Tesis: "Apprentissage profond supervisé"

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Moradi, Fard Maziar. "Apprentissage de représentations de données dans un apprentissage non-supervisé". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALM053.

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Resumen

En raison du grand impact de l’apprentissage profond sur divers domaines de l’apprentissage automatique, leurs capacités à améliorer les approches de clustering ont récemment été étudiées. Dans un premier temps, des approches d’apprentissage profond (principalement des autoencodeurs) ont été utilisées pour réduire la dimensionnalité de l’espace d’origine et pour supprimer les éventuels bruits (également pour apprendre de nouvelles représentations de données). De telles approches de clustering qui utilisent des approches d’apprentissage en profondeur sont appelées deep clustering. Cette thèse se concentre sur le développement de modèles de deep clustering qui peuvent être utilisés pour différents types de données (par exemple, des images, du texte). Tout d’abord, nous proposons un algorithme DKM (Deep k-means) dans lequel l’apprentissage des représentations de données (via un autoencodeur profond) et des représentants de cluster (via k-means) est effectué de manière conjointe. Les résultats de notre approche DKM indiquent que ce modèle est capable de surpasser des algorithmes similaires en Deep Clustering. En effet, notre cadre proposé est capable de propager de manière lisse l’erreur de la fonction de coût à travers toutes les variables apprenables.De plus, nous proposons deux modèles nommés SD2C et PCD2C qui sont capables d’intégrer respectivement des mots d’amorçage et des contraintes par paires dans des approches de Deep Clustering de bout en bout. En utilisant de telles approches, les utilisateurs peuvent observer le reflet de leurs besoins en clustering. Enfin, les résultats obtenus à partir de ces modèles indiquent leur capacité à obtenir des résultats plus adaptés
Due to the great impact of deep learning on variety fields of machine learning, recently their abilities to improve clustering approaches have been investi- gated. At first, deep learning approaches (mostly Autoencoders) have been used to reduce the dimensionality of the original space and to remove possible noises (also to learn new data representations). Such clustering approaches that utilize deep learning approaches are called Deep Clustering. This thesis focuses on developing Deep Clustering models which can be used for different types of data (e.g., images, text). First we propose a Deep k-means (DKM) algorithm where learning data representations (through a deep Autoencoder) and cluster representatives (through the k-means) are performed in a joint way. The results of our DKM approach indicate that this framework is able to outperform similar algorithms in Deep Clustering. Indeed, our proposed framework is able to truly and smoothly backpropagate the loss function error through all learnable variables.Moreover, we propose two frameworks named SD2C and PCD2C which are able to integrate respectively seed words and pairwise constraints into end-to-end Deep Clustering frameworks. In fact, by utilizing such frameworks, the users can observe the reflection of their needs in clustering. Finally, the results obtained from these frameworks indicate their ability to obtain more tailored results

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Doan, Tien Tai. "Réalisation d’une aide au diagnostic en orthodontie par apprentissage profond". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG033.

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Resumen

L'analyse et le diagnostic précis à partir d'images dentaires sont un facteur essentiel de la réussite des traitements orthodontiques. De nombreux procédés de traitement d'image ont été proposés pour résoudre ce problème. Cependant, ces études fonctionnent principalement sur de petits ensembles de données de radiographies dans des conditions de laboratoire et ne sont pas vraiment applicables en tant que produits ou services complets. Dans cette thèse, nous construisons des modèles d'apprentissage profond pour diagnostiquer des problèmes dentaires tels que la gingivite et les dents chevauchées à l'aide de photos prises par de téléphones portables. Nous étudions les couches cachées de ces modèles pour trouver les forces et les limites de chaque méthode. Nous proposons un pipeline complet intégrant le prétraitement des images, l'apprentissage du modèle et le post-traitement des résultats pour créer un processus d'analyse complet prêt à être mis en production en situation réel. Afin d'améliorer la fiabilité des modèles, nous avons étudié différentes méthodes d'augmentation des données, en particulier les méthodes d'adaptation de domaine en utilisant des approche de transfert d'images, à la fois supervisée et non supervisée, et obtenons des résultats prometteurs. Les approches de transformation d'images sont également utilisés pour simplifier le choix des appareils orthodontiques par les patients en leur montrant à quoi pourraient ressembler leurs dents pendant le traitement. Nos méthodes permettent de générées des images réalistes et en haute définition. Nous proposons également un nouveau modèle de transformation d'image non supervisé qui peut manipuler les caractéristiques de l'image sans nécessiter d'annotation supplémentaire. Notre modèle surpasse les techniques de pointe sur plusieurs applications de transformation d'images et est également étendu pour les problèmes de « few-shot learning »
Accurate processing and diagnosis of dental images is an essential factor determining the success of orthodontic treatment. Many image processing methods have been proposed to address this problem. Those studies mainly work on small datasets of radiographs under laboratory conditions and are not highly applicable as complete products or services. In this thesis, we train deep learning models to diagnose dental problems such as gingivitis and crowded teeth using mobile phones' images. We study feature layers of these models to find the strengths and limitations of each method. Besides training deep learning models, we also embed each of them in a pipeline, including preprocessing and post-processing steps, to create a complete product. For the lack of training data problem, we studied a variety of methods for data augmentation, especially domain adaptation methods using image-to-image translation models, both supervised and unsupervised, and obtain promising results. Image translation networks are also used to simplifying patients' choice of orthodontic appliances by showing them how their teeth could look like during treatment. Generated images have are realistic and in high resolution. Researching further into unsupervised image translation neural networks, we propose an unsupervised imageto- image translation model which can manipulate features of objects in the image without requiring additional annotation. Our model outperforms state-of-the-art techniques on multiple image translation applications and is also extended for few-shot learning problems

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Katranji, Mehdi. "Apprentissage profond de la mobilité des personnes". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA024.

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Resumen

La connaissance de la mobilité est un enjeu majeur pour les autorités organisatrices de mobilité et l'aménagement urbain. En raison du manque de définition formelle de la mobilité humaine, l'expression "mobilité des personnes" sera utilisée dans cette ouvrage. Ce sujet sera introduit par une description de l'écosystème en considérant ces acteurs et ces applications.La création d'un modèle d'apprentissage a des prérequis: la compréhension des typologies des ensembles de données disponibles, leurs forces et leurs faiblesses. Cet état de l'art de la connaissance de la mobilité passe par le modèle à quatre étapes qui existe et est utilisé depuis 1970 pour finir sur le renouvellement des méthodologies de ces dernières années.Nos modélisations de la mobilité des personnes sont ensuite présentées. Leur point commun est la mise en avant de l'individu contrairement aux approches classiques qui prennent comme référence la localité. Les modèles que nous proposons s'appuient sur le fait que la prise de décision des individus se fait selon leur perception de l'environnement.Cet ouvrage fini sur l'étude des méthodes d'apprentissage profond des machines de Boltzmann restreintes. Après un état de l'art de cette famille de modèles, nous recherchons des stratégies pour rendre ces modèles viables dans le monde applicatif. Ce dernier chapitre est notre contribution théorique principale, par l'amélioration de la robustesse et la performance de ces modèles
Knowledge of mobility is a major challenge for authorities mobility organisers and urban planning. Due to the lack of formal definition of human mobility, the term "people's mobility" will be used in this book. This topic will be introduced by a description of the ecosystem by considering these actors and applications.The creation of a learning model has prerequisites: an understanding of the typologies of the available data sets, their strengths and weaknesses. This state of the art in mobility knowledge is based on the four-step model that has existed and been used since 1970, ending with the renewal of the methodologies of recent years.Our models of people's mobility are then presented. Their common point is the emphasis on the individual, unlike traditional approaches that take the locality as a reference. The models we propose are based on the fact that the intake of individuals' decisions is based on their perception of the environment.This finished book on the study of the deep learning methods of Boltzmann machines restricted. After a state of the art of this family of models, we are looking for strategies to make these models viable in the application world. This last chapter is our contribution main theoretical, by improving robustness and performance of these models

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Boussik, Amine. "Apprentissage profond non-supervisé : Application à la détection de situations anormales dans l’environnement du train autonome". Electronic Thesis or Diss., Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2023. http://www.theses.fr/2023UPHF0040.

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Resumen

La thèse aborde les défis du monitoring de l’environnement et de détection des anomalies, notamment des obstacles, pour un train de fret autonome. Bien que traditionnellement, les transports ferroviaires étaient sous la supervision humaine, les trains autonomes offrent des perspectives d’avantages en termes de coûts, de temps et de sécurité. Néanmoins, leur exploitation dans des environnements complexes pose d’importants enjeux de sûreté. Au lieu d’une approche supervisée nécessitant des données annotées onéreuses et limitées, cette recherche adopte une technique non supervisée, utilisant des données non étiquetées pour détecter les anomalies en s’appuyant sur des techniques capables d’identifier les comportements atypiques.Deux modèles de surveillance environnementale sont présentés : le premier, basé sur un autoencodeur convolutionnel (CAE), est dédié à l’identification d’obstacles sur la voie principale; le second, une version avancée incorporant le transformeur de vision (ViT), se concentre sur la surveillance générale de l’environnement. Tous deux exploitent des techniques d’apprentissage non supervisé pour la détection d’anomalies.Les résultats montrent que la méthode mise en avant apporte des éléments pertinents pour le monitoring de l’environnement du train de fret autonome, ayant un potentiel pour renforcer sa fiabilité et sécurité. L’utilisation de techniques non supervisées démontre ainsi l’utilité et la pertinence de leur adoption dans un contexte d’application pour le train autonome
The thesis addresses the challenges of monitoring the environment and detecting anomalies, especially obstacles, for an autonomous freight train. Although traditionally, rail transport was under human supervision, autonomous trains offer potential advantages in terms of costs, time, and safety. However, their operation in complex environments poses significant safety concerns. Instead of a supervised approach that requires costly and limited annotated data, this research adopts an unsupervised technique, using unlabeled data to detect anomalies based on methods capable of identifying atypical behaviors.Two environmental surveillance models are presented : the first, based on a convolutional autoencoder (CAE), is dedicated to identifying obstacles on the main track; the second, an advanced version incorporating the vision transformer (ViT), focuses on overall environmental surveillance. Both employ unsupervised learning techniques for anomaly detection.The results show that the highlighted method offers relevant insights for monitoring the environment of the autonomous freight train, holding potential to enhance its reliability and safety. The use of unsupervised techniques thus showcases the utility and relevance of their adoption in an application context for the autonomous train

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Bilodeau, Anthony. "Apprentissage faiblement supervisé appliqué à la segmentation d'images de protéines neuronales". Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/39752.

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Resumen

Titre de l'écran-titre (visionné le 9 juillet 2020)
Thèse ou mémoire avec insertion d'articles
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2020-2021
En biologie cellulaire, la microscopie optique est couramment utilisée pour visualiser et caractériser la présence et la morphologie des structures biologiques. Suite à l’acquisition, un expert devra effectuer l’annotation des structures pour quantification. Cette tâche est ardue, requiert de nombreuses heures de travail, parfois répétitif, qui peut résulter en erreurs d’annotations causées par la fatigue d’étiquetage. L’apprentissage machine promet l’automatisation de tâches complexes à partir d’un grand lot de données exemples annotés. Mon projet de maîtrise propose d’utiliser des techniques faiblement supervisées, où les annotations requises pour l’entraînement sont réduites et/ou moins précises, pour la segmentation de structures neuronales. J’ai d’abord testé l’utilisation de polygones délimitant la structure d’intérêt pour la tâche complexe de segmentation de la protéine neuronale F-actine dans des images de microscopie à super-résolution. La complexité de la tâche est supportée par la morphologie hétérogène des neurones, le nombre élevé d’instances à segmenter dans une image et la présence de nombreux distracteurs. Malgré ces difficultés, l’utilisation d’annotations faibles a permis de quantifier un changement novateur de la conformation de la protéine F-actine en fonction de l’activité neuronale. J’ai simplifié davantage la tâche d’annotation en requérant seulement des étiquettes binaires renseignant sur la présence des structures dans l’image réduisant d’un facteur 30 le temps d’annotation. De cette façon, l’algorithme est entraîné à prédire le contenu d’une image et extrait ensuite les caractéristiques sémantiques importantes pour la reconnaissance de la structure d’intérêt à l’aide de mécanismes d’attention. La précision de segmentation obtenue sur les images de F-actine est supérieure à celle des annotations polygonales et équivalente à celle des annotations précises d’un expert. Cette nouvelle approche devrait faciliter la quantification des changements dynamiques qui se produisent sous le microscope dans des cellules vivantes et réduire les erreurs causées par l’inattention ou le biais de sélection des régions d’intérêt dans les images de microscopie.
In cell biology, optical microscopy is commonly used to visualize and characterize the presenceand morphology of biological structures. Following the acquisition, an expert will have toannotate the structures for quantification. This is a difficult task, requiring many hours ofwork, sometimes repetitive, which can result in annotation errors caused by labelling fatigue.Machine learning promises to automate complex tasks from a large set of annotated sampledata. My master’s project consists of using weakly supervised techniques, where the anno-tations required for training are reduced and/or less precise, for the segmentation of neuralstructures.I first tested the use of polygons delimiting the structure of interest for the complex taskof segmentation of the neuronal protein F-actin in super-resolution microscopy images. Thecomplexity of the task is supported by the heterogeneous morphology of neurons, the highnumber of instances to segment in an image and the presence of many distractors. Despitethese difficulties, the use of weak annotations has made it possible to quantify an innovativechange in the conformation of the F-actin protein as a function of neuronal activity. I furthersimplified the annotation task by requiring only binary labels that indicate the presence ofstructures in the image, reducing annotation time by a factor of 30. In this way, the algorithmis trained to predict the content of an image and then extract the semantic characteristicsimportant for recognizing the structure of interest using attention mechanisms. The segmen-tation accuracy obtained on F-actin images is higher than that of polygonal annotations andequivalent to that of an expert’s precise annotations. This new approach should facilitate thequantification of dynamic changes that occur under the microscope in living cells and reduceerrors caused by inattention or bias in the selection of regions of interest in microscopy images.

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Droniou, Alain. "Apprentissage de représentations et robotique développementale : quelques apports de l'apprentissage profond pour la robotique autonome". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066056/document.

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Resumen

Afin de pouvoir évoluer de manière autonome et sûre dans leur environnement, les robots doivent être capables d'en construire un modèle fiable et pertinent. Pour des tâches variées dans des environnements complexes, il est difficile de prévoir de manière exhaustive les capacités nécessaires au robot. Il est alors intéressant de doter les robots de mécanismes d'apprentissage leur donnant la possibilité de construire eux-mêmes des représentations adaptées à leur environnement. Se posent alors deux questions : quelle doit être la nature des représentations utilisées et par quels mécanismes peuvent-elles être apprises ? Nous proposons pour cela l'utilisation de l'hypothèse des sous-variétés afin de développer des architectures permettant de faire émerger une représentation symbolique de flux sensorimoteurs bruts. Nous montrons que le paradigme de l'apprentissage profond fournit des mécanismes appropriés à l'apprentissage autonome de telles représentations. Nous démontrons que l'exploitation de la nature multimodale des flux sensorimoteurs permet d'en obtenir une représentation symbolique pertinente. Dans un second temps, nous étudions le problème de l'évolution temporelle des stimuli. Nous discutons les défauts de la plupart des approches aujourd'hui utilisées et nous esquissons une approche à partir de laquelle nous approfondissons deux sous-problèmes. Dans une troisième partie, nous proposons des pistes de recherche pour permettre le passage des expériences de laboratoire à des environnements naturels. Nous explorons plus particulièrement la problématique de la curiosité artificielle dans des réseaux de neurones non supervisés
This thesis studies the use of deep neural networks to learn high level representations from raw inputs on robots, based on the "manifold hypothesis"

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Chen, Hao. "Vers la ré-identification de personnes non-supervisée". Thesis, Université Côte d'Azur, 2022. http://www.theses.fr/2022COAZ4014.

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Resumen

En tant que composant central des systèmes de vidéo-surveillance intelligents, la ré-identification de personnes (ReID) vise à rechercher une personne d'intérêt à travers des caméras qui ne se chevauchent pas. Malgré des améliorations significatives de la ReID supervisée, le processus d'annotation encombrant le rend moins évolutif dans les déploiements réels. De plus, comme les représentations d'apparence peuvent être affectées par des facteurs bruyants, tels que le niveau d'éclairage et les propriétés de la caméra, entre différents domaines, les modèles ReID de personnes subissent une baisse de performances importante en présence d'écarts de domaine. Nous sommes particulièrement intéressés par la conception d'algorithmes capables d'adapter un modèle ReID de personnes à un domaine cible sans supervision humaine. Dans un tel contexte, nous nous concentrons principalement sur la conception de méthodes d'adaptation de domaine non-supervisée et d'apprentissage de représentation non-supervisée pour le ReID de personnes.Dans cette thèse, nous explorons d'abord comment construire des représentations robustes en combinant à la fois des caractéristiques globales et locales sous la condition supervisée. Ensuite, vers un système ReID adaptatif au domaine non-supervisé, nous proposons trois méthodes non-supervisées pour la ReID de personnes, notamment 1) la distillation des connaissances enseignant-étudiant avec des structures de réseau asymétriques pour encourager la diversité des caractéristiques, 2) un cadre d'apprentissage conjoint génératif et contrastif qui génère des vues augmentées avec un réseau génératif pour l'apprentissage contrastif, et 3) explorer les relations inter-instances et concevoir des fonctions de perte conscientes des relations pour une meilleure ReID de personnes basée sur l'apprentissage contrastif.Nos méthodes ont été largement évaluées sur des benchmarks de ReID, tels que Market-1501, DukeMTMC-reID et MSMT17. Les méthodes proposées surpassent considérablement les méthodes précédentes sur les benchmarks de ReID, poussant considérablement la ReID de personnes vers des déploiements dans le monde réel
As a core component of intelligent video surveillance systems, person re-identification (ReID) targets at retrieving a person of interest across non-overlapping cameras. Despite significant improvements in supervised ReID, cumbersome annotation process makes it less scalable in real-world deployments. Moreover, as appearance representations can be affected by noisy factors, such as illumination level and camera properties, between different domains, person ReID models suffer a large performance drop in the presence of domain gaps. We are particularly interested in designing algorithms that can adapt a person ReID model to a target domain without human supervision. In such context, we mainly focus on designing unsupervised domain adaptation and unsupervised representation learning methods for person ReID.In this thesis, we first explore how to build robust representations by combining both global and local features under the supervised condition. Then, towards an unsupervised domain adaptive ReID system, we propose three unsupervised methods for person ReID, including 1) teacher-student knowledge distillation with asymmetric network structures for feature diversity encouragement, 2) joint generative and contrastive learning framework that generates augmented views with a generative adversarial network for contrastive learning, and 3) exploring inter-instance relations and designing relation-aware loss functions for better contrastive learning based person ReID.Our methods have been extensively evaluated on main-stream ReID datasets, such as Market-1501, DukeMTMC-reID and MSMT17. The proposed methods significantly outperform previous methods on the ReID datasets, significantly pushing person ReID to real-world deployments

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Droniou, Alain. "Apprentissage de représentations et robotique développementale : quelques apports de l'apprentissage profond pour la robotique autonome". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066056.

