been recently proposed. In this thesis we deduce new properties for the survival function, hazard function and expected value for this model. Since many recent survival models can be regarded as particular cases of the risk factor model with latent activation scheme these properties are of great relevance. In addition we propose new survival models that are applied to real data examples. A simulation and sensibility analysis are also performed to asses the goodness of fit of these models

Nous considérions des modèles à espace d'état où les observations sont multicatégorielles et longitudinales, et l'état est décrit par des modèles du type CHARN. Nous estimons l'état au moyen des récursivités de Kalman généralisées. Celles-ci reposent sur l'application d'une variété de filtres particulaires et de l’algorithme EM. Nos résultats sont appliqués à l'estimation du trait latent en qualité de vie. Ce qui fournit une alternative et une généralisation des méthodes existantes dans la littérature. Ces résultats sont illustrés par des simulations numériques et une application aux données réelles sur la qualité de vie des femmes ayant subi une opération pour cause de cancer du sein / We consider state space models where the observations are multicategorical and longitudinal, and the state is described by CHARN models. We estimate the state by generalized Kalman recursions, which rely on a variety of particle filters and EM algorithm. Our results are applied to estimating the latent trait in quality of life, and this furnishes an alternative and a generalization of existing methods. These results are illustrated by numerical simulations and an application to real data in the quality of life of patients surged for breast cancer