Academic literature on the topic 'Classification automatique floue'

Les travaux exposés dans cette thèse se situent dans le cadre de la classification conceptuelle automatique. Nous présentons un formalisme de représentations de données structurées et imprécises fondées sur la notion d'attribut et de valeur : les arborescences symboliques nuancées (ASN). La définition de treillis de nuances permet de prendre en compte l'imprécision d'une valeur. Les attributs peuvent être de plusieurs types : simple, structure ou même récursif et permettent de manipuler des données de nature arborescente. L'introduction de contraintes de validité entre les valeurs des attributs donne la possibilité de représenter des connaissances sur le domaine d'application. Nous proposons des algorithmes permettant de manipuler des observations définies à partir du modèle proposé et de trouver des concepts aisément interprétables. Dans un premier temps, nous définissons une correspondance de galois entre des entités et leurs descriptions à partir d'attributs nuancés mais non structurés, et nous proposons un algorithme de calcul des concepts. Ensuite, nous précisons les algorithmes de généralisation et de comparaison de deux ASN et nous présentons un algorithme incrémental de construction du treillis de galois entre des entités et des ASN. Nous étendons ainsi les treillis de galois au cas de données arborescentes et nuancées. Les concepts trouvés sont décrits de manière imprécise par des ASN. Le treillis des concepts étant de grande taille, l'introduction d'un indice de distance défini sur les ASN nous permet de générer un sous-treillis de galois formé de concepts ne dépassant pas un seuil donné de généralité. Enfin, nous définissons une mesure de similarité sur les ASN et nous proposons un algorithme d'extraction d'un graphe hiérarchique de concepts à partir d'un treillis de galois. Dans la dernière partie de la thèse, nous présentons le système CID fondé sur le formalisme des ASN et nous terminons par deux exemples d'application.

En partitionnement de données, l'objectif consiste à regrouper des objets en fonction de leur similarité. K-means est un des modèles les plus utilisés, chaque classe est représentée par son centroïde. Les objets sont assignés à la classe la plus proche selon une distance. Le choix de cette distance revêt une grande importance pour prendre en compte la similarité entre les données. En optant pour la distance de Mahalanobis au lieu de la distance euclidienne, le modèle est capable de détecter des classes de forme ellipsoïdale et non plus seulement sphérique. L'utilisation de cette distance offre de nombreuses opportunités, mais elle soulève également de nouveaux défis explorés dansma thèse.L'objectif central concerne l'optimisation des modèles, en particulier FCM-GK (variante floue de k-means) qui est un problème non convexe. L'idée est d'obtenir un partitionnement de meilleure qualité, sans créer un nouveau modèle en appliquant des méthodes d'optimisation plus robustes. À cet égard, nous proposons deux approches :ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers) et la méthode du gradient accéléré de Nesterov. Les expériences numériques soulignent l'intérêt particulier de l'optimisation par ADMM, surtout lorsque le nombre d'attributs dans le jeu de données est significativement plus élevé que le nombre de clusters. L'incorporation de la distance de Mahalanobis dans le modèle requiert l'introduction d'une mesure d'évaluation dédiée aux partitions basées sur cette distance. Une extension de la mesure d'évaluation de Xie et Beni est proposée. Cet index apparaît comme un outil pour déterminer la distance optimale à utiliser.Enfin, la gestion des sous-ensembles dans ECM (variante évidentielle) est traitée en abordant la détermination optimale de la zone d'imprécision. Une nouvelle formulation des centroides et des distances des sous-ensembles à partir des clusters est introduite. Les analyses théoriques et les expérimentations numériques mettent en évidence la pertinence de cette nouvelle formulation
In data partitioning, the goal is to group objects based on their similarity. K-means is one of the most commonly used models, where each cluster is represented by its centroid. Objects are assigned to the nearest cluster based on a distance metric. The choice of this distance is crucial to account for the similarity between the data points. Opting for the Mahalanobis distance instead of the Euclidean distance enables the model to detect classes of ellipsoidal shape rather than just spherical ones. The use of this distance metric presents numerous opportunities but also raises new challenges explored in my thesis.The central objective is the optimization of models, particularly FCM-GK (a fuzzy variant of k-means), which is a non-convex problem. The idea is to achieve a higher-quality partitioning without creating a new model by applying more robust optimization methods. In this regard, we propose two approaches: ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers) and Nesterov's accelerated gradient method. Numerical experiments highlight the particular effectiveness of ADMM optimization, especially when the number of attributes in the dataset is significantly higher than the number of clusters.Incorporating the Mahalanobis distance into the model requires the introduction of an evaluation measure dedicated to partitions based on this distance. An extension of the Xie and Beni evaluation measure is proposed. This index serves as a tool to determine the optimal distance to use.Finally, the management of subsets in ECM (evidential variant) is addressed by determining the optimal imprecision zone. A new formulation of centroids and distances for subsets from clusters is introduced. Theoretical analyses and numerical experiments underscore the relevance of this new formulation