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Resumen

Afin de pouvoir évoluer de manière autonome et sûre dans leur environnement, les robots doivent être capables d'en construire un modèle fiable et pertinent. Pour des tâches variées dans des environnements complexes, il est difficile de prévoir de manière exhaustive les capacités nécessaires au robot. Il est alors intéressant de doter les robots de mécanismes d'apprentissage leur donnant la possibilité de construire eux-mêmes des représentations adaptées à leur environnement. Se posent alors deux questions : quelle doit être la nature des représentations utilisées et par quels mécanismes peuvent-elles être apprises ? Nous proposons pour cela l'utilisation de l'hypothèse des sous-variétés afin de développer des architectures permettant de faire émerger une représentation symbolique de flux sensorimoteurs bruts. Nous montrons que le paradigme de l'apprentissage profond fournit des mécanismes appropriés à l'apprentissage autonome de telles représentations. Nous démontrons que l'exploitation de la nature multimodale des flux sensorimoteurs permet d'en obtenir une représentation symbolique pertinente. Dans un second temps, nous étudions le problème de l'évolution temporelle des stimuli. Nous discutons les défauts de la plupart des approches aujourd'hui utilisées et nous esquissons une approche à partir de laquelle nous approfondissons deux sous-problèmes. Dans une troisième partie, nous proposons des pistes de recherche pour permettre le passage des expériences de laboratoire à des environnements naturels. Nous explorons plus particulièrement la problématique de la curiosité artificielle dans des réseaux de neurones non supervisés
This thesis studies the use of deep neural networks to learn high level representations from raw inputs on robots, based on the "manifold hypothesis"

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Sahasrabudhe, Mihir. "Unsupervised and weakly supervised deep learning methods for computer vision and medical imaging". Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC010.

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Resumen

Les premières contributions de cette thèse (Chapter 2 et Chapitre 3) sont des modèles appelés Deforming Autoencoder (DAE) et Lifting Autoencoder (LAE), utilisés pour l'apprentissage non-supervisé de l'alignement 2-D dense d'images d'une classe donnée, et à partir de cela, pour apprendre un modèle tridimensionnel de l'objet. Ces modèles sont capable d'identifer des espaces canoniques pour représenter de différent caractéristiques de l'objet, à savoir, l'apparence des objets dans l'espace canonique, la déformation dense associée permettant de retrouver l'image réelle à partir de cette apparence, et pour le cas des visages humains, le modèle 3-D propre au visage de la personne considérée, son expression faciale, et l'angle de vue de la caméra. De plus, nous illustrons l'application de DAE à d'autres domaines, à savoir, l'alignement d'IRM de poumons et d'images satellites. Dans le Chapitre 4, nous nous concentrons sur une problématique lié au cancer du sang-diagnostique d'hyperlymphocytosis. Nous proposons un modèle convolutif pour encoder les images appartenant à un patient, suivi par la concaténation de l'information contenue dans toutes les images. Nos résultats montrent que les modèles proposés sont de performances comparables à celles des biologistes, et peuvent dont les aider dans l'élaboration de leur diagnostique
The first two contributions of this thesis (Chapter 2 and 3) are models for unsupervised 2D alignment and learning 3D object surfaces, called Deforming Autoencoders (DAE) and Lifting Autoencoders (LAE). These models are capable of identifying canonical space in order to represent different object properties, for example, appearance in a canonical space, deformation associated with this appearance that maps it to the image space, and for human faces, a 3D model for a face, its facial expression, and the angle of the camera. We further illustrate applications of models to other domains_ alignment of lung MRI images in medical image analysis, and alignment of satellite images for remote sensing imagery. In Chapter 4, we concentrate on a problem in medical image analysis_ diagnosis of lymphocytosis. We propose a convolutional network to encode images of blood smears obtained from a patient, followed by an aggregation operation to gather information from all images in order to represent them in one feature vector which is used to determine the diagnosis. Our results show that the performance of the proposed models is at-par with biologists and can therefore augment their diagnosis

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Mlynarski, Pawel. "Apprentissage profond pour la segmentation des tumeurs cérébrales et des organes à risque en radiothérapie". Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019AZUR4084.

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Resumen

Les images médicales jouent un rôle important dans le diagnostic et la prise en charge des cancers. Les oncologues analysent des images pour déterminer les différentes caractéristiques de la tumeur, pour proposer un traitement adapté et suivre l'évolution de la maladie. L'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes efficaces de segmentation automatique des tumeurs cérébrales et des organes à risque dans le contexte de la radiothérapie, à partir des images de résonance magnétique (IRM). Premièrement, nous nous intéressons à la segmentation des tumeurs cérébrales en utilisant des réseaux neuronaux convolutifs entrainés sur des IRM segmentés par des experts. Nous proposons un modèle de segmentation ayant un grand champ récepteur 3D tout en étant efficace en termes de complexité de calcul, en combinant des réseaux neuronaux convolutifs 2D et 3D. Nous abordons aussi les problèmes liés à l'utilisation conjointe des différentes séquences IRM (T1, T2, FLAIR). Nous introduisons ensuite un modèle de segmentation qui est entrainé avec des images faiblement annotées en complément des images segmentées, souvent disponibles en quantités très limitées du fait de leur coût. Nous montrons que ce niveau mixte de supervision améliore considérablement la performance de segmentation quand le nombre d'images entièrement annotées est limité. Finalement, nous proposons une méthodologie pour segmenter, de manière cohérente anatomiquement, les organes à risque dans le contexte de la radiothérapie des tumeurs cérébrales. Les segmentations produites par notre système sur un ensemble d'IRM acquis dans le Centre Antoine Lacassagne (Nice) sont évaluées par un radiothérapeute expérimenté
Medical images play an important role in cancer diagnosis and treatment. Oncologists analyze images to determine the different characteristics of the cancer, to plan the therapy and to observe the evolution of the disease. The objective of this thesis is to propose efficient methods for automatic segmentation of brain tumors and organs at risk in the context of radiotherapy planning, using Magnetic Resonance (MR) images. First, we focus on segmentation of brain tumors using Convolutional Neural Networks (CNN) trained on MRIs manually segmented by experts. We propose a segmentation model having a large 3D receptive field while being efficient in terms of computational complexity, based on combination of 2D and 3D CNNs. We also address problems related to the joint use of several MRI sequences (T1, T2, FLAIR). Second, we introduce a segmentation model which is trained using weakly-annotated images in addition to fully-annotated images (with voxelwise labels), which are usually available in very limited quantities due to their cost. We show that this mixed level of supervision considerably improves the segmentation accuracy when the number of fully-annotated images is limited.\\ Finally, we propose a methodology for an anatomy-consistent segmentation of organs at risk in the context of radiotherapy of brain tumors. The segmentations produced by our system on a set of MRIs acquired in the Centre Antoine Lacassagne (Nice, France) are evaluated by an experienced radiotherapist

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Geiler, Louis. "Deep learning for churn prediction". Electronic Thesis or Diss., Université Paris Cité, 2022. http://www.theses.fr/2022UNIP7333.

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Le problème de la prédiction de l’attrition est généralement réservé aux équipes de marketing. Cependant,grâce aux avancées technologiques, de plus en plus de données peuvent être collectés afin d’analyser le comportement des clients. C’est dans ce cadre que cette thèse s’inscrit, plus particulièrement par l’exploitation des méthodes d’apprentissages automatiques. Ainsi, nous avons commencés par étudier ce problème dans le cadre de l’apprentissage supervisé. Nous avons montré que la combinaison en ensemble de la régression logistique, des forêt aléatoire et de XGBoost offraient les meilleurs résultats en terme d’Aire sous la courbe (Are Under the Curve, AUC). Nous avons également montré que les méthodes du type ré-échantillonage jouent uniquement un rôle local et non pas global.Ensuite, nous avons enrichi nos prédictions en prenant en compte la segmentation des clients. En effet, certains clients peuvent quitter le service à cause d’un coût qu’ils jugent trop élevés ou suite à des difficultés rencontrés avec le service client. Notre approche a été réalisée avec une nouvelle architecture de réseaux de neurones profonds qui exploite à la fois les autoencodeur et l’approche desk-means. De plus, nous nous sommes intéressés à l’apprentissage auto-supervisé dans le cadre tabulaire. Plus précisément, notre architecture s’inspire des travaux autour de l’approche SimCLR en modificant l’architecture mean-teacher du domaine du semi-supervisé. Nous avons montré via la win matrix la supériorité de notre approche par rapport à l’état de l’art. Enfin, nous avons proposé d’appliquer les connaissances acquises au cours de ce travail de thèse dans un cadre industriel, celui de Brigad. Nous avons atténué le problème de l’attrition à l’aide des prédictions issues de l’approche de forêt aléatoire que nous avons optimisés via un grid search et l’optimisation des seuils. Nous avons également proposé une interprétation des résultats avec les méthodes SHAP (SHapley Additive exPlanations)
The problem of churn prediction has been traditionally a field of study for marketing. However, in the wake of the technological advancements, more and more data can be collected to analyze the customers behaviors. This manuscript has been built in this frame, with a particular focus on machine learning. Thus, we first looked at the supervised learning problem. We have demonstrated that logistic regression, random forest and XGBoost taken as an ensemble offer the best results in terms of Area Under the Curve (AUC) among a wide range of traditional machine learning approaches. We also have showcased that the re-sampling approaches are solely efficient in a local setting and not a global one. Subsequently, we aimed at fine-tuning our prediction by relying on customer segmentation. Indeed,some customers can leave a service because of a cost that they deem to high, and other customers due to a problem with the customer’s service. Our approach was enriched with a novel deep neural network architecture, which operates with both the auto-encoders and the k-means approach. Going further, we focused on self-supervised learning in the tabular domain. More precisely, the proposed architecture was inspired by the work on the SimCLR approach, where we altered the architecture with the Mean-Teacher model from semi-supervised learning. We showcased through the win matrix the superiority of our approach with respect to the state of the art. Ultimately, we have proposed to apply what we have built in this manuscript in an industrial setting, the one of Brigad. We have alleviated the company churn problem with a random forest that we optimized through grid-search and threshold optimization. We also proposed to interpret the results with SHAP (SHapley Additive exPlanations)

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Guerry, Joris. "Reconnaissance visuelle robuste par réseaux de neurones dans des scénarios d'exploration robotique. Détecte-moi si tu peux !" Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX080/document.

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Resumen

L'objectif principal ce travail de thèse est la reconnaissance visuelle pour un robot mobile dans des conditions difficiles. En particulier nous nous intéressons aux réseaux de neurones qui présentent aujourd'hui les meilleures performances en vision par ordinateur. Nous avons étudié le principe de sélection de méthodes pour la classification d'images 2D en utilisant un réseau de neurones sélecteur pour choisir le meilleur classifieur disponible étant donnée la situation observée. Cette stratégie fonctionne lorsque les données peuvent être facilement partitionnées vis-à-vis des classifieurs disponibles, ce qui est le cas quand des modalités complémentaires sont utilisées. Nous avons donc utilisé des données RGB-D (2.5D) en particulier appliquées à la détection de personnes. Nous proposons une combinaison de réseaux de neurones détecteurs indépendants propres à chaque modalité (couleur & carte de profondeur) basés sur une même architecture (le Faster RCNN). Nous partageons des résultats intermédiaires des détecteurs pour leur permettre de se compléter et d'améliorer la performance globale en situation difficile (perte de luminosité ou bruit d'acquisition de la carte de profondeur). Nous établissons un nouvel état de l'art dans le domaine et proposons un jeu de données plus complexe et plus riche à la communauté (ONERA.ROOM). Enfin, nous avons fait usage de l'information 3D contenue dans les images RGB-D au travers d'une méthode multi-vue. Nous avons défini une stratégie de génération de vues virtuelles 2D cohérentes avec la structure 3D. Pour une tâche de segmentation sémantique, cette approche permet d'augmenter artificiellement les données d'entraînement pour chaque image RGB-D et d'accumuler différentes prédictions lors du test. Nous obtenons de nouveaux résultats de référence sur les jeux de données SUNRGBD et NYUDv2. Ces travaux de thèse nous ont permis d'aborder de façon originale des données robotiques 2D, 2.5D et 3D avec des réseaux de neurones. Que ce soit pour la classification, la détection et la segmentation sémantique, nous avons non seulement validé nos approches sur des jeux de données difficiles, mais également amené l'état de l'art à un nouveau niveau de performance
The main objective of this thesis is visual recognition for a mobile robot in difficult conditions. We are particularly interested in neural networks which present today the best performances in computer vision. We studied the concept of method selection for the classification of 2D images by using a neural network selector to choose the best available classifier given the observed situation. This strategy works when data can be easily partitioned with respect to available classifiers, which is the case when complementary modalities are used. We have therefore used RGB-D data (2.5D) in particular applied to people detection. We propose a combination of independent neural network detectors specific to each modality (color & depth map) based on the same architecture (Faster RCNN). We share intermediate results of the detectors to allow them to complement and improve overall performance in difficult situations (luminosity loss or acquisition noise of the depth map). We are establishing new state of the art scores in the field and propose a more complex and richer data set to the community (ONERA.ROOM). Finally, we made use of the 3D information contained in the RGB-D images through a multi-view method. We have defined a strategy for generating 2D virtual views that are consistent with the 3D structure. For a semantic segmentation task, this approach artificially increases the training data for each RGB-D image and accumulates different predictions during the test. We obtain new reference results on the SUNRGBD and NYUDv2 datasets. All these works allowed us to handle in an original way 2D, 2.5D and 3D robotic data with neural networks. Whether for classification, detection and semantic segmentation, we not only validated our approaches on difficult data sets, but also brought the state of the art to a new level of performance

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Chen, Mickaël. "Learning with weak supervision using deep generative networks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS024.

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Nombre des succès de l’apprentissage profond reposent sur la disponibilité de données massivement collectées et annotées, exploités par des algorithmes supervisés. Ces annotations, cependant, peuvent s’avérer difficiles à obtenir. La conception de méthodes peu gourmandes en annotations est ainsi un enjeu important, abordé dans des approches semi-supervisées ou faiblement supervisées. Par ailleurs ont été récemment introduit les réseaux génératifs profonds, capable de manipuler des distributions complexes et à l’origine d’avancées majeures, en édition d’image et en adaptation de domaine par exemple. Dans cette thèse, nous explorons comment ces outils nouveaux peuvent être exploités pour réduire les besoins en annotations. En premier lieu, nous abordons la tâche de prédiction stochastique. Il s’agit de concevoir des systèmes de prédiction structurée tenant compte de la diversité des réponses possibles. Nous proposons dans ce cadre deux modèles, le premier pour des données multi-vues avec vues manquantes, et le second pour la prédiction de futurs possibles d'une séquence vidéo. Ensuite, nous étudions la décomposition en deux facteurs latents indépendants dans le cas où un seul facteur est annoté. Nous proposons des modèles qui visent à retrouver des représentations latentes sémantiquement cohérentes de ces facteurs explicatifs. Le premier modèle est appliqué en génération de données de capture de mouvements, le second, sur des données multi-vues. Enfin, nous nous attaquons au problème, crucial en vision par ordinateur, de la segmentation d’image. Nous proposons un modèle, inspiré des idées développées dans cette thèse, de segmentation d’objet entièrement non supervisé
Many successes of deep learning rely on the availability of massive annotated datasets that can be exploited by supervised algorithms. Obtaining those labels at a large scale, however, can be difficult, or even impossible in many situations. Designing methods that are less dependent on annotations is therefore a major research topic, and many semi-supervised and weakly supervised methods have been proposed. Meanwhile, the recent introduction of deep generative networks provided deep learning methods with the ability to manipulate complex distributions, allowing for breakthroughs in tasks such as image edition and domain adaptation. In this thesis, we explore how these new tools can be useful to further alleviate the need for annotations. Firstly, we tackle the task of performing stochastic predictions. It consists in designing systems for structured prediction that take into account the variability in possible outputs. We propose, in this context, two models. The first one performs predictions on multi-view data with missing views, and the second one predicts possible futures of a video sequence. Then, we study adversarial methods to learn a factorized latent space, in a setting with two explanatory factors but only one of them is annotated. We propose models that aim to uncover semantically consistent latent representations for those factors. One model is applied to the conditional generation of motion capture data, and another one to multi-view data. Finally, we focus on the task of image segmentation, which is of crucial importance in computer vision. Building on previously explored ideas, we propose a model for object segmentation that is entirely unsupervised

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Saporta, Antoine. "Domain Adaptation for Urban Scene Segmentation". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS115.

