Academic literature on the topic 'Interprétabilité des modèles'

Cette thèse porte sur le domaine du XAI (explicabilité de l'IA), et plus particulièrement sur le paradigme de l'interprétabilité locale post-hoc, c'est-à-dire la génération d'explications pour une prédiction unique d'un classificateur entraîné. En particulier, nous étudions un contexte totalement agnostique, c'est-à-dire que l'explication est générée sans utiliser aucune connaissance sur le modèle de classification (traité comme une boîte noire) ni les données utilisées pour l'entraîner. Dans cette thèse, nous identifions plusieurs problèmes qui peuvent survenir dans ce contexte et qui peuvent être préjudiciables à l'interprétabilité. Nous nous proposons d'étudier chacune de ces questions et proposons des critères et des approches nouvelles pour les détecter et les caractériser. Les trois questions sur lesquelles nous nous concentrons sont : le risque de générer des explications qui sont hors distribution ; le risque de générer des explications qui ne peuvent être associées à aucune instance d'entraînement ; et le risque de générer des explications qui ne sont pas assez locales. Ces risques sont étudiés à travers deux catégories spécifiques d'approches de l'interprétabilité : les explications contrefactuelles et les modèles de substitution locaux
This thesis focuses on the field of XAI (eXplainable AI), and more particularly local post-hoc interpretability paradigm, that is to say the generation of explanations for a single prediction of a trained classifier. In particular, we study a fully agnostic context, meaning that the explanation is generated without using any knowledge about the classifier (treated as a black-box) nor the data used to train it. In this thesis, we identify several issues that can arise in this context and that may be harmful for interpretability. We propose to study each of these issues and propose novel criteria and approaches to detect and characterize them. The three issues we focus on are: the risk of generating explanations that are out of distribution; the risk of generating explanations that cannot be associated to any ground-truth instance; and the risk of generating explanations that are not local enough. These risks are studied through two specific categories of interpretability approaches: counterfactual explanations, and local surrogate models

L'objectif de cette thèse est d'améliorer la recherche d'objets visuels à l'aide de l'interactivité avec l'utilisateur. Notre solution est de construire un système intéractif permettant aux utilisateurs de définir leurs propres concepts visuels à partir de certains mots-clés visuels. Ces mots-clés visuels, qui en théorie représentent les mots visuels les plus informatifs liés à une catégorie d'objets, sont appris auparavant à l'aide d'un algorithme d'apprentissage supervisé et d'une manière discriminative. Le challenge est de construire des mots-clés visuels concis et interprétables. Notre contribution repose sur deux points. D'abord, contrairement aux approches existantes qui utilisent les sacs de mots, nous proposons d'employer les descripteurs locaux sans aucune quantification préalable. Deuxièmement, nous proposons d'ajouter une contrainte de régularisation à la fonction de perte de notre classifieur pour favoriser la parcimonie des modèles produits. La parcimonie est en effet préférable pour sa concision (nombre de mots visuels réduits) ainsi pour sa diminution du temps de prédiction. Afin d'atteindre ces objectifs, nous avons développé une méthode d'apprentissage à instances multiples utilisant une version modifiée de l'algorithme BLasso. BLasso est une forme de boosting qui se comporte similairement au LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator). Cet algorithme régularise efficacement la fonction de perte avec une contrainte additive de type $L_1$ et ceci en alternant entre des itérations en avant et en arrière. La méthode proposée est générique dans le sens où elle pourrait être utilisée avec divers descripteurs locaux voire un ensemble structuré de descripteurs locaux qui décrit une région locale de l'image.

