Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’Intelligence Artificielle symbolique. Elle y traite d’une question fondamentale liée à la représentation des connaissances et des raisonnements à base de logique. Plus précisément, elle s’intéresse au problème pouvant se produire lors de l’insertion dans un ensemble de connaissances d’une information qui peut déjà en être déduite. Comment faire en sorte que cette nouvelle information vienne préempter les informations qui permettent son inférence ? Supposons par exemple qu’un ensemble de prémisses contienne l’information “Si l’interrupteur est enclenché alors la pièce est éclairée”. Il est naturel d’espérer que l’ajout d’une règle additionnelle, en un sens plus précise que la première, et qui exprime que “Si l’interrupteur est enclenché et si l’ampoule n’est pas cassée alors la pièce est éclairée”, puisse venir la préempter. En effet, il ne doit plus être suffisant de savoir que “L’interrupteur soit enclenché” pour en conclure que “La pièce est éclairée” : il faut aussi que “L’ampoule ne soit pas cassée”. Remarquons que la seconde règle est consistante avec la première et que les cadres de logiques non monotones et de révision de croyances ou de mise à jour ne traitent pas a priori de ce problème. Nous adressons d’abord cette question dans le cadre de la logique classique et ensuite dans un cadre plus général de représentation à base de logiques non monotones, et particulièrement de celles permettant la représentation de règles avec exceptions reposant sur des tests de consistance. / This thesis is in line with the symbolic Artificial Intelligence domain. It deals with a fondamental issue of the logic-based knowledge and reasoning representation. Most particulary, this thesis is interested in the issue occurring when a piece of information is added to a knowledge set which already entails it. How to make sure that this new piece of information prevails the ones that allow its inference? Suppose for instance that a premisses set contains the piece of information “If the switch is on then the room is lighted”. It is natural to expect that adding an additional rule, in a way more precise than the first one, and which assert that “If the switch is on and if the lamp bulb is not broken then the room is lighted”, could prevail it. Indeed, it will not be sufficient to know that “The switch is on” to conclude that “The room is lighted”: it is now necessary that “The lamp bulb is not broken”. Let us note that the second rule is consistent with the first one and that the non monotonic logics and beliefs revision or update frameworks do not handle this issue in principle. First of all, we adress this issue in the classical logic framework, and secondly in a most general framework of non monotonic logic based representation, and particulary the ones that allow the representation of rules with exceptions subject of consistency test.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le développement d'un système a pour objectif de répondre à des exigences. Aussi, le succès de sa réalisation repose en grande partie sur la phase de spécification des exigences qui a pour vocation de décrire de manière précise et non ambiguë toutes les caractéristiques du système à développer.Les spécifications d'exigences sont le résultat d'une analyse des besoins faisant intervenir différentes parties. Elles sont généralement rédigées en langage naturel (LN) pour une plus large compréhension, ce qui peut mener à diverses interprétations, car les textes en LN peuvent contenir des ambiguïtés sémantiques ou des informations implicites. Il n'est donc pas aisé de spécifier un ensemble complet et cohérent d'exigences. D'où la nécessité d'une vérification formelle des spécifications résultats.Les spécifications LN ne sont pas considérées comme formelles et ne permettent pas l'application directe de méthodes vérification formelles.Ce constat mène à la nécessité de transformer les spécifications LN en spécifications formelles.C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse.La difficulté principale d'une telle transformation réside dans l'ampleur du fossé entre spécifications LN et spécifications formelles.L'objectif de mon travail de thèse est de proposer une approche permettant de vérifier automatiquement des spécifications d'exigences utilisateur, écrites en langage naturel et décrivant le comportement d'un système.Pour cela, nous avons exploré les possibilités offertes par un modèle de représentation fondé sur un formalisme logique.Nos contributions portent essentiellement sur trois propositions :1) une ontologie en OWL-DL fondée sur les logiques de description, comme modèle de représentation pivot permettant de faire le lien entre spécifications en langage naturel et spécifications formelles; 2) une approche d'instanciation du modèle de représentation pivot, fondée sur une analyse dirigée par la sémantique de l'ontologie, permettant de passer automatiquement des spécifications en langage naturel à leur représentation conceptuelle; et 3) une approche exploitant le formalisme logique de l'ontologie, pour permettre un passage automatique du modèle de représentation pivot vers un langage de spécifications formelles nommé Maude. / The main objective of system development is to address requirements. As such, success in its realisation is highly dependent on a requirement specification phase which aims to describe precisely and unambiguously all the characteristics of the system that should be developed. In order to arrive at a set of requirements, a user needs analysis is carried out which involves different parties (stakeholders). The system requirements are generally written in natural language to garantuee a wider understanding. However, since NL texts can contain semantic ambiguities, implicit information, or other inconsistenties, this can lead to diverse interpretations. Hence, it is not easy to specify a set of complete and consistent requirements, and therefore, the specified requirements must be formally checked. Specifications written in NL are not considered to be formal and do not allow for a direct application of formal methods. We must therefore transform NL requirements into formal specifications. The work presented in this thesis was carried out in this framework. The main difficulty of such transformation is the gap between NL requirements and formal specifications. The objective of this work is to propose an approach for an automatic verification of user requirements which are written in natural language and describe a system's expected behaviour. Our approach uses the potential offered by a representation model based on a logical formalism. Our contribution has three main aspects: 1) an OWL-DL ontology based on description logic, used as a pivot representation model that serves as a link between NL requirements to formal specifications; 2) an approach for the instantiation of the pivot ontology, which allows an automatic transformation of NL requirements to their conceptual representations; and 3) an approach exploiting the logical formalism of the ontology in order to automatically translate the ontology into a formal specification language called Maude.