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Cette thèse attaque certains des verrous scientifiques des systèmes de perception à base de réseaux de neurones des véhicules autonomes. Une classe d'outils abordée dans cette thèse pour limiter les besoins de données étiquetées est celle de l'adaptation de domaine. Celle-ci permet la généralisation à des données dites cibles qui partagent des structures avec les données annotées dites sources permettant la supervision mais qui suivent néanmoins une distribution statistique différente. D'abord, nous étudions l'introduction d'information privilégiée dans les données sources, par exemple des annotations de profondeur. La stratégie proposée BerMuDA appuie son adaptation de domaine sur une représentation multimodale obtenue par fusion bilinéaire, modélisant des interactions complexes entre segmentation et profondeur. Ensuite, nous examinons les stratégies d'auto-apprentissage en adaptation de domaine, reposant sur la sélection de prédictions sur les données cibles non étiquetées, servant de pseudo-étiquettes. Nous proposons deux nouveaux critères de sélection: d'abord, un critère entropique avec ESL; puis, avec ConDA, utilisant une estimation de la probabilité de la vraie classe. Enfin, l'extension des scénarios d'adaptation à plusieurs domaines cibles ainsi que dans un cadre d'apprentissage continu est proposée. Deux approches sont présentées pour étendre les méthodes adversaires traditionnelles à l'adaptation de domaine multi-cible: Multi-Dis. et MTKT. Dans un cadre d'apprentissage continu, les domaines cibles sont découverts séquentiellement et sans répétition. L'approche proposée CTKT adapte MTKT à ce nouveau problème pour lutter contre l'oubli catastrophique
This thesis tackles some of the scientific locks of perception systems based on neural networks for autonomous vehicles. This dissertation discusses domain adaptation, a class of tools aiming at minimizing the need for labeled data. Domain adaptation allows generalization to so-called target data that share structures with the labeled so-called source data allowing supervision but nevertheless following a different statistical distribution. First, we study the introduction of privileged information in the source data, for instance, depth labels. The proposed strategy, BerMuDA, bases its domain adaptation on a multimodal representation obtained by bilinear fusion, modeling complex interactions between segmentation and depth. Next, we examine self-supervised learning strategies in domain adaptation, relying on selecting predictions on the unlabeled target data, serving as pseudo-labels. We propose two new selection criteria: first, an entropic criterion with ESL; then, with ConDA, using an estimate of the true class probability. Finally, the extension of adaptation scenarios to several target domains as well as in a continual learning framework is proposed. Two approaches are presented to extend traditional adversarial methods to multi-target domain adaptation: Multi-Dis. and MTKT. In a continual learning setting for which the target domains are discovered sequentially and without rehearsal, the proposed CTKT approach adapts MTKT to this new problem to tackle catastrophic forgetting

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Blot, Michaël. "Étude de l'apprentissage et de la généralisation des réseaux profonds en classification d'images". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS412.

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L'intelligence artificielle connait une résurgence ces dernières années. En cause, la capacité croissante à rassembler et à stocker un nombre considérable de données digitalisées. Ces immenses bases de données permettent aux algorithmes de machine learning de répondre à certaines tâches par apprentissage supervisé. Parmi les données digitalisées, les images demeurent prépondérantes dans l’environnement moderne. D'immenses datasets ont été constitués. De plus, la classification d'image a permis l’essor de modèles jusqu'alors négligés, les réseaux de neurones profonds ou deep learning. Cette famille d'algorithmes démontre une grande facilité à apprendre parfaitement des datasets, même de très grande taille. Leurs capacités de généralisation demeure largement incomprise, mais les réseaux de convolutions sont aujourd'hui l'état de l'art incontesté. D'un point de vue recherche et application du deep learning, les demandes vont être de plus en plus exigeantes, nécessitant de fournir un effort pour porter les performances des réseaux de neurone au maximum de leurs capacités. C'est dans cet objectif que se place nos recherches dont les contributions sont présentées dans cette thèse. Nous nous sommes d'abord penchés sur la question de l'entrainement et avons envisagé d’accélérer celui ci grâce à des méthodes distribuées. Nous avons ensuite étudié les architectures dans le but de les améliorer sans toutefois trop augmenter leurs complexités. Enfin nous avons particulièrement étudié la régularisation de l'entrainement des réseaux. Nous avons envisagé un critère de régularisation basée sur la théorie de l'information que nous avons déployé de deux façons différentes
Artificial intelligence is experiencing a resurgence in recent years. This is due to the growing ability to collect and store a considerable amount of digitized data. These huge databases allow machine learning algorithms to respond to certain tasks through supervised learning. Among the digitized data, images remain predominant in the modern environment. Huge datasets have been created. moreover, the image classification has allowed the development of previously neglected models, deep neural networks or deep learning. This family of algorithms demonstrates a great facility to learn perfectly datasets, even very large. Their ability to generalize remains largely misunderstood, but the networks of convolutions are today the undisputed state of the art. From a research and application point of view of deep learning, the demands will be more and more demanding, requiring to make an effort to bring the performances of the neuron networks to the maximum of their capacities. This is the purpose of our research, whose contributions are presented in this thesis. We first looked at the issue of training and considered accelerating it through distributed methods. We then studied the architectures in order to improve them without increasing their complexity. Finally, we particularly study the regularization of network training. We studied a regularization criterion based on information theory that we deployed in two different ways

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Durand, Thibaut. "Weakly supervised learning for visual recognition". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066142.

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Cette thèse s'intéresse au problème de la classification d'images, où l'objectif est de prédire si une catégorie sémantique est présente dans l'image, à partir de son contenu visuel. Pour analyser des images de scènes complexes, il est important d'apprendre des représentations localisées. Pour limiter le coût d'annotation pendant l'apprentissage, nous nous sommes intéressé aux modèles d'apprentissage faiblement supervisé. Dans cette thèse, nous proposons des modèles qui simultanément classifient et localisent les objets, en utilisant uniquement des labels globaux pendant l'apprentissage. L'apprentissage faiblement supervisé permet de réduire le cout d'annotation, mais en contrepartie l'apprentissage est plus difficile. Le problème principal est comment agréger les informations locales (e.g. régions) en une information globale (e.g. image). La contribution principale de cette thèse est la conception de nouvelles fonctions de pooling (agrégation) pour l'apprentissage faiblement supervisé. En particulier, nous proposons une fonction de pooling « max+min », qui unifie de nombreuses fonctions de pooling. Nous décrivons comment utiliser ce pooling dans le framework Latent Structured SVM ainsi que dans des réseaux de neurones convolutifs. Pour résoudre les problèmes d'optimisation, nous présentons plusieurs solveurs, dont certains qui permettent d'optimiser une métrique d'ordonnancement (ranking) comme l'Average Precision. Expérimentalement, nous montrons l'intérêt nos modèles par rapport aux méthodes de l'état de l'art, sur dix bases de données standard de classification d'images, incluant ImageNet
This thesis studies the problem of classification of images, where the goal is to predict if a semantic category is present in the image, based on its visual content. To analyze complex scenes, it is important to learn localized representations. To limit the cost of annotation during training, we have focused on weakly supervised learning approaches. In this thesis, we propose several models that simultaneously classify and localize objects, using only global labels during training. The weak supervision significantly reduces the cost of full annotation, but it makes learning more challenging. The key issue is how to aggregate local scores - e.g. regions - into global score - e.g. image. The main contribution of this thesis is the design of new pooling functions for weakly supervised learning. In particular, we propose a “max + min” pooling function, which unifies many pooling functions. We describe how to use this pooling in the Latent Structured SVM framework as well as in convolutional networks. To solve the optimization problems, we present several solvers, some of which allow to optimize a ranking metric such as Average Precision. We experimentally show the interest of our models with respect to state-of-the-art methods, on ten standard image classification datasets, including the large-scale dataset ImageNet

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Banville, Hubert. "Enabling real-world EEG applications with deep learning". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG005.

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Au cours des dernières décennies, les avancées révolutionnaires en neuroimagerie ont permis de considérablement améliorer notre compréhension du cerveau. Aujourd'hui, avec la disponibilité croissante des dispositifs personnels de neuroimagerie portables, tels que l'EEG mobile " à bas prix ", une nouvelle ère s’annonce où cette technologie n'est plus limitée aux laboratoires de recherche ou aux contextes cliniques. Les applications de l’EEG dans le " monde réel " présentent cependant leur lot de défis, de la rareté des données étiquetées à la qualité imprévisible des signaux et leur résolution spatiale limitée. Dans cette thèse, nous nous appuyons sur le domaine de l'apprentissage profond afin de transformer cette modalité d'imagerie cérébrale centenaire, purement clinique et axée sur la recherche, en une technologie pratique qui peut bénéficier à l'individu au quotidien. Tout d'abord, nous étudions comment les données d’EEG non étiquetées peuvent être mises à profit via l'apprentissage auto-supervisé pour améliorer la performance d’algorithmes d'apprentissage entraînés sur des tâches cliniques courantes. Nous présentons trois approches auto-supervisées qui s'appuient sur la structure temporelle des données elles-mêmes, plutôt que sur des étiquettes souvent difficiles à obtenir, pour apprendre des représentations pertinentes aux tâches cliniques étudiées. Par le biais d'expériences sur des ensembles de données à grande échelle d'enregistrements de sommeil et d’examens neurologiques, nous démontrons l'importance des représentations apprises, et révélons comment les données non étiquetées peuvent améliorer la performance d’algorithmes dans un scénario semi-supervisé. Ensuite, nous explorons des techniques pouvant assurer la robustesse des réseaux de neurones aux fortes sources de bruit souvent présentes dans l’EEG hors laboratoire. Nous présentons le Filtrage Spatial Dynamique, un mécanisme attentionnel qui permet à un réseau de dynamiquement concentrer son traitement sur les canaux EEG les plus instructifs tout en minimisant l’apport des canaux corrompus. Des expériences sur des ensembles de données à grande échelle, ainsi que des données du monde réel démontrent qu'avec l'EEG à peu de canaux, notre module attentionnel gère mieux la corruption qu'une approche automatisée de traitement du bruit, et que les cartes d'attention prédites reflètent le fonctionnement du réseau de neurones. Enfin, nous explorons l'utilisation d'étiquettes faibles afin de développer un biomarqueur de la santé neurophysiologique à partir d'EEG collecté dans le monde réel. Pour ce faire, nous transposons à ces données d'EEG le principe d'âge cérébral, originellement développé avec l'imagerie par résonance magnétique en laboratoire et en clinique. À travers l'EEG de plus d'un millier d'individus enregistré pendant un exercice d'attention focalisée ou le sommeil nocturne, nous démontrons non seulement que l'âge peut être prédit à partir de l'EEG portable, mais aussi que ces prédictions encodent des informations contenues dans des biomarqueurs de santé cérébrale, mais absentes dans l'âge chronologique. Dans l’ensemble, cette thèse franchit un pas de plus vers l’utilisation de l’EEG pour le suivi neurophysiologique en dehors des contextes de recherche et cliniques traditionnels, et ouvre la porte à de nouvelles applications plus flexibles de cette technologie
Our understanding of the brain has improved considerably in the last decades, thanks to groundbreaking advances in the field of neuroimaging. Now, with the invention and wider availability of personal wearable neuroimaging devices, such as low-cost mobile EEG, we have entered an era in which neuroimaging is no longer constrained to traditional research labs or clinics. "Real-world'' EEG comes with its own set of challenges, though, ranging from a scarcity of labelled data to unpredictable signal quality and limited spatial resolution. In this thesis, we draw on the field of deep learning to help transform this century-old brain imaging modality from a purely clinical- and research-focused tool, to a practical technology that can benefit individuals in their day-to-day life. First, we study how unlabelled EEG data can be utilized to gain insights and improve performance on common clinical learning tasks using self-supervised learning. We present three such self-supervised approaches that rely on the temporal structure of the data itself, rather than onerously collected labels, to learn clinically-relevant representations. Through experiments on large-scale datasets of sleep and neurological screening recordings, we demonstrate the significance of the learned representations, and show how unlabelled data can help boost performance in a semi-supervised scenario. Next, we explore ways to ensure neural networks are robust to the strong sources of noise often found in out-of-the-lab EEG recordings. Specifically, we present Dynamic Spatial Filtering, an attention mechanism module that allows a network to dynamically focus its processing on the most informative EEG channels while de-emphasizing any corrupted ones. Experiments on large-scale datasets and real-world data demonstrate that, on sparse EEG, the proposed attention block handles strong corruption better than an automated noise handling approach, and that the predicted attention maps can be interpreted to inspect the functioning of the neural network. Finally, we investigate how weak labels can be used to develop a biomarker of neurophysiological health from real-world EEG. We translate the brain age framework, originally developed using lab and clinic-based magnetic resonance imaging, to real-world EEG data. Using recordings from more than a thousand individuals performing a focused attention exercise or sleeping overnight, we show not only that age can be predicted from wearable EEG, but also that age predictions encode information contained in well-known brain health biomarkers, but not in chronological age. Overall, this thesis brings us a step closer to harnessing EEG for neurophysiological monitoring outside of traditional research and clinical contexts, and opens the door to new and more flexible applications of this technology

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Lucas, Thomas. "Modèles génératifs profonds : sur-généralisation et abandon de mode". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALM049.

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Cette dissertation explore le sujet des modèles génératifs appliqués aux images naturelles.Cette tâche consiste a modéliser la distribution des données observées, et peut permettre de générer des données artificielles semblables aux données d'origine, où de compresser des images.Les modèles à variable latentes, qui sont au cœur de cette thèse, cherchent a résumer les principaux facteurs de variation d'une image en une variable qui peut être manipulée.En particulier, nos contributions sont basées sur deux modèles génératifs a variable latentes: le modèle génératif adversarial (GAN) et l' encodeur variationel (VAE).Récemment, les GAN ont significativement amélioré la qualité des images générées par des modèles profonds, générant des images très convaincantes.Malheureusement ces modèles ont du mal à modéliser tous les modes de la distribution d'origine, ie ils ne couvrent pas les données dans toute leur variabilité.A l'inverse, les modèles basés sur le maximum de vraisemblance tels que les VAEs couvrent typiquement toute la variabilité des données, et en offrent une mesure objective.Mais ces modèles produisent des échantillons de qualité visuelle inférieure, qui sont plus facilement distingués de vrais images.Le travail présenté dans cette thèse a pour but d'obtenir le meilleur des deux mondes: des échantillons de bonne qualité tout en modélisant tout le support de la distribution.La première contribution de ce manuscrit est un modèle génératif profond qui encode la structure globale des images dans une variable latente, basé sur le VAE, et utilise un modèle autoregressif pour modéliser les détails de bas niveau.Nous proposons une procédure d'entrainement qui utilise une fonction de perte auxiliaire pour contrôler quelle information est capturée par la variable latent et quelle information est laissée à un décodeur autoregressif.Au contraire des précédentes approches pour construire des modèles hybrides de ce genre, notre modèle de nécessite pas de contraindre la capacité du décodeur autoregressif pour empêcher des modèles dégénérés qui ignorent la variable latente.La deuxième contribution est bâtie sur le modèle du GAN standard, qui utilise un discriminateur pour guider le modèle génératif.Le discriminateur évalue généralement la qualité d'échantillons individuels, ce qui rend la tache d'évaluer la variabilité des données difficile.A la place, nous proposons de fournir au discriminateur des ensembles de données, ou batches, qui mélangent des vraies images et des images générées.Nous l'entrainons à prédire le ratio de vrais et de faux éléments dans l'ensemble.Ces batches servent d'approximation de la vrai distribution des images générées et permettent au discriminateur d'approximer des statistiques sur leur distributionLes lacunes mutuelles des VAEs et des GANs peuvent, en principe, être réglées en entrainant des modèles hybrides qui utilisent les deux types d'objectif.Dans notre troisième contribution, nous montrons que les hypothèses paramétriques habituelles faites par les VAE produisent un conflit entre les deux, menant à des performances décevantes pour les modèles hybrides.Nous proposons une solution basée sur des modèles profonds inversibles, qui entraine un espace de features dans lequel les hypothèses habituelles peuvent être faites sans poser problème.Notre approche fourni des évaluations e vraisemblance dans l'espace des images tout en étant capable de tirer profit de l'entrainement adversaire.Elle obtient des échantillons de qualité équivalente au modèle pleinement adversaires tout en améliorant les scores de maximum de vraisemblance au moment de la publication, ce qui constitue une amélioration significative
This dissertation explores the topic of generative modelling of natural images,which is the task of fitting a data generating distribution.Such models can be used to generate artificial data resembling the true data, or to compress images.Latent variable models, which are at the core of our contributions, seek to capture the main factors of variations of an image into a variable that can be manipulated.In particular we build on two successful latent variable generative models, the generative adversarial network (GAN) and Variational autoencoder (VAE) models.Recently GANs significantly improved the quality of images generated by deep models, obtaining very compelling samples.Unfortunately these models struggle to capture all the modes of the original distribution, ie they do not cover the full variability of the dataset.Conversely, likelihood based models such as VAEs typically cover the full variety of the data well and provide an objective measure of coverage.However these models produce samples of inferior visual quality that are more easily distinguished from real ones.The work presented in this thesis strives for the best of both worlds: to obtain compelling samples while modelling the full support of the distribution.To achieve that, we focus on i) the optimisation problems used and ii) practical model limitations that hinder performance.The first contribution of this manuscript is a deep generative model that encodes global image structure into latent variables, built on the VAE, and autoregressively models low level detail.We propose a training procedure relying on an auxiliary loss function to control what information is captured by the latent variables and what information is left to an autoregressive decoder.Unlike previous approaches to such hybrid models, ours does not need to restrict the capacity of the autoregressive decoder to prevent degenerate models that ignore the latent variables.The second contribution builds on the standard GAN model, which trains a discriminator network to provide feedback to a generative network.The discriminator usually assesses the quality of individual samples, which makes it hard to evaluate the variability of the data.Instead we propose to feed the discriminator with emph{batches} that mix both true and fake samples, and train it to predict the ratio of true samples in the batch.These batches work as approximations of the distribution of generated images and allows the discriminator to approximate distributional statistics.We introduce an architecture that is well suited to solve this problem efficiently,and show experimentally that our approach reduces mode collapse in GANs on two synthetic datasets, and obtains good results on the CIFAR10 and CelebA datasets.The mutual shortcomings of VAEs and GANs can in principle be addressed by training hybrid models that use both types of objective.In our third contribution, we show that usual parametric assumptions made in VAEs induce a conflict between them, leading to lackluster performance of hybrid models.We propose a solution based on deep invertible transformations, that trains a feature space in which usual assumptions can be made without harm.Our approach provides likelihood computations in image space while being able to take advantage of adversarial training.It obtains GAN-like samples that are competitive with fully adversarial models while improving likelihood scores over existing hybrid models at the time of publication, which is a significant advancement

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Abou, Bakr Nachwa. "Reconnaissance et modélisation des actions de manipulation". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALM010.