L’objectif de la thèse est l’utilisation minimale de connaissances a priori pour engendrer des règles incertaines manipulant des données imprécises. Cet objectif a été testé via une structure multi-agents et appliqué à la reconnaissance de scénarii. Les travaux réalisés sont répartis sur trois axes : - Le premier concerne le raisonnement incertain en utilisant des données imprécises. La théorie de l’évidence et la logique bi-floue ont été utilisées pour modéliser ce raisonnement. – Le deuxième axe correspond aux systèmes classifieurs et à la programmation génétique utilisés dans le but d’engendrer les règles de reconnaissance. L’approche développée utilise la puissance offerte par la programmation génétique et la combine aux systèmes classifieurs. Un nouveau mécanisme d’apprentissage par renforcement a été proposé assurant l’utilisation de la théorie de l’évidence comme outil de raisonnement. – Le troisième axe concerne la coopération dans les systèmes multi-agents adaptatifs. Le rendement des systèmes classifieurs a été amélioré en introduisant une coopération explicite entre des agents classifieurs. Nous proposons également un nouvel opérateur de fusion de données basé sur la théorie de l’évidence et adapté aux types de données manipulées. L’approche développée a été appliquée à la reconnaissance des manœuvres automobiles. Dans ce sens, nous proposons une architecture multi-agents pour la reconnaissance et un découpage des manœuvres en plusieurs couches assurant leur reconnaissance avec un certain niveau de granularité
The objective of this thesis is to use minimal a priori knowledge in order to generate uncertain rules which manipulate imprecise data. The proposed architecture has been tested on a multi-agent system to recognize scenarios. The realized works are distributed into three axis: - The first one concerns uncertain reasoning with imprecise data. The evidence theory and intuitionistic fuzzy logic have been used to model such reasoning. – The second axis corresponds to classifier systems and genetic programming. The proposed approach use the power of genetic programming and combine it to classifier systems. A new learning mechanism based on evidence theory is introduced in order to use this theory as a support of reasoning. – The third axis concerns cooperation in adaptive multi-agents systems. Classifier systems have been improved by using an explicit cooperation between a number of classifier agents. We also propose a new data fusion operator based on evidence theory and adapted to the manipulated data. The developed system has been used to recognize car’s maneuvers. In fact, we have proposed a multi-agent architecture to make recognition. Maneuvers are decomposed into several layers in order to recognize them with a given granularity level