L'objectif de notre travail est la conception d'un cadre théorique et méthodologique permettant l'aide à la décision au sein d'un modèle de représentation des connaissances, illustré par un cas d'étude issu de la filière céréalière. Le domaine d'application plus particulièrement considéré est la définition de la qualité alimentaire, pour laquelle entrent en jeu différents points de vue (intérêt nutritionnel, qualités gustatives, sécurité sanitaire des produits) et différents acteurs (industriels, chercheurs, citoyens) dont les intentions divergent. La base de notre approche est l'utilisation de systèmes d'argumentation issus de la littérature en IA. Les systèmes d'argumentation sont des cadres formels visant à représenter des arguments, les interactions entre ces arguments, et à déterminer quels énoncés sont inférables par un ensemble d'arguments jugé cohérent, ces énoncés pouvant par exemple correspondre à des croyances ou à des décisions à prendre. L'un des cadres formels les plus abstraits, qui fait référence dans le domaine, est celui proposé par Dung en 1995. Dans ce cadre, un système d'argumentation est défini par un ensemble fini d'arguments et une relation binaire sur cet ensemble, appelée relation d'attaque. On peut également voir un tel système comme un graphe étiqueté dont les sommets sont les arguments et les arcs représentent la relation d'attaque directe. Un argument en "attaque'' un autre s'il existe un chemin de longueur impaire du premier au second, et il le "défend'' s'il en existe un de longueur paire. Un argument est inférable s'il appartient à un ensemble d'arguments ayant certaines propriétés relatives aux notions d'attaque et de défense. C'est en ce sens que l'acceptabilité des arguments est dite collective. Le système d'argumentation de Dung a été étendu notamment par l'ajout de préférences entre arguments. Celles-ci, agrégées aux attaques, donnent une relation de "défaite'', changeant le calcul de l'acceptabilité collective des arguments. Ainsi, sur la base de celle-ci, nous proposerons une méthode pour déterminer l'équivalence entre deux systèmes d'argumentation afin d'unifier ces systèmes abstraits d'argumentation à base de préférences. Un système contextuel à base de préférences est ainsi proposé (les préférences et les attaques entre arguments ont une validité contextuelle), des méthodes d'agrégations entre attaques et préférences et de fusions entre contextes sont investiguées au regard de la consistance entre arguments collectivement acceptés. La consistance est obtenue lorsque de tels ensembles ne contiennent pas de conflits en termes d'informations véhiculées et de conclusions et/ou de décisions supportées au niveau de leurs arguments. Notre démarche s'appuie sur trois courants bien connus de l'argumentation : nous proposons une vue emboîtée de l'argument répondant aux attentes du courant "micro'', qui s'attache à définir les structures internes de l'argument; nous proposons de générer des attaques entre arguments basées sur les actions qu'ils soutiennent ou qu'ils rejettent. Ceci nous permet de nous intéresser également aux préoccupations du courant "macro'' pour le traitement des relations entre arguments en vue du calcul d'une acceptabilité collective. Enfin, nous nous intéressons à certains aspects du courant "rhétorique'', à savoir la définition d'audiences donnant une force contextuelle à l'argument et générant des préférences. Ce dernier aspect nous permet notamment d'établir des recommandations contextuelles. L'ensemble de la démarche, illustrée au travers d'exemples situationnels et d'un cas d'application, est inclus dans un modèle d'arbitrage argumenté, lui même en partie implémenté dans un formalisme de représentation des connaissances et de raisonnement (les graphes conceptuels). / The objective of our work is to design a theoretical and methodological framework enabling decision support within a model of knowledge representation, illustrated by a case study from the cereal industry.The specific scope considered is the definition of food quality, for which we must consider different points of view (nutritional value, flavor quality, hygiene assurance of the products) and different stakeholders (industry workers, researchers, members of the general public) whose objectives diverge.The basis of our approach is the use of argumentation systems presented in AI literature. The