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Cette thèse aborde le problème de la reconnaissance, de la modélisation et de ladescription des activités humaines. Nous décrivons nos résultats sur trois problèmes : (1) l’utilisation de l’apprentissage par transfert pour la reconnaissance visuelle simultanée d’objets et de leur état, (2) la reconnaissance d’actions de manipulation à partir de transitions d’états, et (3) l’interprétation d’une série d’actions et d’états comme les événements d’une histoire prédéfinie afin d’en construire une description narrative.Ces résultats ont été développés en utilisant les activités culinaires comme domaine expérimental. Nous commençons par reconnaître les ingrédients comme les tomates et la laitue et les ingrédients tranchés et coupés en dés pendant la préparation d’un repas. Nous adaptons l’architecture VGG afin d’apprendre conjointement les représentations des ingrédients et de leurs états selon une approche par transfert d’apprentissage. Nous modélisons les actions en tant que transformations d’état d’objets. Nous détectons ainsi les actions de manipulation en suivant les transformations des propriétés correspondantes des objets (état et type) dans la vidéo. L’évaluation expérimentale de cette approche est réalisée en se servant des jeux de données 50 salads et EPIC-Kitchen. Nous utilisons les descriptions des actions qui en résultent pour construire les descriptions narratives des activités complexes observées dans les vidéos du jeu de données 50 salads
This thesis addresses the problem of recognition, modelling and description of human activities. We describe results on three problems: (1) the use of transfer learning for simultaneous visual recognition of objects and object states, (2) the recognition of manipulation actions from state transitions, and (3) the interpretation of a series of actions and states as events in a predefined story to construct a narrative description.These results have been developed using food preparation activities as an experimental domain. We start by recognising food classes such as tomatoes and lettuce and food states, such as sliced and diced, during meal preparation. We adapt the VGG network architecture to jointly learn the representations of food items and food states using transfer learning. We model actions as the transformation of object states. We use recognised object properties (state and type) to detect corresponding manipulation actions by tracking object transformations in the video. Experimental performance evaluation for this approach is provided using the 50 salads and EPIC-Kitchen datasets. We use the resulting action descriptions to construct narrative descriptions for complex activities observed in videos of 50 salads dataset

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Durand, Thibaut. "Weakly supervised learning for visual recognition". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066142/document.

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Cette thèse s'intéresse au problème de la classification d'images, où l'objectif est de prédire si une catégorie sémantique est présente dans l'image, à partir de son contenu visuel. Pour analyser des images de scènes complexes, il est important d'apprendre des représentations localisées. Pour limiter le coût d'annotation pendant l'apprentissage, nous nous sommes intéressé aux modèles d'apprentissage faiblement supervisé. Dans cette thèse, nous proposons des modèles qui simultanément classifient et localisent les objets, en utilisant uniquement des labels globaux pendant l'apprentissage. L'apprentissage faiblement supervisé permet de réduire le cout d'annotation, mais en contrepartie l'apprentissage est plus difficile. Le problème principal est comment agréger les informations locales (e.g. régions) en une information globale (e.g. image). La contribution principale de cette thèse est la conception de nouvelles fonctions de pooling (agrégation) pour l'apprentissage faiblement supervisé. En particulier, nous proposons une fonction de pooling « max+min », qui unifie de nombreuses fonctions de pooling. Nous décrivons comment utiliser ce pooling dans le framework Latent Structured SVM ainsi que dans des réseaux de neurones convolutifs. Pour résoudre les problèmes d'optimisation, nous présentons plusieurs solveurs, dont certains qui permettent d'optimiser une métrique d'ordonnancement (ranking) comme l'Average Precision. Expérimentalement, nous montrons l'intérêt nos modèles par rapport aux méthodes de l'état de l'art, sur dix bases de données standard de classification d'images, incluant ImageNet
This thesis studies the problem of classification of images, where the goal is to predict if a semantic category is present in the image, based on its visual content. To analyze complex scenes, it is important to learn localized representations. To limit the cost of annotation during training, we have focused on weakly supervised learning approaches. In this thesis, we propose several models that simultaneously classify and localize objects, using only global labels during training. The weak supervision significantly reduces the cost of full annotation, but it makes learning more challenging. The key issue is how to aggregate local scores - e.g. regions - into global score - e.g. image. The main contribution of this thesis is the design of new pooling functions for weakly supervised learning. In particular, we propose a “max + min” pooling function, which unifies many pooling functions. We describe how to use this pooling in the Latent Structured SVM framework as well as in convolutional networks. To solve the optimization problems, we present several solvers, some of which allow to optimize a ranking metric such as Average Precision. We experimentally show the interest of our models with respect to state-of-the-art methods, on ten standard image classification datasets, including the large-scale dataset ImageNet

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Chareyre, Maxime. "Apprentissage non-supervisé pour la découverte de propriétés d'objets par découplage entre interaction et interprétation". Electronic Thesis or Diss., Université Clermont Auvergne (2021-...), 2023. http://www.theses.fr/2023UCFA0122.

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Les robots sont de plus en plus utilisés pour réaliser des tâches dans des environnements contrôlés. Leur utilisation en milieu ouvert est cependant encore confrontée à des difficultés. L'agent robotique est en effet susceptible de rencontrer des objets dont il ignore le comportement et la fonction. Dans certains cas, il doit interagir avec ces éléments pour réaliser sa mission en les collectant ou en les déplaçant mais, sans la connaissance de leurs propriétés dynamiques il n'est pas possible de mettre en place une stratégie de résolution de la mission efficace.Dans cette thèse, nous présentons une méthode visant à apprendre à un robot autonome une stratégie d'interaction physique avec des objets inconnus, sans aucune connaissance a priori, l'objectif étant d'extraire de l'information sur un maximum de propriétés physiques de l'objet à partir des interactions observées par ses capteurs. Les méthodes existantes pour la caractérisation d'objets par interactions physiques ne répondent pas entièrement à ces critères. En effet, les interactions établies ne permettent qu'une représentation implicite de la dynamique des objets, nécessitant une supervision pour identifier leurs propriétés. D'autre part, la solution proposée s'appuie sur des scénarios peu réalistes sans agent. Notre approche se distingue de l'état de l'art en proposant une méthode générique pour l'apprentissage de l'interaction, indépendante de l'objet et de ses propriétés, et pouvant donc être découplée de la phase de leurs prédictions. Cela permet notamment de mener à un pipeline global totalement non-supervisé.Dans une première phase, nous proposons d'apprendre une stratégie d'interaction avec l'objet via une méthode d'apprentissage par renforcement non-supervisée, en utilisant un signal de motivation intrinsèque qui repose sur l'idée de maximisation des variations d'un vecteur d'état de l'objet. Le but est d'obtenir une série d'interactions contenant des informations fortement corrélées aux propriétés physiques de l'objet. Cette méthode a été testée sur un robot simulé interagissant par poussée et a permis d'identifier avec précision des propriétés telles que la masse, la forme de l'objet et les frottements.Dans une seconde phase, nous réalisons l'hypothèse que les vraies propriétés physiques définissent un espace latent explicatif des comportements de l'objet et que cet espace peut être identifié à partir des observations recueillies grâce aux interactions de l'agent. Nous mettons en place une tâche de prédiction auto-supervisée dans laquelle nous adaptons une architecture de l'état de l'art pour construire cet espace latent. Nos simulations confirment que la combinaison du modèle comportemental avec cette architecture permet de faire émerger une représentation des propriétés de l'objet dont les composantes principales s'avèrent fortement corrélées avec les propriétés physiques de l'objet.Les propriétés des objets étant extraites, l'agent peut les exploiter pour améliorer son efficacité dans des tâches impliquant ces objets. Nous concluons cette étude par une mise en avant du gain de performance de l'agent au travers d'un entraînement via l'apprentissage par renforcement sur une tâche simplifiée de repositionnement d'objet où les propriétés sont parfaitement connues.L'intégralité du travail effectué en simulation confirme l'efficacité d'une méthode novatrice visant à découvrir en autonomie les propriétés physiques d'un objet au travers d'interactions physiques d'un robot. Les perspectives d'extension de ces travaux concernent le transfert vers un robot réel en milieu encombré
Robots are increasingly used to achieve tasks in controlled environments. However, their use in open environments is still fraught with difficulties. Robotic agents are likely to encounter objects whose behaviour and function they are unaware of. In some cases, it must interact with these elements to carry out its mission by collecting or moving them, but without knowledge of their dynamic properties it is not possible to implement an effective strategy for resolving the mission.In this thesis, we present a method for teaching an autonomous robot a physical interaction strategy with unknown objects, without any a priori knowledge, the aim being to extract information about as many of the object's physical properties as possible from the interactions observed by its sensors. Existing methods for characterising objects through physical interactions do not fully satisfy these criteria. Indeed, the interactions established only provide an implicit representation of the object's dynamics, requiring supervision to identify their properties. Furthermore, the proposed solution is based on unrealistic scenarios without an agent. Our approach differs from the state of the art by proposing a generic method for learning interaction that is independent of the object and its properties, and can therefore be decoupled from the prediction phase. In particular, this leads to a completely unsupervised global pipeline.In the first phase, we propose to learn an interaction strategy with the object via an unsupervised reinforcement learning method, using an intrinsic motivation signal based on the idea of maximising variations in a state vector of the object. The aim is to obtain a set of interactions containing information that is highly correlated with the object's physical properties. This method has been tested on a simulated robot interacting by pushing and has enabled properties such as the object's mass, shape and friction to be accurately identified.In a second phase, we make the assumption that the true physical properties define a latent space that explains the object's behaviours and that this space can be identified from observations collected through the agent's interactions. We set up a self-supervised prediction task in which we adapt a state-of-the-art architecture to create this latent space. Our simulations confirm that combining the behavioural model with this architecture leads to the emergence of a representation of the object's properties whose principal components are shown to be strongly correlated with the object's physical properties.Once the properties of the objects have been extracted, the agent can use them to improve its efficiency in tasks involving these objects. We conclude this study by highlighting the performance gains achieved by the agent through training via reinforcement learning on a simplified object repositioning task where the properties are perfectly known.All the work carried out in simulation confirms the effectiveness of an innovative method aimed at autonomously discovering the physical properties of an object through the physical interactions of a robot. The prospects for extending this work involve transferring it to a real robot in a cluttered environment

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Chandra, Siddhartha. "Apprentissage Profond pour des Prédictions Structurées Efficaces appliqué à la Classification Dense en Vision par Ordinateur". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC033/document.

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Dans cette thèse, nous proposons une technique de prédiction structurée qui combine les vertus des champs aléatoires conditionnels Gaussiens (G-CRF) avec les réseaux de neurones convolutifs (CNN). L’idée à l’origine de cette thèse est l’observation que tout en étant d’une forme limitée, les GCRF nous permettent d’effectuer une inférence exacte de Maximum-A-Posteriori (MAP) de manière efficace. Nous préférons l’exactitude et la simplicité à la généralité et préconisons la prédiction structurée basée sur les G-CRFs dans les chaînes de traitement d’apprentissage en profondeur. Nous proposons des méthodes de prédiction structurées qui permettent de gérer (i) l’inférence exacte, (ii) les interactions par paires à court et à long terme, (iii) les expressions CNN riches pour les termes paires et (iv) l’entraînement de bout en bout aux côtés des CNN. Nous concevons de nouvelles stratégies de mise en œuvre qui nous permettent de surmonter les problèmes de mémoire et de calcul lorsque nous traitons des modèles graphiques entièrement connectés. Ces méthodes sont illustrées par des études expérimentales approfondies qui démontrent leur utilité. En effet, nos méthodes permettent une amélioration des résultats vis-à-vis de L’état de l’art sur des applications variées dans le domaine de la vision par ordinateur
In this thesis we propose a structured prediction technique that combines the virtues of Gaussian Conditional Random Fields (G-CRFs) with Convolutional Neural Networks (CNNs). The starting point of this thesis is the observation that while being of a limited form GCRFs allow us to perform exact Maximum-APosteriori (MAP) inference efficiently. We prefer exactness and simplicity over generality and advocate G-CRF based structured prediction in deep learning pipelines. Our proposed structured prediction methods accomodate (i) exact inference, (ii) both shortand long- term pairwise interactions, (iii) rich CNN-based expressions for the pairwise terms, and (iv) end-to-end training alongside CNNs. We devise novel implementation strategies which allow us to overcome memory and computational challenges

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Leclerc, Sarah Marie-Solveig. "Automatisation de la segmentation sémantique de structures cardiaques en imagerie ultrasonore par apprentissage supervisé". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI121.

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L’analyse d’images médicales joue un rôle essentiel en cardiologie pour la réalisation du diagnostique cardiaque clinique et le suivi de l’état du patient. Parmi les modalités d’imagerie utilisées, l’imagerie par ultrasons, temps réelle, moins coûteuse et portable au chevet du patient, est de nos jours la plus courante. Malheureusement, l’étape nécessaire de segmentation sémantique (soit l’identification et la délimitation précise) des structures cardiaques est difficile en échocardiographie à cause de la faible qualité des images ultrasonores, caractérisées en particulier par l’absence d’interfaces nettes entre les différents tissus. Pour combler le manque d’information, les méthodes les plus performante, avant ces travaux, reposaient sur l’intégration d’informations a priori sur la forme ou le mouvement du cœur, ce qui en échange réduisait leur adaptabilité au cas par cas. De plus, de telles approches nécessitent pour être efficaces l’identification manuelle de plusieurs repères dans l’image, ce qui rend le processus de segmentation difficilement reproductible. Dans cette thèse, nous proposons plusieurs algorithmes originaux et entièrement automatiques pour la segmentation sémantique d’images échocardiographiques. Ces méthodes génériques sont adaptées à la segmentation échocardiographique par apprentissage supervisé, c’est-à-dire que la résolution du problème est construite automatiquement à partir de données pré- analysées par des cardiologues entraînés. Grâce au développement d’une base de données et d’une plateforme d’évaluation dédiées au projet, nous montrons le fort potentiel clinique des méthodes automatiques d’apprentissage supervisé, et en particulier d’apprentissage profond, ainsi que la possibilité d’améliorer leur robustesse en intégrant une étape de détection automatique des régions d’intérêt dans l’image
The analysis of medical images plays a critical role in cardiology. Ultrasound imaging, as a real-time, low cost and bed side applicable modality, is nowadays the most commonly used image modality to monitor patient status and perform clinical cardiac diagnosis. However, the semantic segmentation (i.e the accurate delineation and identification) of heart structures is a difficult task due to the low quality of ultrasound images, characterized in particular by the lack of clear boundaries. To compensate for missing information, the best performing methods before this thesis relied on the integration of prior information on cardiac shape or motion, which in turns reduced the adaptability of the corresponding methods. Furthermore, such approaches require man- ual identifications of key points to be adapted to a given image, which makes the full process difficult to reproduce. In this thesis, we propose several original fully-automatic algorithms for the semantic segmentation of echocardiographic images based on supervised learning ap- proaches, where the resolution of the problem is automatically set up using data previously analyzed by trained cardiologists. From the design of a dedicated dataset and evaluation platform, we prove in this project the clinical applicability of fully-automatic supervised learning methods, in particular deep learning methods, as well as the possibility to improve the robustness by incorporating in the full process the prior automatic detection of regions of interest

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Gal, Viviane. "Vers une nouvelle Interaction Homme Environnement dans les jeux vidéo et pervasifs : rétroaction biologique et états émotionnels : apprentissage profond non supervisé au service de l'affectique". Electronic Thesis or Diss., Paris, CNAM, 2019. http://www.theses.fr/2019CNAM1269.