La plupart des méthodes de classification d’images s'appuient en premier lieu sur les attributs des objets d'intérêt. Cependant, les informations spatiales liées aux relations entre ces objets sont également utiles, comme cela a été montré en segmentation et reconnaissance de structures dans les images, et leur intégration dans des méthodes d'apprentissage et de classification commence à apparaître et évoluer. Les modélisations floues permettent de représenter à la fois l'imprécision de la relation et le passage graduel de la satisfaction à la non satisfaction de cette relation. L'objectif de ce travail est d'explorer les techniques de représentation de l’information spatiale et leur intégration dans les classifieurs d'images qui utilisent les noyaux de graphes. Nous justifions le choix de graphes étiquetés pour représenter les images dans le contexte de l'apprentissage SVM, ainsi que les adaptations nécessaires par rapport aux domaines connexes. A partir des mesures d’adjacence floues entre les objets d'intérêt, nous définissons une famille de représentations de graphes déterminés par des seuils différents appliqués à ces mesures spatiales. Enfin, nous employons plusieurs noyaux dans un apprentissage multiple afin de mettre en place des classifieurs qui peuvent tenir compte des différentes représentations graphiques de la même image à la fois. Les résultats montrent que l'information spatiale complète les caractéristiques visuelles des éléments distinctifs dans les images et que l'adaptation des fonctions noyau pour les représentations spatiales floues est bénéfique en termes de performances
Image interpretation methods use primarily the visual features of low-level or high-level interest elements. However, spatial information concerning the relative positioning of these elements is equally beneficial, as it has been shown previously in segmentation and structure recognition. Fuzzy representations permit to assess at the same time the imprecision degree of a relation and the gradual transition between the satisfiability and the non-satisfiability of a relation. The objective of this work is to explore techniques of spatial information representation and their integration in the learning process, within the context of image classifiers that make use of graph kernels. We motivate our choice of labeled graphs for representing images, in the context of learning with SVM classifiers. Graph kernels have been studied intensively in computational chemistry and biology, but an adaptation for image related graphs is necessary, since image structures and properties of the information encoded in the labeling are fundamentally different. We illustrate the integration of spatial information within the graphical model by considering fuzzy adjacency measures between interest elements, and we define a family of graph representations determined by different thresholds applied to these spatial measures. Finally, we employ multiple kernel learning in order to build up classifiers that can take into account different graphical representations of the same image at once. Results show that spatial information complements the visual features of distinctive elements in images and that adapting the discriminative kernel functions for the fuzzy spatial representations is beneficial in terms of performance

Ce travail s'inscrit dans le domaine du diagnostic des systèmes hybrides et est basé sur l'utilisation d'un modèle. Il a pour objectif de diagnostiquer les fautes à partir de la connaissance structurelle, comportementale ou fonctionnelle du système en représentant ces connaissances (modèle du système) séparément de la connaissance sur la tâche de diagnostic. Les systèmes hybrides incluent à la fois des variables continues et discrètes. La dynamique continue est généralement fournie par des équations différentielles et algébriques alors que la partie discrète est modélisée par des automates ou des systèmes à transition. Le formalisme adopté dans ce travail pour modéliser ces systèmes s'appuie sur le modèle " Réseau de Petri Différentiel à Objet " (RdPDO) qui est intégré dans la plate forme de simulation PrODHyS (Process Object Dynamic Hybrid Simulator). Il possède l'avantage de prendre en compte le comportement hybride d'une part, en associant les variables continues aux jetons et d'autre part, en associant un système algébro-différentiel aux places permettant de faire évoluer les variables d'état continues. La méthodologie de diagnostic proposée s'effectue en deux étapes. La première étape consiste à détecter à l'aide d'une classification floue, des fautes qui présentent les mêmes symptômes - à partir d'une connaissance préalable des états de défaillance obtenue par apprentissage - afin de réduire les chemins ou les scénarios à explorer lors de la seconde phase. Cette dernière sert à diagnostiquer la faute parmi celles détectées à l'étape précédente en levant l'ambiguïté. Pour ce faire, deux raisonnements ont été suivis. Le premier, qualifié de raisonnement avant, consiste à former pour chaque faute incriminée, un critère d'écarts entre les mesures effectuées sur le système et celles émanant du modèle avec la faute simulée, sur une fenêtre temporelle et d'isoler ainsi la faute aboutissant au critère le plus faible. Le second raisonnement qualifié de raisonne ment arrière, effectue des calculs similaires mais sur l'évolution temporelle passée du système par une simulation arrière effectuée avec PrODHys, offrant la possibilité supplémentaire par rapport au premier raisonnement de remonter à l'instant de la défaillance. La méthodologie développée est illustrée sur un système hydraulique souvent utilisé comme " benchmark ". Comme nous ne disposons pas d'un système réel, celui-ci est simulé à l'aide d'un modèle de simulation de type RdPDO qui cette fois-ci contient les états de défaillances et des différences (bruits, erreurs de modélisation) par rapport au modèle utilisé pour le diagnostic.

Cette thèse présente un travail de recherche en vision par ordinateur concernant la définition d'un système de vision, capable d'identifier des caractères manuscrits isolés disposés sur un support horizontal mobile. La technique employée consiste en l'analyse de l'information contenue dans les contours du polygone circonscrit au caractère. Après leurs extractions, ces contours sont décrits par des chaînes de segments de droite pour donner lieu à une nouvelle méthode de représentation des caractères : la représentation à l'aide des profils gauche et droit et des invariants algébriques et topologiques. Nous présentons également une méthode de reconnaissance par arborescence multiniveaux. Le premier niveau effectue une classification floue munie d'une comparaison dynamique entre les profils par application d'une distance définie par un codage des orientations des contours. Les niveaux suivants raffinent la décision par utilisation des invariants algébriques et topologiques. Des résultats concrets sont présentés et nous atteignons des taux de reconnaissance supérieurs à 98% dans le cas des caractères numériques manuscrits, démontrant ainsi la puissance de notre algorithme.