argumentation systems are formal frameworks that aim to represent arguments, the interactions between these arguments and determine which statements are inferred by a set of arguments considered coherent. These statements may, for example, correspond to beliefs or to decisions to make. One of the most abstract formal frameworks, a benchmark in the field, is that proposed by Dung in 1995.In this context, an argumentation system is defined by a finite set of arguments and a binary relation on this set, called the attack relation. One can also view such a system as a labeled graph on which the vertices are the arguments and the arcs represent the relationship of direct attack. An argument "attacks'' another if the path from the first to the second is of an odd length and "defends'' it if it is of an even length. An argument is inferable if it belongs to a set of arguments with some properties related to the notions of attack and defense. This is the basis for collective acceptability of arguments.Dung's argumentation framework was extended notably by the addition of preferences between arguments. These, aggregated to attacks, give a "defeat'' relationship, changing the calculation of the collective acceptability of arguments. Thus, on the basis of collective acceptability, we propose a method for determining the similarities between two argumentation systems, in order to unify these abstract, preference-based argumentation frameworks. A contextual preferences-based argumentation framework is proposed (the preferences and the attacks between arguments have a contextual validity), methods of aggregations between attacks and preferences and the mergence between contexts are investigated in terms of consistency between the collectively accepted arguments. Consistency is obtained when such sets do not contain conflicts in terms of information conveyed and conclusions and/or decisions supported by their arguments. Our approach is based on three common trend of argumentation . Firstly, we propose a nested view of argumentation that meets the expectations of the "micro" trend, which attempts to define the internal structures of the argument. Secondly, we propose to generate attacks between arguments, based on the actions they support or reject. This allows us to investigate the concerns of the "macro" trend in the treatment of relationships between arguments in view of calculated collective acceptability. Finally, we investigate some aspects of the "rhetoric" trend, to determine the definition of audiences giving contextual strength to the argument and generating preferences. This last aspect allows us to establish such contextual recommendations. The entire approach, illustrated through situational examples and an application case, is included in an argumentation-based arbitration model, which in turn is implemented in a formalism of knowledge representation and reasoning (the conceptual graphs).

Nous proposons une approche qualitative pour la résolution d'entités et la réparation de liens dans une base de connaissances bibliographiques. Notre question de recherche est : "Comment détecter et réparer les liens erronés dans une base de connaissances bibliographiques en utilisant des méthodes qualitatives ?". L'approche proposée se décompose en deux grandes parties. La première contribution est une sémantique de partitionnement utilisant des critères symboliques et servant à détecter les liens erronés. La seconde contribution est un algorithme réparant les liens erronés. Nous avons implémenté notre approche et proposé une évaluation qualitative et quantitative pour la sémantique de partitionnement ainsi que prouvé les propriétés des algorithmes utilisés pour la réparation de liens. / We propose a qualitative entity resolution approach to repair links in a bibliographicknowledge base. Our research question is: "How to detect and repair erroneouslinks in a bibliographic knowledge base using qualitative methods?" Theproposed approach is decomposed into two major parts. The first contributionconsists in a partitioning semantics using symbolic criteria used in order to detecterroneous links. The second one consists in a repair algorithm restoring link quality.We implemented our approach and proposed qualitative and quantitative evaluationfor the partitioning semantics as well as proving certain properties for the repairalgorithms.