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Vivre des moments exceptionnels, connaître des sensations fortes, du bien-être, nous épanouir, font souvent partie de nos rêves ou aspirations. Nous choisissons des moyens divers pour y arriver comme le jeu. Que le joueur recherche l’originalité, les défis, la découverte, une histoire, ou d’autres buts, ce sont des états émotionnels qui sont l’objet de sa quête. Il attend que le jeu lui procure du plaisir, des sensations. Comment les lui apporter ? Mettre au point une nouvelle interaction humain environnement, dans les jeux vidéo ou pervasifs ou autres applications, prenant en compte et s’adaptant aux émotions de chacun, sans être gêné par les interfaces, biocapteurs de contact par exemple, est notre objectif. Cela soulève deux questions : - Peut-on découvrir des états émotionnels à partir de mesures physiologiques issues de biocapteurs de contact ? - Si oui, ces capteurs peuvent-ils être remplacés par des dispositifs distants, donc non invasifs, et produire les mêmes résultats ?Les modèles mis au point proposent des solutions à base de méthodes mathématiques d’apprentissage non supervisées. Nous présentons aussi des moyens de mesures à distance et expliquons les futurs travaux dans le domaine que nous baptisons affectique
Living exceptional moments, experiencing thrills, well-being, blooming, are often part of our dreams or aspirations. We choose various ways to get there like games. Whether the player is looking for originality, challenges, discovery, a story, or other goals, emotional states are the purpose of his quest. He remains until the game gives him pleasure, sensations. How bring them there? We are developing a new human environment interaction that takes into account and adapts to emotions. We address video or pervasive games or other applications. Through this goal, players should not be bothered by interfaces, or biosensors invasivness. This work raises two questions:- Can we discover emotional states based on physiological measurements from contact biosensors?- If so, can these sensors be replaced by remote, non-invasive devices and produce the same results?The models we have developed propose solutions based on unsupervised machine learning methods. We also present remote measurements technics and explain our future works in a new field we call affectics

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De, La Bourdonnaye François. "Learning sensori-motor mappings using little knowledge : application to manipulation robotics". Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC037/document.

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La thèse consiste en l'apprentissage d'une tâche complexe de robotique de manipulation en utilisant très peu d'aprioris. Plus précisément, la tâche apprise consiste à atteindre un objet avec un robot série. L'objectif est de réaliser cet apprentissage sans paramètres de calibrage des caméras, modèles géométriques directs, descripteurs faits à la main ou des démonstrations d'expert. L'apprentissage par renforcement profond est une classe d'algorithmes particulièrement intéressante dans cette optique. En effet, l'apprentissage par renforcement permet d’apprendre une compétence sensori-motrice en se passant de modèles dynamiques. Par ailleurs, l'apprentissage profond permet de se passer de descripteurs faits à la main pour la représentation d'état. Cependant, spécifier les objectifs sans supervision humaine est un défi important. Certaines solutions consistent à utiliser des signaux de récompense informatifs ou des démonstrations d'experts pour guider le robot vers les solutions. D'autres consistent à décomposer l'apprentissage. Par exemple, l'apprentissage "petit à petit" ou "du simple au compliqué" peut être utilisé. Cependant, cette stratégie nécessite la connaissance de l'objectif en termes d'état. Une autre solution est de décomposer une tâche complexe en plusieurs tâches plus simples. Néanmoins, cela n'implique pas l'absence de supervision pour les sous tâches mentionnées. D'autres approches utilisant plusieurs robots en parallèle peuvent également être utilisés mais nécessite du matériel coûteux. Pour notre approche, nous nous inspirons du comportement des êtres humains. Ces derniers généralement regardent l'objet avant de le manipuler. Ainsi, nous décomposons la tâche d'atteinte en 3 sous tâches. La première tâche consiste à apprendre à fixer un objet avec un système de deux caméras pour le localiser dans l'espace. Cette tâche est apprise avec de l'apprentissage par renforcement profond et un signal de récompense faiblement supervisé. Pour la tâche suivante, deux compétences sont apprises en parallèle : la fixation d'effecteur et une fonction de coordination main-oeil. Comme la précédente tâche, un algorithme d'apprentissage par renforcement profond est utilisé avec un signal de récompense faiblement supervisé. Le but de cette tâche est d'être capable de localiser l'effecteur du robot à partir des coordonnées articulaires. La dernière tâche utilise les compétences apprises lors des deux précédentes étapes pour apprendre au robot à atteindre un objet. Cet apprentissage utilise les mêmes aprioris que pour les tâches précédentes. En plus de la tâche d'atteinte, un predicteur d'atteignabilité d'objet est appris. La principale contribution de ces travaux est l'apprentissage d'une tâche de robotique complexe en n'utilisant que très peu de supervision
The thesis is focused on learning a complex manipulation robotics task using little knowledge. More precisely, the concerned task consists in reaching an object with a serial arm and the objective is to learn it without camera calibration parameters, forward kinematics, handcrafted features, or expert demonstrations. Deep reinforcement learning algorithms suit well to this objective. Indeed, reinforcement learning allows to learn sensori-motor mappings while dispensing with dynamics. Besides, deep learning allows to dispense with handcrafted features for the state spacerepresentation. However, it is difficult to specify the objectives of the learned task without requiring human supervision. Some solutions imply expert demonstrations or shaping rewards to guiderobots towards its objective. The latter is generally computed using forward kinematics and handcrafted visual modules. Another class of solutions consists in decomposing the complex task. Learning from easy missions can be used, but this requires the knowledge of a goal state. Decomposing the whole complex into simpler sub tasks can also be utilized (hierarchical learning) but does notnecessarily imply a lack of human supervision. Alternate approaches which use several agents in parallel to increase the probability of success can be used but are costly. In our approach,we decompose the whole reaching task into three simpler sub tasks while taking inspiration from the human behavior. Indeed, humans first look at an object before reaching it. The first learned task is an object fixation task which is aimed at localizing the object in the 3D space. This is learned using deep reinforcement learning and a weakly supervised reward function. The second task consists in learning jointly end-effector binocular fixations and a hand-eye coordination function. This is also learned using a similar set-up and is aimed at localizing the end-effector in the 3D space. The third task uses the two prior learned skills to learn to reach an object and uses the same requirements as the two prior tasks: it hardly requires supervision. In addition, without using additional priors, an object reachability predictor is learned in parallel. The main contribution of this thesis is the learning of a complex robotic task with weak supervision

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Monnier, Tom. "Unsupervised image analysis by synthesis". Electronic Thesis or Diss., Marne-la-vallée, ENPC, 2023. http://www.theses.fr/2023ENPC0037.

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Le but de cette thèse est de développer des approches d'intelligence artificielle (IA) pour analyser des collections d'images sans annotations. Des avancées dans ce domaine sont prometteuses pour des applications à fort impact reliées à la 3D (e.g., reconstruire une scène avec des composantes 3D manipulables pour les films d'animation ou les jeux vidéos) où annoter des exemples pour entrainer l'IA est difficile, et aussi pour des applications plus spécifiques (e.g., analyser l'évolution des charactères dans des documents du 12ème siècle) où employer des efforts conséquents pour annoter de larges bases de données pose question. L'idée centrale de cette dissertation est de construire des IA qui apprennent l'analyse d'une collection d'images en synthétisant ces mêmes images. Apprendre des modèles d'analyse par synthèse est difficile car cela nécessite la conception d'un système de génération d'images apprenable qui exhibite explicitement l'analyse voulue. Pour atteindre notre but, nous présentons trois contributions clés.La première contribution de cette thèse est une nouvelle approche conceptuelle à la modélisation de catégorie. Nous proposons de représenter la catégorie d'une image, d'un objet 2D ou d'une forme 3D, avec un prototype qui est transformé via appprentissage profond pour modéliser les différentes instances au sein de la catégorie. Plus spécifiquement, nous introduisons des transformations paramétriques concrètes (e.g., des déformations géométriques ou des variations de couleurs) et utilisons des réseaux de neurones pour prédire les paramètres de transformations nécessaires pour instancier le prototype pour une image donnée. Nous démontrons l'efficacité de cette idée en regroupant des images et reconstruisant des objets 3D à part d'images d'une seule vue de l'objet. Nous obtenons des performances égales aux meilleures méthodes qui utilisent des représentations d'image ad-hoc ou des annotations.La deuxième contribution est une nouvelle manière de découvrir des éléments dans une collection d'images. Nous proposons de représenter une collection d'images par un ensemble d'éléments apprennables, composés pour synthétiser les images et optimisés par descente de gradient. Nous démontrons l'efficacité de cette idée en découvrant des éléments 2D reliées à des objets sémantiques représentés dans la collection d'images. Notre approche a des performances semblables aux meilleures méthodes qui synthétisent les images par réseaux de neurones, et est plus interprétable. Nous démontrons aussi son efficacité en découvrant des éléments 3D reliées à des formes primitives étant donnée une collection d'images illustrant une scène via différents points de vue. Comparé aux travaux précédents calculant des primitives dans des nuages de points 3D, nous obtenons des résultats qualitatifs et quantitatifs supérieurs.La troisième contribution est plus technique et consiste en une nouvelle formulation pour calculer le rendu differentiable d'un mesh. Plus spécifiquement, nous formulons le rendu différentiable d'un mesh 3D comme l'alpha composition des faces du mesh par ordre de profondeur croissante. Comparée aux travaux précédents, cette formulation est clé pour apprendre des meshes 3D sans utiliser des annotations représentant les régions d'objet. En outre, cette formulation nous permet de facilement introduire la possibilité d'apprendre des meshes transparents, que nous modélisons pour représenter une scène comme une composition d'un nombre variable de meshes
The goal of this thesis is to develop machine learning approaches to analyze collections of images without annotations. Advances in this area hold particular promises for high-impact 3D-related applications (e.g., reconstructing a real-world scene with 3D actionable components for animation movies or video games) where annotating examples to teach the machines is difficult, as well as more micro applications related to specific needs (e.g., analyzing the character evolution from 12th century documents) where spending significant effort on annotating large-scale database is debatable. The central idea of this dissertation is to build machines that learn to analyze an image collection by synthesizing the images in the collection. Learning analysis models by synthesis is difficult because it requires the design of a learnable image generation system that explicitly exhibits the desired analysis output. To achieve our goal, we present three key contributions.The first contribution of this thesis is a new conceptual approach to category modeling. We propose to represent the category of an image, a 2D object or a 3D shape, with a prototype that is transformed using deep learning to model the different instances within the category. Specifically, we design meaningful parametric transformations (e.g., geometric deformations or colorimetric variations) and use neural networks to predict the transformation parameters necessary to instantiate the prototype for a given image. We demonstrate the effectiveness of this idea to cluster images and reconstruct 3D objects from single-view images. We obtain performances on par with the best state-of-the-art methods which leverage handcrafted features or annotations.The second contribution is a new way to discover elements in a collection of images. We propose to represent an image collection by a set of learnable elements composed together to synthesize the images and optimized by gradient descent. We first demonstrate the effectiveness of this idea by discovering 2D elements related to semantic objects represented by a large image collection. Our approach have performances similar to the best concurrent methods which synthesize images with neural networks, and ours comes with better interpretability. We also showcase the capability of this idea by discovering 3D elements related to simple primitive shapes given as input a collection of images depicting a scene from multiple viewpoints. Compared to prior works finding primitives in 3D point clouds, we showcase much better qualitative and quantitative performances.The third contribution is more technical and consist in a new formulation to compute differentiable mesh rendering. Specifically, we formulate the differentiable rendering of a 3D mesh as the alpha compositing of the mesh faces in an increasing depth order. Compared to prior works, this formulation is key to enable us to learn 3D meshes without requiring object region annotations. In addition, it allows us to seamlessly introduce the possibility to learn transparent meshes, which we design to model a scene as a composition of a variable number of meshes

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Rocco, Ignacio. "Neural architectures for estimating correspondences between images". Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLE060.

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L’objectif de cette thèse est de développer des méthodes pour la mise en correspondance entre de paires d'images dans des situations difficiles, telles que des changements extrêmes d'éclairage, des scènes avec peu de texture ou comprenant des structures répétitives, ou la mise en correspondance entre parties d'objets qui appartiennent à la même classe mais qui peuvent présenter de grandes différences d'apparence intra-classe. Nos contributions sont les suivantes : (i) nous développons une approche entraînable pour l'alignement paramétrique d'images en utilisant un modèle de réseau siamois, (ii) nous concevons une approche d'entraînement faiblement supervisée, qui permet l'entraînement à partir de paires d'images réelles annotées seulement au niveau des paires d'images, (iii) nous proposons les Réseaux de Consensus de Voisinage qui peuvent être utilisés pour estimer de manière robuste les correspondances pour des tâches où des correspondances discrètes sont requises et (iv) nous développons une variante plus efficace qui peut réduire les besoins en mémoire et le temps d'exécution des Réseaux de Consensus de Voisinage par un facteur dix
The goal of this thesis is to develop methods for establishing correspondences between pairs of images in challenging situations, such as extreme illumination changes, scenes with little texture or with repetitive structures, and matching parts of objects which belong to the same class, but which may have large intra-class appearance differences. In summary, our contributions are the following: (i) we develop a trainable approach for parametric image alignment by means of a siamese network model, (ii) we devise a weakly-supervised training approach, which allow training from real image pairs having only annotation at the level of image-pairs, (iii) we propose the Neighbourhood Consensus Networks which can be used to robustly estimate correspondences in tasks where discrete correspondences are required, and (iv) because the dense formulation of the Neighbourhood Consensus Networks is memory and computationally intensive, we develop a more efficient variant that can reduce the memory requirements and run-time by more than ten times

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Mehr, Éloi. "Unsupervised Learning of 3D Shape Spaces for 3D Modeling". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS566.

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Bien que les données 3D soient de plus en plus populaires, en particulier avec la démocratisation des expériences de réalité virtuelle et augmentée, il reste très difficile de manipuler une forme 3D, même pour des designers ou des experts. Partant d’une base de données d’instances 3D d’une ou plusieurs catégories d’objets, nous voulons apprendre la variété des formes plausibles en vue de développer de nouveaux outils intelligents de modélisation et d’édition 3D. Cependant, cette variété est souvent bien plus complexe comparée au domaine 2D. En effet, les surfaces 3D peuvent être représentées en utilisant plusieurs plongements distincts, et peuvent aussi exhiber des alignements ou des topologies différentes. Dans cette thèse, nous étudions la variété des formes plausibles à la lumière des défis évoqués précédemment, en approfondissant trois points de vue différents. Tout d'abord, nous considérons la variété comme un espace quotient, dans le but d’apprendre la géométrie intrinsèque des formes à partir d’une base de données où les modèles 3D ne sont pas co-alignés. Ensuite, nous supposons que la variété est non connexe, ce qui aboutit à un nouveau modèle d’apprentissage profond capable d’automatiquement partitionner et apprendre les formes selon leur typologie. Enfin, nous étudions la conversion d’une entrée 3D non structurée vers une géométrie exacte, représentée comme un arbre structuré de primitives solides continues
Even though 3D data is becoming increasingly more popular, especially with the democratization of virtual and augmented experiences, it remains very difficult to manipulate a 3D shape, even for designers or experts. Given a database containing 3D instances of one or several categories of objects, we want to learn the manifold of plausible shapes in order to develop new intelligent 3D modeling and editing tools. However, this manifold is often much more complex compared to the 2D domain. Indeed, 3D surfaces can be represented using various embeddings, and may also exhibit different alignments and topologies. In this thesis we study the manifold of plausible shapes in the light of the aforementioned challenges, by deepening three different points of view. First of all, we consider the manifold as a quotient space, in order to learn the shapes’ intrinsic geometry from a dataset where the 3D models are not co-aligned. Then, we assume that the manifold is disconnected, which leads to a new deep learning model that is able to automatically cluster and learn the shapes according to their typology. Finally, we study the conversion of an unstructured 3D input to an exact geometry, represented as a structured tree of continuous solid primitives

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Mordan, Taylor. "Conception d'architectures profondes pour l'interprétation de données visuelles". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS270.

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Aujourd’hui, les images sont omniprésentes à travers les smartphones et les réseaux sociaux. Il devient alors nécessaire d’avoir des moyens de traitement automatiques, afin d’analyser et d’interpréter les grandes quantités de données disponibles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la détection d’objets, i.e. au problème d’identification et de localisation de tous les objets présents dans une image. Cela peut être vu comme une première étape vers une interprétation complète des scènes. Nous l’abordons avec des réseaux de neurones profonds à convolutions, sous le paradigme de l’apprentissage profond. Un inconvénient de cette approche est le besoin de données annotées pour l’apprentissage. Puisque les annotations précises sont longues à produire, des jeux de données plus gros peuvent être construits à l’aide d’annotations partielles. Nous concevons des fonctions d’agrégation globale pour travailler avec celles-ci et retrouver l’information latente dans deux cas : l’apprentissage de représentations spatialement localisée et par parties, à partir de supervisions aux niveaux de l’image et des objets respectivement. Nous traitons la question de l’efficacité dans l’apprentissage de bout en bout de ces représentations en tirant parti de réseaux complètement convolutionnels. En outre, l’exploitation d’annotations supplémentaires sur les images disponibles peut être une alternative à l’obtention de plus d’images, particulièrement quand il y a peu d’images. Nous formalisons ce problème comme un type spécifique d’apprentissage multi-tâche avec un objectif primaire, et concevons une méthode pour apprendre de cette supervision auxiliaire
Nowadays, images are ubiquitous through the use of smartphones and social media. It then becomes necessary to have automatic means of processing them, in order to analyze and interpret the large amount of available data. In this thesis, we are interested in object detection, i.e. the problem of identifying and localizing all objects present in an image. This can be seen as a first step toward a complete visual understanding of scenes. It is tackled with deep convolutional neural networks, under the Deep Learning paradigm. One drawback of this approach is the need for labeled data to learn from. Since precise annotations are time-consuming to produce, bigger datasets can be built with partial labels. We design global pooling functions to work with them and to recover latent information in two cases: learning spatially localized and part-based representations from image- and object-level supervisions respectively. We address the issue of efficiency in end-to-end learning of these representations by leveraging fully convolutional networks. Besides, exploiting additional annotations on available images can be an alternative to having more images, especially in the data-deficient regime. We formalize this problem as a specific kind of multi-task learning with a primary objective to focus on, and design a way to effectively learn from this auxiliary supervision under this framework

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Lerousseau, Marvin. "Weakly Supervised Segmentation and Context-Aware Classification in Computational Pathology". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG015.