Les séries temporelles sont des collections de données obtenues par des mesures dans le temps. Cette données vise à fournir des éléments de réflexion pour l'extraction d'événements et à les représenter dans une configuration compréhensible pour une utilisation ultérieure. L'ensemble du processus de découverte et d'extraction de modèles à partir de l'ensemble de données s'effectue avec plusieurs techniques d'extraction, notamment l'apprentissage automatique, les statistiques et les clusters. Ce domaine est ensuite divisé par le nombre de sources adoptées pour surveiller un phénomène. Les séries temporelles univariées lorsque la source de données est unique, et les séries temporelles multivariées lorsque la source de données est multiple. La série chronologique n'est pas une structure simple. Chaque observation de la série a une relation forte avec les autres observations. Cette interrelation est la caractéristique principale des séries temporelles, et toute opération d'extraction de séries temporelles doit y faire face. La solution adoptée pour gérer l'interrelation est liée aux opérations d'extraction. Le principal problème de ces techniques est de ne pas adopter d'opération de prétraitement sur les séries temporelles. Les séries temporelles brutes comportent de nombreux effets indésirables, tels que des points bruyants ou l'énorme espace mémoire requis pour les longues séries. Nous proposons de nouvelles techniques d'exploration de données basées sur l'adoption des caractéristiques plus représentatives des séries temporelles pour obtenir de nouveaux modèles à partir des données. L'adoption des caractéristiques a un impact profond sur la scalabilité des systèmes. En effet, l'extraction d'une caractéristique de la série temporelle permet de réduire une série entière en une seule valeur. Par conséquent, cela permet d'améliorer la gestion des séries temporelles, en réduisant la complexité des solutions en termes de temps et d'espace. FeatTS propose une méthode de clustering pour les séries temporelles univariées qui extrait les caractéristiques les plus représentatives de la série. FeatTS vise à adopter les particularités en les convertissant en réseaux de graphes pour extraire les interrelations entre les signaux. Une matrice de cooccurrence fusionne toutes les communautés détectées. L'intuition est que si deux séries temporelles sont similaires, elles appartiennent souvent à la même communauté, et la matrice de cooccurrence permet de le révéler. Dans Time2Feat, nous créons un nouveau clustering de séries temporelles multivariées. Time2Feat propose deux extractions différentes pour améliorer la qualité des caractéristiques. Le premier type d'extraction est appelé extraction de caractéristiques intra-signal et permet d'obtenir des caractéristiques à partir de chaque signal de la série temporelle multivariée. Inter-Signal Features Extraction permet d'obtenir des caractéristiques en considérant des couples de signaux appartenant à la même série temporelle multivariée. Les deux méthodes fournissent des caractéristiques interprétables, ce qui rend possible une analyse ultérieure. L'ensemble du processus de clustering des séries temporelles est plus léger, ce qui réduit le temps nécessaire pour obtenir le cluster final. Les deux solutions représentent l'état de l'art dans leur domaine. Dans AnomalyFeat, nous proposons un algorithme pour révéler des anomalies à partir de séries temporelles univariées. La caractéristique de cet algorithme est la capacité de travailler parmi des séries temporelles en ligne, c'est-à-dire que chaque valeur de la série est obtenue en streaming. Dans la continuité des solutions précédentes, nous adoptons les fonctionnalités de révélation des anomalies dans les séries. Avec AnomalyFeat, nous unifions les deux algorithmes les plus populaires pour la détection des anomalies : le clustering et le réseau neuronal récurrent. Nous cherchons à découvrir la zone de densité du nouveau point obtenu avec le clustering
Time series are collections of data obtained through measurements over time. The purpose of this data is to provide food for thought for event extraction and to represent them in an understandable pattern for later use. The whole process of discovering and extracting patterns from the dataset is carried out with several extraction techniques, including machine learning, statistics, and clustering. This domain is then divided by the number of sources adopted to monitor a phenomenon. Univariate time series when the data source is single and multivariate time series when the data source is multiple. The time series is not a simple structure. Each observation in the series has a strong relationship with the other observations. This interrelationship is the main characteristic of time series, and any time series extraction operation has to deal with it. The solution adopted to manage the interrelationship is related to the extraction operations. The main problem with these techniques is that they do not adopt any pre-processing operation on the time series. Raw time series have many undesirable effects, such as noisy points or the huge memory space required for long series. We propose new data mining techniques based on the adoption of the most representative features of time series to obtain new models from the data. The adoption of features has a profound impact on the scalability of systems. Indeed, the extraction of a feature from the time series allows for the reduction of an entire series to a single value. Therefore, it allows for improving the management of time series, reducing the complexity of solutions in terms of time and space. FeatTS proposes a clustering method for univariate time series that extracts the most representative features of the series. FeatTS aims to adopt the features by converting them into graph networks to extract interrelationships between signals. A co-occurrence matrix merges all detected communities. The intuition is that if two time series are similar, they often belong to the same community, and the co-occurrence matrix reveals this. In Time2Feat, we create a new multivariate time series clustering. Time2Feat offers two different extractions to improve the quality of the features. The first type of extraction is called Intra-Signal Features Extraction and allows to obtain of features from each signal of the multivariate time series. Inter-Signal Features Extraction is used to obtain features by considering pairs of signals belonging to the same multivariate time series. Both methods provide interpretable features, which makes further analysis possible. The whole time series clustering process is lighter, which reduces the time needed to obtain the final cluster. Both solutions represent the state of the art in their field. In AnomalyFeat, we propose an algorithm to reveal anomalies from univariate time series. The characteristic of this algorithm is the ability to work among online time series, i.e. each value of the series is obtained in streaming. In the continuity of previous solutions, we adopt the functionality of revealing anomalies in the series. With AnomalyFeat, we unify the two most popular algorithms for anomaly detection: clustering and recurrent neural network. We seek to discover the density area of the new point obtained with clustering