En médecine personnalisée, les mesures et les descriptions radiologiques jouent un rôle important. En particulier, elles facilitent aux cliniciens l’établissement du diagnostic, la prise de décision thérapeutique ainsi que le suivi de la réponse au traitement. On peut citer à titre d’exemple, les critères d’évaluation RECIST (en anglais Response Evaluation Criteria in Solid Tumors). De nombreuses études de corrélation en radiologie-pathologie montrent que les caractéristiques d'imagerie quantitative et qualitative sont associées aux altérations génétiques et à l'expression des gènes. Par conséquent, une gestion appropriée des phénotypes d'imagerie est nécessaire pour faciliter leur utilisation et leur réutilisation dans de multiples études concernant les mesures radiologiques. En littérature, les mesures radiologiques qui caractérisent les processus biologiques des sujets imagés sont appelées biomarqueurs d'imagerie. L'objectif principal de cette thèse est de proposer une conceptualisation ontologique des biomarqueurs d'imagerie pour rendre leur sens explicite et formel, améliorer le reporting structuré des images. La première partie de la thèse présente une ontologie générique qui définit les aspects fondamentaux du concept de biomarqueur d'imagerie, à savoir : les caractéristiques biologiques mesurées, les protocoles de mesure et les rôles des biomarqueurs imagerie dans la prise de décision. La deuxième partie de la thèse traite des problèmes de modélisation sémantique liés à la description des données d’observation en neuro-imagerie en utilisant les connaissances biomédicales existantes. Ainsi, elle propose des solutions ''pertinentes'' aux situations les plus typiques qui doivent être modélisées dans le glioblastome. / In personalized medicine, radiological measurements and observations play an important role; in particular they help clinicians in making their diagnosis, selecting the appropriate treatment and monitoring the therapeutic response to an intervention as for example the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST). Many radiology-pathology correlation studies show that quantitative and qualitative imaging features are associated to genetic alterations and gene expression. Therefore, suitable management of imaging phenotypes is needed to facilitate their use and reuse in multiple studies regarding radiological measurements. In litterature, radiological measurements that characterize biological processes of imaged subjects are called imaging biomarkers. The main objective of this thesis is to propose an ontological conceptualisation of imaging biomarkers to make their meaning explicit and formal, improve structured reporting of images. The first part of the thesis presents a generic ontology that defines basic aspects of the imaging biomarker concept, namely; measured biological characteristic, measurement protocols and role in decision making application. The second part of the thesis adresses important semantic modeling challenges related to the description of neuro-imaging data using existing biomedical knowledge, as well as it proposes some “relevant” solutions to the most typical situations that need to be modeled in glioblastoma.

Les technologies de l'informatique et de la robotique sont en perpétuelle évolution. S'appuyant sur cette évolution technologique, les systèmes d’aide à l’opérateur restent un domaine de recherche d’actualité. Le principal défi des systèmes de la future génération est d'être "intelligents", sensibles au contexte dans un environnement complexe et imprévisible. Cette thèse entre dans ce cadre et traite de la compréhension dynamique du contexte par un robot évoluant dans un tel environnement. En particulier, elle s'intéresse à la question suivante: comment rendre un robot capable de réagir face aux situations de blocage, imprévues dans son plan d’action initial, pour accomplir l’objectif fixé par l’opérateur ? Dans la littérature, ce problème a été soulevé et résolu en partie en programmant dans le système robotique, certaines des fonctions rendant le robot plus autonome. Cependant, l'intégration de ces fonctions dans un même cadre est manquante et plusieurs recherches dans ce sens sont en cours. Dans nos travaux nous proposons un système supportant une approche complète et générique, qui assure à un robot la capacité d’être conscient de la situation de blocage dans laquelle il se trouve et de comprendre et faire face aux situations de blocage rencontrées. Notre approche, nommée Robot Situation AWareness (RSAW) est inspirée de la notion de Situation Awareness (SA) qui a fait ses preuves dans de nombreux domaines notamment dans l’aviation. Nos principales contributions dans RSAW portent sur la conception d’un cadre sémantique intégrant la capacité de compréhension, fondé sur une représentation des connaissances générique, donnant la possibilité d’appliquer des techniques de raisonnement empruntées aux sciences cognitives. L’intégration de RSAW dans un système robotique a également été étudiée, conçue et mise en œuvre dans un système à couches. Ce système d'expérimentation est le robot SAM (Smart Autonomous Majordomo) doté du système AVISO et développé par le CEA-LIST. Les résultats des expérimentations élaborées dans le cadre des travaux menés dans cette thèse sont concluants et prometteurs / Computer technology and robotics are in perpetual evolution. Based on this technological evolution, the operator support systems remain a topical domain of research. The main challenge for the next generation of systems is to be "intelligent", aware of the context in a complex and unpredictable environment. This thesis is into this framework and addresses the dynamic understanding of the context by a robot evolving in such an environment. In particular, the