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L’anatomopathologie est la discipline médicale responsable du diagnostic et de la caractérisation des maladies par inspection macroscopique, microscopique, moléculaire et immunologique des tissus. Les technologies modernes permettent de numériser des lames tissulaire en images numériques qui peuvent être traitées par l’intelligence artificielle pour démultiplier les capacités des pathologistes. Cette thèse a présenté plusieurs approches nouvelles et puissantes qui s’attaquent à la segmentation et à la classification pan-cancer des images de lames numériques. L’apprentissage de modèles de segmentation pour des lames numériques est compliqué à cause de difficultés d’obtention d’annotations qui découlent (i) d’une pénurie de pathologistes, (ii) d’un processus d’annotation ennuyeux, et (iii) de différences majeurs entre les annotations inter-pathologistes. Mon premier axe de travail a abordé la segmentation des tumeurs pan-cancéreuses en concevant deux nouvelles approches d’entraînement faiblement supervisé qui exploitent des annotations à l’échelle de la lame qui sont faciles et rapides à obtenir. En particulier, ma deuxième contribution à la segmentation était un algorithme générique et très puissant qui exploite les annotations de pourcentages de tumeur pour chaque lame, sans recourir à des annotations de pixels. De vastes expériences à grande échelle ont montré la supériorité de mes approches par rapport aux méthodes faiblement supervisées et supervisées pour la segmentation des tumeurs pan-cancer sur un ensemble de données de plus de 15 000 lames de tissus congelés. Mes résultats ont également démontré la robustesse de nos approches au bruit et aux biais systémiques dans les annotations. Les lames numériques sont difficiles à classer en raison de leurs tailles colossales, qui vont de millions de pixels à plusieurs milliards de pixels, avec un poids souvent supérieur à 500 mégaoctets. L’utilisation directe de la vision par ordinateur traditionnelle n’est donc pas possible, incitant l’utilisation de l’apprentissage par instances multiples, un paradigme d’apprentissage automatique consistant à assimiler une lame comme un ensemble de tuiles uniformément échantillonnés à partir de cette dernière. Jusqu’à mes travaux, la grande majorité des approches d’apprentissage à instances multiples considéraient les tuiles comme échantillonnées de manière indépendante et identique, c’est-à-dire qu’elles ne prenaient pas en compte la relation spatiale des tuiles extraites d’une image de lame numérique. Certaines approches ont exploité une telle interconnexion spatiale en tirant parti de modèles basés sur des graphes, bien que le véritable domaine des lames numériques soit spécifiquement le domaine de l’image qui est plus adapté aux réseaux de neurones convolutifs. J’ai conçu un cadre d’apprentissage à instances multiples puissant et modulaire qui exploite la relation spatiale des tuiles extraites d’une lame numérique en créant une carte clairsemée des projections multidimensionnelles de patches, qui est ensuite traitée en projection de lame numérique par un réseau convolutif à entrée clairsemée, avant d’être classée par un modèle générique de classification. J’ai effectué des expériences approfondies sur trois tâches de classification d’images de lames numériques, dont la tâche par excellence du cancérologue de soustypage des tumeurs, sur un ensemble de données de plus de 20 000 images de lames numériques provenant de données publiques. Les résultats ont mis en évidence la supériorité de mon approche vis-à-vis les méthodes d’apprentissage à instances multiples les plus répandues. De plus, alors que mes expériences n’ont étudié mon approche qu’avec des réseaux de neurones convolutifs à faible entrée avec deux couches convolutives, les résultats ont montré que mon approche fonctionne mieux à mesure que le nombre de paramètres augmente, suggérant que des réseaux de neurones convolutifs plus sophistiqués peuvent facilement obtenir des résultats su
Anatomic pathology is the medical discipline responsible for the diagnosis and characterization of diseases through the macroscopic, microscopic, molecular and immunologic inspection of tissues. Modern technologies have made possible the digitization of tissue glass slides into whole slide images, which can themselves be processed by artificial intelligence to enhance the capabilities of pathologists. This thesis presented several novel and powerful approaches that tackle pan-cancer segmentation and classification of whole slide images. Learning segmentation models for whole slide images is challenged by an annotation bottleneck which arises from (i) a shortage of pathologists, (ii) an intense cumbersomeness and boring annotation process, and (iii) major inter-annotators discrepancy. My first line of work tackled pan-cancer tumor segmentation by designing two novel state-of-the-art weakly supervised approaches that exploit slide-level annotations that are fast and easy to obtain. In particular, my second segmentation contribution was a generic and highly powerful algorithm that leverages percentage annotations on a slide basis, without needing any pixelbased annotation. Extensive large-scale experiments showed the superiority of my approaches over weakly supervised and supervised methods for pan-cancer tumor segmentation on a dataset of more than 15,000 unfiltered and extremely challenging whole slide images from snap-frozen tissues. My results indicated the robustness of my approaches to noise and systemic biases in annotations. Digital slides are difficult to classify due to their colossal sizes, which range from millions of pixels to billions of pixels, often weighing more than 500 megabytes. The straightforward use of traditional computer vision is therefore not possible, prompting the use of multiple instance learning, a machine learning paradigm consisting in assimilating a whole slide image as a set of patches uniformly sampled from it. Up to my works, the greater majority of multiple instance learning approaches considered patches as independently and identically sampled, i.e. discarded the spatial relationship of patches extracted from a whole slide image. Some approaches exploited such spatial interconnection by leveraging graph-based models, although the true domain of whole slide images is specifically the image domain which is more suited with convolutional neural networks. I designed a highly powerful and modular multiple instance learning framework that leverages the spatial relationship of patches extracted from a whole slide image by building a sparse map from the patches embeddings, which is then further processed into a whole slide image embedding by a sparse-input convolutional neural network, before being classified by a generic classifier model. My framework essentially bridges the gap between multiple instance learning, and fully convolutional classification. I performed extensive experiments on three whole slide image classification tasks, including the golden task of cancer pathologist of subtyping tumors, on a dataset of more than 20,000 whole slide images from public data. Results highlighted the superiority of my approach over all other widespread multiple instance learning methods. Furthermore, while my experiments only investigated my approach with sparse-input convolutional neural networks with two convolutional layers, the results showed that my framework works better as the number of parameters increases, suggesting that more sophisticated convolutional neural networks can easily obtain superior results

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Tamaazousti, Youssef. "Vers l’universalité des représentations visuelle et multimodales". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC038/document.

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En raison de ses enjeux sociétaux, économiques et culturels, l’intelligence artificielle (dénotée IA) est aujourd’hui un sujet d’actualité très populaire. L’un de ses principaux objectifs est de développer des systèmes qui facilitent la vie quotidienne de l’homme, par le biais d’applications telles que les robots domestiques, les robots industriels, les véhicules autonomes et bien plus encore. La montée en popularité de l’IA est fortement due à l’émergence d’outils basés sur des réseaux de neurones profonds qui permettent d’apprendre simultanément, la représentation des données (qui était traditionnellement conçue à la main), et la tâche à résoudre (qui était traditionnellement apprise à l’aide de modèles d’apprentissage automatique). Ceci résulte de la conjonction des avancées théoriques, de la capacité de calcul croissante ainsi que de la disponibilité de nombreuses données annotées. Un objectif de longue date de l’IA est de concevoir des machines inspirées des humains, capables de percevoir le monde, d’interagir avec les humains, et tout ceci de manière évolutive (c’est `a dire en améliorant constamment la capacité de perception du monde et d’interaction avec les humains). Bien que l’IA soit un domaine beaucoup plus vaste, nous nous intéressons dans cette thèse, uniquement à l’IA basée apprentissage (qui est l’une des plus performante, à ce jour). Celle-ci consiste `a l’apprentissage d’un modèle qui une fois appris résoud une certaine tâche, et est généralement composée de deux sous-modules, l’un représentant la donnée (nommé ”représentation”) et l’autre prenant des décisions (nommé ”résolution de tâche”). Nous catégorisons, dans cette thèse, les travaux autour de l’IA, dans les deux approches d’apprentissage suivantes : (i) Spécialisation : apprendre des représentations à partir de quelques tâches spécifiques dans le but de pouvoir effectuer des tâches très spécifiques (spécialisées dans un certain domaine) avec un très bon niveau de performance; ii) Universalité : apprendre des représentations à partir de plusieurs tâches générales dans le but d’accomplir autant de tâches que possible dansdifférents contextes. Alors que la spécialisation a été largement explorée par la communauté de l’apprentissage profond, seules quelques tentatives implicites ont été réalisée vers la seconde catégorie, à savoir, l’universalité. Ainsi, le but de cette thèse est d’aborder explicitement le problème de l’amélioration de l’universalité des représentations avec des méthodes d’apprentissage profond, pour les données d’image et de texte. [...]
Because of its key societal, economic and cultural stakes, Artificial Intelligence (AI) is a hot topic. One of its main goal, is to develop systems that facilitates the daily life of humans, with applications such as household robots, industrial robots, autonomous vehicle and much more. The rise of AI is highly due to the emergence of tools based on deep neural-networks which make it possible to simultaneously learn, the representation of the data (which were traditionally hand-crafted), and the task to solve (traditionally learned with statistical models). This resulted from the conjunction of theoretical advances, the growing computational capacity as well as the availability of many annotated data. A long standing goal of AI is to design machines inspired humans, capable of perceiving the world, interacting with humans, in an evolutionary way. We categorize, in this Thesis, the works around AI, in the two following learning-approaches: (i) Specialization: learn representations from few specific tasks with the goal to be able to carry out very specific tasks (specialized in a certain field) with a very good level of performance; (ii) Universality: learn representations from several general tasks with the goal to perform as many tasks as possible in different contexts. While specialization was extensively explored by the deep-learning community, only a few implicit attempts were made towards universality. Thus, the goal of this Thesis is to explicitly address the problem of improving universality with deep-learning methods, for image and text data. We have addressed this topic of universality in two different forms: through the implementation of methods to improve universality (“universalizing methods”); and through the establishment of a protocol to quantify its universality. Concerning universalizing methods, we proposed three technical contributions: (i) in a context of large semantic representations, we proposed a method to reduce redundancy between the detectors through, an adaptive thresholding and the relations between concepts; (ii) in the context of neural-network representations, we proposed an approach that increases the number of detectors without increasing the amount of annotated data; (iii) in a context of multimodal representations, we proposed a method to preserve the semantics of unimodal representations in multimodal ones. Regarding the quantification of universality, we proposed to evaluate universalizing methods in a Transferlearning scheme. Indeed, this technical scheme is relevant to assess the universal ability of representations. This also led us to propose a new framework as well as new quantitative evaluation criteria for universalizing methods

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Loiseau, Romain. "Real-World 3D Data Analysis : Toward Efficiency and Interpretability". Electronic Thesis or Diss., Marne-la-vallée, ENPC, 2023. http://www.theses.fr/2023ENPC0028.

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Cette thèse explore de nouvelles approches d'apprentissage profond pour l'analyse des données 3D du monde réel. Le traitement des données 3D est utile pour de nombreuses applications telles que la conduite autonome, la gestion du territoire, la surveillance des installations industrielles, l'inventaire forestier et la mesure de biomasse. Cependant, l'annotation et l'analyse des données 3D peuvent être exigeantes. En particulier, il est souvent difficile de respecter des contraintes liées à l'utilisation des ressources de calcul ou à l'efficacité de l'annotation. La difficulté d'interpréter et de comprendre le fonctionnement interne des modèles d'apprentissage profond peut également limiter leur adoption.Des efforts considérables ont été déployés pour concevoir des méthodes d'analyse des données 3D, afin d'effectuer des tâches telles que la classification des formes ou la segmentation et la décomposition de scènes. Les premières analyses automatisées s'appuyaient sur des descripteurs créés à la main et incorporaient des connaissances préalables sur les acquisitions du monde réel. Les techniques modernes d'apprentissage profond ont de meilleures performances, mais, sont souvent coûteuses en calcul, dépendent de grands ensembles de données annotées, et sont peu interprétables. Les contributions de cette thèse répondent à ces limitations.La première contribution est une architecture d'apprentissage profond pour l’analyse efficace de séquences LiDAR en temps réel. Notre approche prend en compte la géométrie d'acquisition des capteurs LiDAR rotatifs, que de nombreuses pipelines de conduite autonome utilisent. Par rapport aux travaux antérieurs, qui considèrent les rotations complètes des capteurs LiDAR individuellement, notre modèle traite l'acquisition par petits incréments. L'architecture que nous proposons à une performance comparable à celle des meilleures méthodes, tout en réduisant le temps de traitement de plus de cinq fois, et la taille du modèle de plus de cinquante fois.La deuxième contribution est une méthode d'apprentissage profond permettant de résumer de vastes collections de formes 3D à l'aide d'un petit ensemble de formes 3D. Nous apprenons un faible nombre de formes prototypiques 3D qui sont alignées et déformées pour reconstruire les nuages de points d'entrée. Notre représentation compacte et interprétable des collections de formes 3D permet d'obtenir des résultats à l'état de l'art de la segmentation sémantique avec peu d'exemples annotés.La troisième contribution développe l'analyse non supervisée pour la décomposition de scans 3D du monde réel en parties interprétables. Nous introduisons un modèle de reconstruction probabiliste permettant de décomposer un nuage de points 3D à l'aide d'un petit ensemble de formes prototypiques apprises. Nous surpassons les méthodes non supervisées les plus récentes en termes de précision de décomposition, tout en produisant des représentations visuellement interprétables. Nous offrons des avantages significatifs par rapport aux approches existantes car notre modèle ne nécessite pas d'annotations lors de l'entraînement.Cette thèse présente également deux jeux de données annotés du monde réel en accès libre, HelixNet et Earth Parser Dataset, acquis respectivement avec des LiDAR terrestres et aériens. HelixNet est le plus grand jeu de données LiDAR de conduite autonome avec des annotations denses, et fournit les métadonnées du capteur pour chaque points, cruciales pour mesurer précisément la latence des méthodes de segmentation sémantique. Le Earth Parser Dataset se compose de sept scènes LiDAR aériennes, qui peuvent être utilisées pour évaluer les performances des techniques de traitement 3D dans divers environnements.Nous espérons que ces jeux de données, et ces méthodes fiables tenant compte des spécificités des acquisitions dans le monde réel, encourageront la poursuite de la recherche vers des modèles plus efficaces et plus interprétables
This thesis explores new deep-learning approaches for modeling and analyzing real-world 3D data. 3D data processing is helpful for numerous high-impact applications such as autonomous driving, territory management, industry facilities monitoring, forest inventory, and biomass measurement. However, annotating and analyzing 3D data can be demanding. Specifically, matching constraints regarding computing resources or annotation efficiency is often challenging. The difficulty of interpreting and understanding the inner workings of deep learning models can also limit their adoption.The computer vision community has made significant efforts to design methods to analyze 3D data, to perform tasks such as shape classification, scene segmentation, and scene decomposition. Early automated analysis relied on hand-crafted descriptors and incorporated prior knowledge about real-world acquisitions. Modern deep learning techniques demonstrate the best performances but are often computationally expensive, rely on large annotated datasets, and have low interpretability. In this thesis, we propose contributions that address these limitations.The first contribution of this thesis is an efficient deep-learning architecture for analyzing LiDAR sequences in real time. Our approach explicitly considers the acquisition geometry of rotating LiDAR sensors, which many autonomous driving perception pipelines use. Compared to previous work, which considers complete LiDAR rotations individually, our model processes the acquisition in smaller increments. Our proposed architecture achieves accuracy on par with the best methods while reducing processing time by more than five times and model size by more than fifty times.The second contribution is a deep learning method to summarize extensive 3D shape collections with a small set of 3D template shapes. We learn end-to-end a small number of 3D prototypical shapes that are aligned and deformed to reconstruct input point clouds. The main advantage of our approach is that its representations are in the 3D space and can be viewed and manipulated. They constitute a compact and interpretable representation of 3D shape collections and facilitate annotation, leading to emph{state-of-the-art} results for few-shot semantic segmentation.The third contribution further expands unsupervised analysis for parsing large real-world 3D scans into interpretable parts. We introduce a probabilistic reconstruction model to decompose an input 3D point cloud using a small set of learned prototypical shapes. Our network determines the number of prototypes to use to reconstruct each scene. We outperform emph{state-of-the-art} unsupervised methods in terms of decomposition accuracy while remaining visually interpretable. We offer significant advantages over existing approaches as our model does not require manual annotations.This thesis also introduces two open-access annotated real-world datasets, HelixNet and the Earth Parser Dataset, acquired with terrestrial and aerial LiDARs, respectively. HelixNet is the largest LiDAR autonomous driving dataset with dense annotations and provides point-level sensor metadata crucial for precisely measuring the latency of semantic segmentation methods. The Earth Parser Dataset consists of seven aerial LiDAR scenes, which can be used to evaluate 3D processing techniques' performances in diverse environments.We hope that these datasets and reliable methods considering the specificities of real-world acquisitions will encourage further research toward more efficient and interpretable models

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Simon, Etienne. "Deep Learning for Unsupervised Relation Extraction". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS198.