Pour faciliter la mise au point de systèmes de reconnaissance de formes, nous proposons une méthodologie de classification visant à réunir un ensemble de propriétés rarement satisfaites dans une même approche : performances, généricité, fiabilité, robustesse, compacité et interprétabilité. Ce dernier point permet au concepteur d'adapter, de maintenir et d'optimiser le système plus facilement. L’approche proposée, centrée sur la notion de connaissances dans un classifieur, est entièrement guidée par les données. L’originalité réside notamment dans l’exploitation conjointe de connaissances intrinsèques et discriminantes extraites automatiquement et organisées sur deux niveaux pour bénéficier au mieux de leur complémentarité : le premier modélise les classes par des prototypes flous et le second effectue une discrimination des formes similaires par des arbres de décision flous. L’ensemble est formalisé par des systèmes d'inférence floue qui sont combinés pour la classification.

En biologie, les relations entre la forme, élément majeur de la vision par ordinateur, et la fonction ont depuis longtemps été mises en évidence. Cette thèse présente une chaîne de traitement permettant d'aboutir à la classification non supervisée de formes, au suivi de déformation et à la classification supervisée de populations d'objets. Nous proposons dans un premier temps une contribution en segmentation automatique basée sur une procédure de classification floue, ainsi que deux méthodes semi-automatiques s'appuyant sur la connectivité floue et les lignes de partage des eaux. Nous menons ensuite une étude sur plusieurs descripteurs de la forme des objets utilisant des primitives et des anti-primitives, le contour , la silhouette et la courbure multi-échelle. Après mise en correspondance, les descripteurs sont soumis à une analyse statistique pour mettre en évidence les modes de variations au sein des échantillons. Le modèle statistique obtenu est à la base des applications proposées
N biology, the relationship between shape, a major element in computer vision, and function has been emphasized since a long time. This thesis proposes a processing line leading to unsupervised shape classification, deformation tracking and supervised classification of whole population of objects. We first propose a contribution to unsupervised segmentation based on a fuzzy classification method and two semi-automatic methods founded on fuzzy connectedness and watersheds. Next, we perform a study on several shape descriptors including primitives and anti-primitives, contour, silhouete and multi-scale curvature. After shape matching, the descriptors are submitted to statistical analysis to highlight the modes of variations within the samples. The obtained statistical model is the basis of the proposed applications

Ce travail se situe dans le domaine du diagnostic des processus défini comme étant l'identification de ses états fonctionnels. Dans le cas où l'obtention d'un modèle précis du processus est délicate ou impossible, la connaissance sur le système peut être extraite à partir des signaux obtenus lors d'un fonctionnement normal ou anormal en incluant des mécanismes d'apprentissage. Cette connaissance s'organise sous l'aspect d'une partition de l'espace des données sous forme de classes (représentant les états du système). Parmi les techniques d'apprentissage, celles incluant de la logique floue ont l'avantage d'exprimer les appartenances d'un individu à plusieurs classes, ceci permet de mieux connaître la situation réelle du système et prévoir des changements vers des états de défaillance. Nonobstant leurs performances adéquates, leur forte dépendance aux paramètres d'initialisation est une difficulté pour l'apprentissage. Cette thèse se situe dans l'amélioration de ces techniques, en particulier notre objectif est l'élaboration d'une méthode permettant de valider et d'adapter automatiquement la partition de l'espace de données obtenue par une technique de classification floue. Elle permet de trouver automatiquement une partition optimale en termes de compacité et de séparation des classes, à partir uniquement de la matrice des degrés d'appartenance obtenue par une classification antérieure. Cette méthode est donc une aide importante donnée à l'expert du processus pour établir les états fonctionnels dans l'implémentation d'une technique de surveillance d'un procédé complexe. Son application est illustrée sur des exemples académiques et sur le diagnostic de 3 procédés chimiques.