work is interested in the question: How to make a robot able to react to blocked situations unplanned in its initial action plan to achieve the goal set by the operator?In the literature, this issue was raised and resolved in part by programming in robotic system, some of the features making a robot more autonomous. However, the integration of these functions in one framework is missing and more research in this direction is underway. In our work we propose a system supporting a complete and generic approach that ensures a robot the ability to be aware of the blocking situation in which it is found, to understand and deal with deadlock situations encountered. Our approach, called Robot Situation Awareness (RSAW) is inspired by the notion of Situation Awareness (SA), which has been proven in many areas especially in aviation. Our main contributions in RSAW involve the design of a semantic framework integrating the understanding capacity, based on a generic representation of knowledge and giving the possibility to apply reasoning techniques borrowed from cognitive science. Integrating RSAW in a robotic system has also been studied, designed and implemented in a layer system. This experimental system is the robot SAM (Smart Autonomous Majordomo) with the AVISO system developed by CEA-LIST. The conducted experiments allowed testing of the deductive reasoning in resolving a blocked situation and confirmed the need to resort to analogical reasoning. Another wave of experimentation has taken place to prove the effectiveness of our choices. The results of experiments developed as part of the work in this thesis are successful and promising

La modélisation de cartes génomiques, qui sont un outil indispensable aux biologistes moléculaires, pose de nombreux problémes de représentation et de traitement. Les premiers proviennent de l'existence de plusieurs descriptions des entités du génome, les seconds de la complexité algorithmique de la construction des cartes, ajoutée à la nécessité de pouvoir traiter les incohérences issues des expériences. Ce travail s'attache dans un premier temps à préciser la notion de carte grâce à une formalisation qui spécifie comment sont construites les cartes génomiques et quelles sont les relations entre les entités qui y apparaissent. Celle-ci est ensuite implémentée dans un système de représentation de connaissances par objets. Dans un second temps, un algorithme de construction de cartes à partir de la description des relations entre les entités qui les constituent est proposé. Cet algorithme s'appuie sur des techniques de raisonnement temporel et intègre des informations aussi bien qualitatives que quantitatives. Son implémentation a été réalisée à partir d'un logiciel de raisonnement temporel et valide la généricité de la démarche qui peut profiter de tous les progrès dans ce domaine de façon quasi-immédiate. Les spécifications d'un générateur d'interfaces cartographiques sont également présentées ; à la différence des systèmes existants, ce générateur n'est pas restreint à une seule interface cartographique ad hoc mais constitue une boite à outils permettant de construire soi-même son interface cartographique personnalisée.

On souhaite modéliser la sémantique d'un réseau de connaissances hétérogènes mises en correspondances. On suppose que ces réseaux sont représentés par un ensemble d'ontologies reliées entre elles par des alignements d'ontologies. Dans un contexte comme le Web ou certains réseaux pair-à-pair, diverses ontologies sont accessibles mais fortement hétérogènes en termes d'expressivité et de modélisation. Aussi, les systèmes d'inférence associés peuvent être indépendants les uns des autres. Je propose une sémantique générique pour ces réseaux, tolérante à l'hétérogénéité et permettant d'exploiter des systèmes existants sans les perturber. Cette sémantique garantie par ailleurs le principe de médiation, et permet une réutilisabilité des alignements et des ontologies. J'en propose quatre applications : les ontologies modulaires ; un langage d'alignement expressif distinct du langage d'ontologies ; un opérateur de composition d'alignements ; une procédure de raisonnement distribué.

Ce mémoire est le reflet de 17 ans d'activités de recherche liées aux modèles et aux techniques orientés objet mises en oeuvre en base de données, en représentation des connaissances puis plus récemment en système d'information. J'ai participé à des projets dont l'objectif commun était de contribuer à l'évolution des SGBD et des SRC pour une meilleure prise en compte des informations complexes et évolutives liées aux applications d'ingénierie (la CAO, l'ingénierie des méthodes, les systèmes d'information produit, etc.). Les principaux apports de ces projets ont été de montrer que les approches " tout objet " constituent un précieux outil de représentation des connaissances : · permettant d'exprimer la sémantique des systèmes et de leurs concepts, · facilitant la mise en oeuvre de mécanismes d'évolution, · favorisant l'élaboration d'environnements adaptables à des besoins particuliers. L'approche objet offre de fait la possibilité de réutiliser des classes. Cependant, il est clair qu'aujourd'hui un concepteur ne peut plus spécifier et implanter un système en partant d'une granularité aussi fine. Il ne s'agit plus de réutiliser une classe ou un mécanisme de bas niveau tel que l'instanciation mais de favoriser la réutilisation d'architectures de granularité plus importante (ensemble de classes, de types, etc.) et détenant en propre leurs propres mécanismes d'utilisation. La réutilisation à tous les stades du développement des systèmes d'information est devenue depuis 1997 mon principal thème de recherche. L'accent est particulièrement mis sur les approches à base de patrons (pattern).