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Détecter les relations exprimées dans un texte est un problème fondamental de la compréhension du langage naturel. Il constitue un pont entre deux approches historiquement distinctes de l'intelligence artificielle, celles à base de représentations symboliques et distribuées. Cependant, aborder ce problème sans supervision humaine pose plusieurs problèmes et les modèles non supervisés ont des difficultés à faire écho aux avancées des modèles supervisés. Cette thèse aborde deux lacunes des approches non supervisées : le problème de la régularisation des modèles discriminatifs et le problème d'exploitation des informations relationnelles à partir des structures des jeux de données. La première lacune découle de l'utilisation de réseaux neuronaux profonds. Ces modèles ont tendance à s'effondrer sans supervision. Pour éviter ce problème, nous introduisons deux fonctions de coût sur la distribution des relations pour contraindre le classifieur dans un état entraînable. La deuxième lacune découle du développement des approches au niveau des jeux de données. Nous montrons que les modèles non supervisés peuvent tirer parti d'informations issues de la structure des jeux de données, de manière encore plus décisive que les modèles supervisés. Nous exploitons ces structures en adaptant les méthodes non supervisées existantes pour capturer les informations topologiques à l'aide de réseaux convolutifs pour graphes. De plus, nous montrons que nous pouvons exploiter l'information mutuelle entre les données topologiques et linguistiques pour concevoir un nouveau paradigme d'entraînement pour l'extraction non supervisée de relations
Capturing concepts' interrelations is a fundamental of natural language understanding. It constitutes a bridge between two historically separate approaches of artificial intelligence: the use of symbolic and distributed representations. However, tackling this problem without human supervision poses several issues, and unsupervised models have difficulties echoing the expressive breakthroughs of supervised ones. This thesis addresses two supervision gaps we identified: the problem of regularization of sentence-level discriminative models and the problem of leveraging relational information from dataset-level structures. The first gap arises following the increased use of discriminative approaches, such as deep neural network classifiers, in the supervised setting. These models tend to collapse without supervision. To overcome this limitation, we introduce two relation distribution losses to constrain the relation classifier into a trainable state. The second gap arises from the development of dataset-level (aggregate) approaches. We show that unsupervised models can leverage a large amount of additional information from the structure of the dataset, even more so than supervised models. We close this gap by adapting existing unsupervised methods to capture topological information using graph convolutional networks. Furthermore, we show that we can exploit the mutual information between topological (dataset-level) and linguistic (sentence-level) information to design a new training paradigm for unsupervised relation extraction

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Desir, Chesner. "Classification Automatique d'Images, Application à l'Imagerie du Poumon Profond". Phd thesis, Université de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00879356.

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Cette thèse porte sur la classification automatique d'images, appliquée aux images acquises par alvéoscopie, une nouvelle technique d'imagerie du poumon profond. L'objectif est la conception et le développement d'un système d'aide au diagnostic permettant d'aider le praticien à analyser ces images jamais vues auparavant. Nous avons élaboré, au travers de deux contributions, des méthodes performantes, génériques et robustes permettant de classer de façon satisfaisante les images de patients sains et pathologiques. Nous avons proposé un premier système complet de classification basé à la fois sur une caractérisation locale et riche du contenu des images, une approche de classification par méthodes d'ensemble d'arbres aléatoires et un mécanisme de pilotage du rejet de décision, fournissant à l'expert médical un moyen de renforcer la fiabilité du système. Face à la complexité des images alvéoscopiques et la difficulté de caractériser les cas pathologiques, contrairement aux cas sains, nous nous sommes orientés vers la classification one-class qui permet d'apprendre à partir des seules données des cas sains. Nous avons alors proposé une approche one-class tirant partie des mécanismes de combinaison et d'injection d'aléatoire des méthodes d'ensemble d'arbres de décision pour répondre aux difficultés rencontrées dans les approches standards, notamment la malédiction de la dimension. Les résultats obtenus montrent que notre méthode est performante, robuste à la dimension, compétitive et même meilleure comparée aux méthodes de l'état de l'art sur une grande variété de bases publiques. Elle s'est notamment avérée pertinente pour notre problématique médicale.

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Desir, Chesner. "Classification automatique d'images, application à l'imagerie du poumon profond". Phd thesis, Rouen, 2013. http://www.theses.fr/2013ROUES053.

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Cette thèse porte sur la classification automatique d’images, appliquée aux images acquises par alvéoscopie, une nouvelle technique d’imagerie du poumon profond. L’objectif est la conception et le développement d’un système d’aide au diagnostic permettant d’aider le praticien à analyser ces images jamais vues auparavant. Nous avons élaboré, au travers de deux contributions, des méthodes performantes, génériques et robustes permettant de classer de façon satisfaisante les images de patients sains et pathologiques. Nous avons proposé un premier système complet de classification basé à la fois sur une caractérisation locale et riche du contenu des images, une approche de classification par méthodes d’ensemble d’arbres aléatoires et un mécanisme de pilotage du rejet de décision, fournissant à l’expert médical un moyen de renforcer la fiabilité du système. Face à la complexité des images alvéoscopiques et la difficulté de caractériser les cas pathologiques, contrairement aux cas sains, nous nous sommes orientés vers la classification oneclass qui permet d’apprendre à partir des seules données des cas sains. Nous avons alors proposé une approche one-class tirant partie des mécanismes de combinaison et d’injection d’aléatoire des méthodes d’ensemble d’arbres de décision pour répondre aux difficultés rencontrées dans les approches standards, notamment la malédiction de la dimension. Les résultats obtenus montrent que notre méthode est performante, robuste à la dimension, compétitive et même meilleure comparée aux méthodes de l’état de l’art sur une grande variété de bases publiques. Elle s’est notamment avérée pertinente pour notre problématique médicale
This thesis deals with automated image classification, applied to images acquired with alveoscopy, a new imaging technique of the distal lung. The aim is to propose and develop a computer aided-diagnosis system, so as to help the clinician analyze these images never seen before. Our contributions lie in the development of effective, robust and generic methods to classify images of healthy and pathological patients. Our first classification system is based on a rich and local characterization of the images, an ensemble of random trees approach for classification and a rejection mechanism, providing the medical expert with tools to enhance the reliability of the system. Due to the complexity of alveoscopy images and to the lack of expertize on the pathological cases (unlike healthy cases), we adopt the one-class learning paradigm which allows to learn a classifier from healthy data only. We propose a one-class approach taking advantage of combining and randomization mechanisms of ensemble methods to respond to common issues such as the curse of dimensionality. Our method is shown to be effective, robust to the dimension, competitive and even better than state-of-the-art methods on various public datasets. It has proved to be particularly relevant to our medical problem

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Debard, Quentin. "Automatic learning of next generation human-computer interactions". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI036.

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L’Intelligence Artificielle (IA) et les Interfaces Homme-Machine (IHM) sont deux champs de recherche avec relativement peu de travaux communs. Les spécialistes en IHM conçoivent habituellement les interfaces utilisateurs directement à partir d’observations et de mesures sur les interactions humaines, optimisant manuellement l’interface pour qu’elle corresponde au mieux aux attentes des utilisateurs. Ce processus est difficile à optimiser : l’ergonomie, l’intuitivité et la facilité d’utilisation sont autant de propriétés clé d’une interface utilisateur (IU) trop complexes pour être simplement modélisées à partir de données d’interaction. Ce constat restreint drastiquement les utilisations potentielles de l’apprentissage automatique dans ce processus de conception. A l’heure actuelle, l’apprentissage automatique dans les IHMs se cantonne majoritairement à la reconnaissance de gestes et à l’automatisation d’affichage, par exemple à des fins publicitaires ou pour suggérer une sélection. L’apprentissage automatique peut également être utilisé pour optimiser une interface utilisateur existante, mais il ne participe pour l’instant pas à concevoir de nouvelles façons d’intéragir. Notre objectif avec cette thèse est de proposer grâce à l’apprentissage automatique de nouvelles stratégies pour améliorer le processus de conception et les propriétés des IUs. Notre but est de définir de nouvelles IUs intelligentes – comprendre précises, intuitives et adaptatives – requérant un minimum d’interventions manuelles. Nous proposons une nouvelle approche à la conception d’IU : plutôt que l’utilisateur s’adapte à l’interface, nous cherchons à ce que l’utilisateur et l’interface s’adaptent mutuellement l’un à l’autre. Le but est d’une part de réduire le biais humain dans la conception de protocoles d’interactions, et d’autre part de construire des interfaces co-adaptatives capables de correspondre d’avantage aux préférences individuelles des utilisateurs. Pour ce faire, nous allons mettre à contribution les différents outils disponibles en apprentissage automatique afin d’apprendre automatiquement des comportements, des représentations et des prises de décision. Nous expérimenterons sur les interfaces tactiles pour deux raisons majeures : celles-ci sont largement utilisées et fournissent des problèmes facilement interprétables. La première partie de notre travail se focalisera sur le traitement des données tactiles et l’utilisation d’apprentissage supervisé pour la construction de classifieurs précis de gestes tactiles. La seconde partie détaillera comment l’apprentissage par renforcement peut être utilisé pour modéliser et apprendre des protocoles d’interaction en utilisant des gestes utilisateur. Enfin, nous combinerons ces modèles d’apprentissage par renforcement avec de l’apprentissage non supervisé pour définir une méthode de conception de nouveaux protocoles d’interaction ne nécessitant pas de données d’utilisation réelles
Artificial Intelligence (AI) and Human-Computer Interactions (HCIs) are two research fields with relatively few common work. HCI specialists usually design the way we interact with devices directly from observations and measures of human feedback, manually optimizing the user interface to better fit users’ expectations. This process is hard to optimize: ergonomy, intuitivity and ease of use are key features in a User Interface (UI) that are too complex to be simply modelled from interaction data. This drastically restrains the possible uses of Machine Learning (ML) in this design process. Currently, ML in HCI is mostly applied to gesture recognition and automatic display, e.g. advertisement or item suggestion. It is also used to fine tune an existing UI to better optimize it, but as of now it does not participate in designing new ways to interact with computers. Our main focus in this thesis is to use ML to develop new design strategies for overall better UIs. We want to use ML to build intelligent – understand precise, intuitive and adaptive – user interfaces using minimal handcrafting. We propose a novel approach to UI design: instead of letting the user adapt to the interface, we want the interface and the user to adapt mutually to each other. The goal is to reduce human bias in protocol definition while building co-adaptive interfaces able to further fit individual preferences. In order to do so, we will put to use the different mechanisms available in ML to automatically learn behaviors, build representations and take decisions. We will be experimenting on touch interfaces, as these interfaces are vastly used and can provide easily interpretable problems. The very first part of our work will focus on processing touch data and use supervised learning to build accurate classifiers of touch gestures. The second part will detail how Reinforcement Learning (RL) can be used to model and learn interaction protocols given user actions. Lastly, we will combine these RL models with unsupervised learning to build a setup allowing for the design of new interaction protocols without the need for real user data

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Oquab, Maxime. "Convolutional neural networks : towards less supervision for visual recognition". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE061.

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Les réseaux de neurones à convolution sont des algorithmes d’apprentissage flexibles qui tirent efficacement parti des importantes masses de données qui leur sont fournies pour l’entraînement. Malgré leur utilisation dans des applications industrielles dès les années 90, ces algorithmes n’ont pas été utilisés pour la reconnaissance d’image à cause de leurs faibles performances avec les images naturelles. C’est finalement grâce a l’apparition d’importantes quantités de données et de puissance de calcul que ces algorithmes ont pu révéler leur réel potentiel lors de la compétition ImageNet, menant à un changement de paradigme en reconnaissance d’image. La première contribution de cette thèse est une méthode de transfert d’apprentissage dans les réseaux à convolution pour la classification d’image. À l’aide d’une procédure de pré-entraînement, nous montrons que les représentations internes d’un réseau à convolution sont assez générales pour être utilisées sur d’autres tâches, et meilleures lorsque le pré-entraînement est réalisé avec plus de données. La deuxième contribution de cette thèse est un système faiblement supervisé pour la classification d’images, pouvant prédire la localisation des objets dans des scènes complexes, en utilisant, lors de l’entraînement, seulement l’indication de la présence ou l’absence des objets dans les images. La troisième contribution de cette thèse est une recherche de pistes de progression en apprentissage non-supervisé. Nous étudions l’algorithme récent des réseaux génératifs adversariaux et proposons l’utilisation d’un test statistique pour l’évaluation de ces modèles. Nous étudions ensuite les liens avec le problème de la causalité, et proposons un test statistique pour la découverte causale. Finalement, grâce a un lien établi récemment avec les problèmes de transport optimal, nous étudions ce que ces réseaux apprennent des données dans le cas non-supervisé
Convolutional Neural Networks are flexible learning algorithms for computer vision that scale particularly well with the amount of data that is provided for training them. Although these methods had successful applications already in the ’90s, they were not used in visual recognition pipelines because of their lesser performance on realistic natural images. It is only after the amount of data and the computational power both reached a critical point that these algorithms revealed their potential during the ImageNet challenge of 2012, leading to a paradigm shift in visual recogntion. The first contribution of this thesis is a transfer learning setup with a Convolutional Neural Network for image classification. Using a pre-training procedure, we show that image representations learned in a network generalize to other recognition tasks, and their performance scales up with the amount of data used in pre-training. The second contribution of this thesis is a weakly supervised setup for image classification that can predict the location of objects in complex cluttered scenes, based on a dataset indicating only with the presence or absence of objects in training images. The third contribution of this thesis aims at finding possible paths for progress in unsupervised learning with neural networks. We study the recent trend of Generative Adversarial Networks and propose two-sample tests for evaluating models. We investigate possible links with concepts related to causality, and propose a two-sample test method for the task of causal discovery. Finally, building on a recent connection with optimal transport, we investigate what these generative algorithms are learning from unlabeled data

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Chafaa, Irched. "Machine learning for beam alignment in mmWave networks". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG044.

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Pour faire face à la croissance exponentielle du trafic des données mobiles, une solution possible est d'exploiter les larges bandes spectrales disponibles dans la partie millimétrique du spectre électromagnétique. Cependant, le signal transmis est fortement atténué, impliquant une portée de propagation limitée et un faible nombre des trajets de propagation (canal parcimonieux). Par conséquent, des faisceaux directifs doivent être utilisés pour focaliser l'énergie du signal transmis vers son utilisateur et compenser les pertes de propagation. Ces faisceaux ont besoin d'être dirigés convenablement pour garantir la fiabilité du lien de communication. Ceci représente le problème d'alignement des faisceaux pour les systèmes de communication à onde millimétrique. En effet, les faisceaux de l'émetteur et du récepteur doivent être constamment ajustés et alignés pour combattre les conditions de propagation difficiles de la bande millimétrique. De plus, les techniques d'alignement des faisceaux doivent prendre en compte la mobilité des utilisateurs et la dynamique imprévisible du réseau. Ceci mène à un fort coût de signalisation et d'entraînement qui impacte les performances des réseaux. Dans la première partie de cette thèse, nous reformulons le problème d'alignement des faisceaux en utilisant les bandits manchots (ou multi-armed bandits), pertinents dans le cas d'une dynamique du réseau imprévisibles et arbitraire (non-stationnaire ou même antagoniste). Nous proposons des méthodes en ligne et adaptatives pour aligner indépendamment les faisceaux des deux nœuds du lien de communication en utilisant seulement un seul bit de feedback. En se basant sur l'algorithme des poids exponentiels (EXP3) et le caractère parcimonieux du canal à onde millimétrique, nous proposons une version modifiée de l'algorithme original (MEXP3) avec des garanties théoriques en fonction du regret asymptotique. En outre, pour un horizon du temps fini, notre borne supérieure du regret est plus serrée que celle de l'algorithme EXP3, indiquant une meilleure performance en pratique. Nous introduisons également une deuxième modification qui utilise les corrélations temporelles entre des choix successifs des faisceaux dans une nouvelle technique d'alignement des faisceaux (NBT-MEXP3). Dans la deuxième partie de cette thèse, des outils de l'apprentissage profond sont examinés pour choisir des faisceaux dans un lien point d'accès -- utilisateur. Nous exploitons l'apprentissage profond non supervisé pour utiliser l'information des canaux au-dessous de 6 GHz afin de prédire des faisceaux dans la bande millimétrique; cette fonction canal-faisceau complexe est apprise en utilisant des données non-annotés du dataset DeepMIMO. Nous discutons aussi le choix d'une taille optimale pour le réseau de neurones en fonction du nombre des antennes de transmission et de réception au point d'accès. De plus, nous étudions l'impact de la disponibilité des données d'entraînement et introduisons une approche basée sur l'apprentissage fédéré pour prédire des faisceaux dans un réseau à plusieurs liens en partageant uniquement les paramètres des réseaux de neurones entrainés localement (et non pas les données locales). Nous envisageons les méthodes synchrones et asynchrones de l'approche par apprentissage fédéré. Nos résultats numériques montrent le potentiel de notre approche particulièrement au cas où les données d'entrainement sont peu abondantes ou imparfaites (bruitées). Enfin, nous comparons nos méthodes basées sur l'apprentissage profond avec celles de la première partie. Les simulations montrent que le choix d'une méthode convenable pour aligner les faisceaux dépend de la nature de l'application et présente un compromis entre le débit obtenu et la complexité du calcul
To cope with the ever increasing mobile data traffic, an envisioned solution for future wireless networks is to exploit the large available spectrum in the millimeter wave (mmWave) band. However, communicating at these high frequencies is very challenging as the transmitted signal suffers from strong attenuation, which leads to a limited propagation range and few multipath components (sparse mmWave channels). Hence, highly-directional beams have to be employed to focus the signal energy towards the intended user and compensate all those losses. Such beams need to be steered appropriately to guarantee a reliable communication link. This represents the so called beam alignment problem where the beams of the transmitter and the receiver need to be constantly aligned. Moreover, beam alignment policies need to support devices mobility and the unpredicted dynamics of the network, which result in significant signaling and training overhead affecting the overall performance. In the first part of the thesis, we formulate the beam alignment problem via the adversarial multi-armed bandit framework, which copes with arbitrary network dynamics including non-stationary or adversarial components. We propose online and adaptive beam alignment policies relying only on one-bit feedback to steer the beams of both nodes of the communication link in a distributed manner. Building on the well-known exponential weights algorithm (EXP3) and by exploiting the sparse nature of mmWave channels, we propose a modified policy (MEXP3), which comes with optimal theoretical guarantees in terms of asymptotic regret. Moreover, for finite horizons, our regret upper-bound is tighter than that of the original EXP3 suggesting better performance in practice. We then introduce an additional modification that accounts for the temporal correlation between successive beams and propose another beam alignment policy (NBT-MEXP3). In the second part of the thesis, deep learning tools are investigated to select mmWave beams in an access point -- user link. We leverage unsupervised deep learning to exploit the channel knowledge at sub-6 GHz and predict beamforming vectors in the mmWave band; this complex channel-beam mapping is learned via data issued from the DeepMIMO dataset and lacking the ground truth. We also show how to choose an optimal size of our neural network depending on the number of transmit and receive antennas at the access point. Furthermore, we investigate the impact of training data availability and introduce a federated learning (FL) approach to predict the beams of multiple links by sharing only the parameters of the locally trained neural networks (and not the local data). We investigate both synchronous and asynchronous FL methods. Our numerical simulations show the high potential of our approach, especially when the local available data is scarce or imperfect (noisy). At last, we compare our proposed deep learning methods with reinforcement learning methods derived in the first part. Simulations show that choosing an appropriate beam steering method depends on the target application and is a tradeoff between rate performance and computational complexity

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Barreau, Baptiste. "Machine Learning for Financial Products Recommendation". Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST010.