À une époque où les données, souvent interprétées comme une «réalité terrain»,sont produites dans des quantités gargantuesques, un besoin de compréhension et d’interprétation de ces données se développe en parallèle. Les jeux de données étant maintenant principalement relationnels, il convient de développer des méthodes qui permettent d’extraire de l’information pertinente décrivant à la fois les objets et les relations entre eux. Les règles d’association, adjointes des mesures de confiance et de support, décrivent les co-occurences entre les caractéristiques des objets et permettent d’exprimer et d’évaluer de manière explicite l’information contenue dans un jeu de données. Dans cette thèse, on présente et développe l’analyse relationnelle de concepts pour extraire des règles traduisant tant les caractéristiques propres d’un ensemble d’objets que les liens avec d’autres ensembles. Une première partie développe la théorie mathématique de la méthode, alors que la seconde partie propose trois cas d’application pour étayer l’intérêt d’un tel développement. Les études sont réalisées dans des domaines variés montrant ainsi la polyvalence de la méthode : un premier cas traite l’analyse d’erreur en production industrielle métallurgique, un second cas est réalisé en psycholinguistique pour l’analyse de dictionnaires et un dernier cas montre les possibilités de la méthode en ingénierie de connaissance
At a time where data, often interpreted as "ground truth", are produced in gigantic quantities, a need for understanding and interpretability emerges in parallel. Dataset are nowadays mainly relational, therefore developping methods that allows relevant information extraction describing both objects and relation among them is a necessity. Association rules, along with their support and confidence metrics, describe co-occurrences of object features, hence explicitly express and evaluate any information contained in a dataset. In this thesis, we present and develop the relational concept analysis approach to extract the association rules that translate objects proper features along with the links with sets of objects. A first part present the mathematical part of the method, while a second part highlights three case studies to assess the pertinence of such a development. Case studies cover various domains to demonstrate the method polyvalence: the first case deals with error analysis in industrial production, the second covers psycholinguistics for dictionary analysis and the last one shows the method application in knowledge engineering

Ce mémoire s’intéresse aux modèles de Markov à variables latentes, une famille de modèles dans laquelle une chaîne de Markov latente régit le comportement d’un processus stochastique observable à travers duquel transparaît une version bruitée de la chaîne cachée. Pouvant être vus comme une généralisation naturelle des modèles de mélange, ces processus stochastiques bivariés ont entre autres démontré leur faculté à capter les dynamiques variables de maintes séries chronologiques et, plus spécifiquement en finance, à reproduire la plupart des faits stylisés des rendements financiers. Nous nous intéressons en particulier aux chaînes de Markov à temps discret et à espace d’états fini, avec l’objectif d’étudier l’apport de leurs reformulations hiérarchiques et de la relaxation de l’hypothèse d’homogénéité de la matrice de transition à la qualité de l’ajustement aux données et des prévisions, ainsi qu’à la reproduction des faits stylisés. Nous présentons à cet effet deux structures hiérarchiques, la première permettant une nouvelle interprétation des relations entre les états de la chaîne, et la seconde permettant de surcroît une plus grande parcimonie dans la paramétrisation de la matrice de transition. Nous nous intéressons de plus à trois extensions non-homogènes, dont deux dépendent de variables observables et une dépend d’une autre variable latente. Nous analysons pour ces modèles la qualité de l’ajustement aux données et des prévisions sur la série des log-rendements du S&P 500 et du taux de change Canada-États-Unis (CADUSD). Nous illustrons de plus la capacité des modèles à reproduire les faits stylisés, et présentons une interprétation des paramètres estimés pour les modèles hiérarchiques et non-homogènes. Les résultats obtenus semblent en général confirmer l’apport potentiel de structures hiérarchiques et des modèles non-homogènes. Ces résultats semblent en particulier suggérer que l’incorporation de dynamiques non-homogènes aux modèles hiérarchiques permette de reproduire plus fidèlement les faits stylisés—même la lente décroissance de l’autocorrélation des rendements centrés en valeur absolue et au carré—et d’améliorer la qualité des prévisions obtenues, tout en conservant la possibilité d’interpréter les paramètres estimés.
This master’s thesis is centered on the Hidden Markov Models, a family of models in which an unobserved Markov chain dictactes the behaviour of an observable stochastic process through which a noisy version of the latent chain is observed. These bivariate stochastic processes that can be seen as a natural generalization of mixture models have shown their ability to capture the varying dynamics of many time series and, more specifically in finance, to reproduce the stylized facts of financial returns. In particular, we are interested in discrete-time Markov chains with finite state spaces, with the objective of studying the contribution of their hierarchical formulations and the relaxation of the homogeneity hypothesis for the transition matrix to the quality of the fit and predictions, as well as the capacity to reproduce the stylized facts. We therefore present two hierarchical structures, the first allowing for new interpretations of the relationships between states of the chain, and the second allowing for a more parsimonious parameterization of the transition matrix. We also present three non-homogeneous models, two of which have transition probabilities dependent on observed explanatory variables, and the third in which the probabilities depend on another latent variable. We first analyze the goodness of fit and the predictive power of our models on the series of log returns of the S&P 500 and the exchange rate between canadian and american currencies (CADUSD). We also illustrate their capacity to reproduce the stylized facts, and present interpretations of the estimated parameters for the hierarchical and non-homogeneous models. In general, our results seem to confirm the contribution of hierarchical and non-homogeneous models to these measures of performance. In particular, these results seem to suggest that the incorporation of non-homogeneous dynamics to a hierarchical structure may allow for a more faithful reproduction of the stylized facts—even the slow decay of the autocorrelation functions of squared and absolute returns—and better predictive power, while still allowing for the interpretation of the estimated parameters.