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L’anticipation des besoins des clients est cruciale pour toute entreprise — c’est particulièrement vrai des banques d’investissement telles que BNP Paribas Corporate and Institutional Banking au vu de leur rôle dans les marchés financiers. Cette thèse s’intéresse au problème de la prédiction des intérêts futurs des clients sur les marchés financiers, et met plus particulièrement l’accent sur le développement d’algorithmes ad hoc conçus pour résoudre des problématiques spécifiques au monde financier.Ce manuscrit se compose de cinq chapitres, répartis comme suit :- Le chapitre 1 expose le problème de la prédiction des intérêts futurs des clients sur les marchés financiers. Le but de ce chapitre est de fournir aux lecteurs toutes les clés nécessaires à la bonne compréhension du reste de cette thèse. Ces clés sont divisées en trois parties : une mise en lumière des jeux de données à notre disposition pour la résolution du problème de prédiction des intérêts futurs et de leurs caractéristiques, une vue d’ensemble, non exhaustive, des algorithmes pouvant être utilisés pour la résolution de ce problème, et la mise au point de métriques permettant d’évaluer la performance de ces algorithmes sur nos jeux de données. Ce chapitre se clôt sur les défis que l’on peut rencontrer lors de la conception d’algorithmes permettant de résoudre le problème de la prédiction des intérêts futurs en finance, défis qui seront, en partie, résolus dans les chapitres suivants ;- Le chapitre 2 compare une partie des algorithmes introduits dans le chapitre 1 sur un jeu de données provenant de BNP Paribas CIB, et met en avant les difficultés rencontrées pour la comparaison d’algorithmes de nature différente sur un même jeu de données, ainsi que quelques pistes permettant de surmonter ces difficultés. Ce comparatif met en pratique des algorithmes de recommandation classiques uniquement envisagés d’un point de vue théorique au chapitre précédent, et permet d’acquérir une compréhension plus fine des différentes métriques introduites au chapitre 1 au travers de l’analyse des résultats de ces algorithmes ;- Le chapitre 3 introduit un nouvel algorithme, Experts Network, i.e., réseau d’experts, conçu pour résoudre le problème de l’hétérogénéité de comportement des investisseurs d’un marché donné au travers d’une architecture de réseau de neurones originale, inspirée de la recherche sur les mélanges d’experts. Dans ce chapitre, cette nouvelle méthodologie est utilisée sur trois jeux de données distincts : un jeu de données synthétique, un jeu de données en libre accès, et un jeu de données provenant de BNP Paribas CIB. Ce chapitre présente aussi en plus grand détail la genèse de l’algorithme et fournit des pistes pour l’améliorer ;- Le chapitre 4 introduit lui aussi un nouvel algorithme, appelé History-augmented collaborative filtering, i.e., filtrage collaboratif augmenté par historiques, qui proposes d’augmenter les approches de factorisation matricielle classiques à l’aide des historiques d’interaction des clients et produits considérés. Ce chapitre poursuit l’étude du jeu de données étudié au chapitre 2 et étend l’algorithme introduit avec de nombreuses idées. Plus précisément, ce chapitre adapte l’algorithme de façon à permettre de résoudre le problème du cold start, i.e., l’incapacité d’un système de recommandation à fournir des prédictions pour de nouveaux utilisateurs, ainsi qu’un nouveau cas d’application sur lequel cette adaptation est essayée ;- Le chapitre 5 met en lumière une collection d’idées et d’algorithmes, fructueux ou non, qui ont été essayés au cours de cette thèse. Ce chapitre se clôt sur un nouvel algorithme mariant les idées des algorithmes introduits aux chapitres 3 et 4
Anticipating clients’ needs is crucial to any business — this is particularly true for corporate and institutional banks such as BNP Paribas Corporate and Institutional Banking due to their role in the financial markets. This thesis addresses the problem of future interests prediction in the financial context and focuses on the development of ad hoc algorithms designed for solving specific financial challenges.This manuscript is composed of five chapters:- Chapter 1 introduces the problem of future interests prediction in the financial world. The goal of this chapter is to provide the reader with all the keys necessary to understand the remainder of this thesis. These keys are divided into three parts: a presentation of the datasets we have at our disposal to solve the future interests prediction problem and their characteristics, an overview of the candidate algorithms to solve this problem, and the development of metrics to monitor the performance of these algorithms on our datasets. This chapter finishes with some of the challenges that we face when designing algorithms to solve the future interests problem in finance, challenges that will be partly addressed in the following chapters;- Chapter 2 proposes a benchmark of some of the algorithms introduced in Chapter 1 on a real-word dataset from BNP Paribas CIB, along with a development on the difficulties encountered for comparing different algorithmic approaches on a same dataset and on ways to tackle them. This benchmark puts in practice classic recommendation algorithms that were considered on a theoretical point of view in the preceding chapter, and provides further intuition on the analysis of the metrics introduced in Chapter 1;- Chapter 3 introduces a new algorithm, called Experts Network, that is designed to solve the problem of behavioral heterogeneity of investors on a given financial market using a custom-built neural network architecture inspired from mixture-of-experts research. In this chapter, the introduced methodology is experimented on three datasets: a synthetic dataset, an open-source one and a real-world dataset from BNP Paribas CIB. The chapter provides further insights into the development of the methodology and ways to extend it;- Chapter 4 also introduces a new algorithm, called History-augmented Collaborative Filtering, that proposes to augment classic matrix factorization approaches with the information of users and items’ interaction histories. This chapter provides further experiments on the dataset used in Chapter 2, and extends the presented methodology with various ideas. Notably, this chapter exposes an adaptation of the methodology to solve the cold-start problem and applies it to a new dataset;- Chapter 5 brings to light a collection of ideas and algorithms, successful or not, that were experimented during the development of this thesis. This chapter finishes on a new algorithm that blends the methodologies introduced in Chapters 3 and 4

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Roger, Vincent. "Modélisation de l'indice de sévérité du trouble de la parole à l'aide de méthodes d'apprentissage profond : d'une modélisation à partir de quelques exemples à un apprentissage auto-supervisé via une mesure entropique". Thesis, Toulouse 3, 2022. http://www.theses.fr/2022TOU30180.

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Les personnes atteintes de cancers des voies aérodigestives supérieures présentent des difficultés de prononciation après des chirurgies ou des radiothérapies. Il est important pour le praticien de pouvoir disposer d'une mesure reflétant la sévérité de la parole. Pour produire cette mesure, il est communément pratiqué une étude perceptive qui rassemble un groupe de cinq à six experts cliniques. Ce procédé limite l'usage de cette évaluation en pratique. Ainsi, la création d'une mesure automatique, semblable à l'indice de sévérité, permettrait un meilleur suivi des patients en facilitant son obtention. Pour réaliser une telle mesure, nous nous sommes appuyés sur une tâche de lecture, classiquement réalisée. Nous avons utilisé les enregistrements du corpus C2SI-RUGBI qui rassemble plus de 100 personnes. Ce corpus représente environ une heure d'enregistrement pour modéliser l'indice de sévérité. Dans ce travail de doctorat, une revue des méthodes de l'état de l'art sur la reconnaissance de la parole, des émotions et du locuteur utilisant peu de données a été entreprise. Nous avons ensuite essayé de modéliser la sévérité à l'aide d'apprentissage par transfert et par apprentissage profond. Les résultats étant non utilisables, nous nous sommes tourné sur les techniques dites "few shot" (apprentissage à partir de quelques exemples seulement). Ainsi, après de premiers essais prometteurs sur la reconnaissance de phonèmes, nous avons obtenu des résultats prometteurs pour catégoriser la sévérité des patients. Néanmoins, l'exploitation de ces résultats pour une application médicale demanderait des améliorations. Nous avons donc réalisé des projections des données de notre corpus. Comme certaines tranches de scores étaient séparables à l'aide de paramètres acoustiques, nous avons proposé une nouvelle méthode de mesure entropique. Celle-ci est fondée sur des représentations de la parole autoapprise sur le corpus Librispeech : le modèle PASE+, qui est inspiré de l'Inception Score (généralement utilisé en image pour évaluer la qualité des images générées par les modèles). Notre méthode nous permet de produire un score semblable à l'indice de sévérité avec une corrélation de Spearman de 0,87 sur la tâche de lecture du corpus cancer. L'avantage de notre approche est qu'elle ne nécessite pas des données du corpus C2SI-RUGBI pour l'apprentissage. Ainsi, nous pouvons utiliser l'entièreté du corpus pour l'évaluation de notre système. La qualité de nos résultats nous a permis d'envisager une utilisation en milieu clinique à travers une application sur tablette : des tests sont d'ailleurs en cours à l'hôpital Larrey de Toulouse
People with head and neck cancers have speech difficulties after surgery or radiation therapy. It is important for health practitioners to have a measure that reflects the severity of speech. To produce this measure, a perceptual study is commonly performed with a group of five to six clinical experts. This process limits the use of this assessment in practice. Thus, the creation of an automatic measure, similar to the severity index, would allow a better follow-up of the patients by facilitating its obtaining. To realise such a measure, we relied on a reading task, classically performed. We used the recordings of the C2SI-RUGBI corpus, which includes more than 100 people. This corpus represents about one hour of recording to model the severity index. In this PhD work, a review of state-of-the-art methods on speech, emotion and speaker recognition using little data was undertaken. We then attempted to model severity using transfer learning and deep learning. Since the results were not usable, we turned to the so-called "few shot" techniques (learning from only a few examples). Thus, after promising first attempts at phoneme recognition, we obtained promising results for categorising the severity of patients. Nevertheless, the exploitation of these results for a medical application would require improvements. We therefore performed projections of the data from our corpus. As some score slices were separable using acoustic parameters, we proposed a new entropic measurement method. This one is based on self-supervised speech representations on the Librispeech corpus: the PASE+ model, which is inspired by the Inception Score (generally used in image processing to evaluate the quality of images generated by models). Our method allows us to produce a score similar to the severity index with a Spearman correlation of 0.87 on the reading task of the cancer corpus. The advantage of our approach is that it does not require data from the C2SI-RUGBI corpus for training. Thus, we can use the whole corpus for the evaluation of our system. The quality of our results has allowed us to consider a use in a clinical environment through an application on a tablet: tests are underway at the Larrey Hospital in Toulouse

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Pasquet, Jérôme. "Modélisation, détection et classification d'objets urbains à partir d’images photographiques aériennes". Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT283/document.

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Cette thèse aborde des problèmes liés à la localisation et reconnaissance d'objets urbains dans des images aériennes de très haute définition. Les objets urbains se caractérisent par une représentation très variable en terme de forme, texture et couleur. De plus, ils sont présents de multiples fois sur les images à analyser et peuvent être collés les uns aux autres. Pour effectuer la localisation et reconnaissance automatiquement des différents objets nous proposons d'utiliser des approches d'apprentissage supervisé. De part leurs caractéristiques, les objets urbains sont difficilement détectables et les approches classiques de détections n'offrent pas de performances satisfaisantes. Nous avons proposé l'utilisation d'un réseau de séparateurs à vaste marge (SVM) afin de mieux fusionner les informations issues des différentes résolutions et donc d'améliorer la représentativité de l'objet urbain. L'utilisation de réseau de SVM permet d'améliorer les performances mais à un coût calculatoire important. Nous avons alors proposé d'utiliser un chemin d'activation permettant de réduire la complexité sans perdre en efficacité. Ce chemin va activer le réseau de manière séquentielle et stoppera l'exploration lorsque la probabilité de détection d'un objet est importante. Dans le cas d'une localisation basée sur l'extraction de caractéristiques puis la classification, la réduction calculatoire est d'un facteur cinq. Par la suite, nous avons montré que nous pouvons combiner le réseau de SVM avec les cartes de caractéristiques issues de réseaux de neurones convolutifs. Cette architecture combinée avec le chemin d'activation permet une réduction théorique du coût d'activation pouvant aller jusqu'à 97% avec un gain de performances d'environ 8% sur les données utilisées. Les méthodes développées ont pour objectif d'être intégrées dans un logiciel de la société Berger-Levrault afin de faciliter et d'améliorer la gestion de cadastre dans les collectivités locales
This thesis deals with the problems of automatic localization and recognition of urban objects in high-definition aerial images. Urban object detection is a challenging problem because they vary in appearance, color and size. Moreover, there are many urban objects which can be very close to each other in an image. The localization and the automatic recognition of different urban objects, considering these characteristics, are very difficult to detect and classical image processing algorithms do not lead to good performances. We propose then to use the supervised learning approach. In a first time, we have built a Support Vector Machine (SVM) network to merge different resolutions in an efficient way. However, this method highly increases the computational cost. We then proposed to use an “activation path” which reduces the complexity without any loss of efficiency. This path activates sequentially the network and stops the exploration when an urban object has a high probability of detection. In the case of localizations based on a feature extraction step followed by a classification step, this may reduce by a factor 5 the computational cost. Thereafter, we show that we can combine an SVM network with feature maps which have been extracted by a Convolutional Neural Network. Such an architecture associated with the activation path increased the performance by 8% on our database while giving a theoretical reduction of the computational costs up to 97%. We implemented all these new methods in order to be integrated in the software framework of Berger-Levrault company, to improve land registry for local communities

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Othmani-Guibourg, Mehdi. "Supervised learning for distribution of centralised multiagent patrolling strategies". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS534.

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Depuis presque deux décennies, la tâche de la patrouille a fait l'objet d'une attention toute particulière de la part de la communauté multi-agent. La patrouille multi-agent consiste à modéliser comme un système multi-agent une tâche de patrouille à optimiser. Cette optimisation revient à répartir dans l'espace et le temps les agents patrouilleurs sur la zone à surveiller, cela le plus efficacement possible; un tel problème constitue par là même un problème de décision. Un large éventail d'algorithmes basés sur des stratégies d’agent réactives, cognitives, d’apprentissage par renforcement, centralisées et décentralisées, entre autres, ont été développés pour rendre les stratégies de patrouille toujours plus performantes. Cependant, les approches existantes basées sur de l'apprentissage supervisé avaient peu été étudiées jusqu’à présent, bien que quelques travaux aient abordé cette question. L’idée principale et sous-jacente à l'apprentissage supervisé, qui n’est rien de plus qu’un ensemble de méthodes et d'outils permettant d’inférer de nouvelles connaissances, est d’apprendre une fonction associant à tout élément en entrée un élément en sortie, à partir d'un ensemble de données composé de paires d'éléments entrées-sorties; l'apprentissage, dans ce cas, permet au système de faire de la généralisation à de nouvelles données jamais observées auparavant. Jusqu'à présent, la meilleure stratégie de patrouille multi-agent en ligne, à savoir sans calcul préalable, s'est avérée être une stratégie centralisée à coordinateur. Cependant, comme pour tout processus de décision centralisé généralement, une telle stratégie est difficilement échelonnable. L'objectif de ce travail est alors de développer et de mettre en œuvre une nouvelle méthodologie visant à transformer toute stratégie centralisée performante en stratégie distribuée, c'est-à-dire par nature résiliente, plus adaptative aux changements de l'environnement et échelonnable. Ce faisant, le processus de décision centralisé, généralement représenté par un coordinateur dans la patrouille multi-agent, est distribué sur les agents patrouilleurs au moyen de méthodes d’apprentissage supervisé, de sorte que les agents de la stratégie distribuée résultante tendent chacun à capturer ou cristalliser une partie de l’algorithme exécuté par le processus de décision centralisé. Le résultat est alors un nouveau algorithme de prise de décision distribué, qui repose sur de l’apprentissage automatique. Dans cette thèse, une telle procédure de distribution de stratégie centralisée est établie, puis concrètement mise en œuvre en utilisant certaines architectures de réseaux de neurones. Ainsi, après avoir exposé le contexte et les motivations, nous posons la problématique étudiée. Les principales stratégies multi-agent élaborées jusqu'à présent dans le cadre de la patrouille multi-agent sont ensuite décrites, en particulier une stratégie centralisée à haute performance qui est la stratégie centralisée à distribuer ici étudiée, ainsi qu’une stratégie décentralisée assez simple qui est utilisée comme référence pour les stratégies décentralisées. Entre autres, quelques stratégies basées sur de l’apprentissage supervisé sont aussi décrites. Ensuite, le modèle ainsi que certains concept fondamentaux du problème de la patrouille multi-agent sont définis
For nearly two decades, patrolling has received significant attention from the multiagent community. Multiagent patrolling (MAP) consists in modelling a patrol task to optimise as a multiagent system. The problem of optimising a patrol task is to distribute the most efficiently agents over the area to patrol in space and time, which constitutes a decision-making problem. A range of algorithms based on reactive, cognitive, reinforcement learning, centralised and decentralised strategies, amongst others, have been developed to make such a task ever more efficient. However, the existing patrolling-specific approaches based on supervised learning were still at preliminary stages, although a few works addressed this issue. Central to supervised learning, which is a set of methods and tools that allow inferring new knowledge, is the idea of learning a function mapping any input to an output from a sample of data composed of input-output pairs; learning, in this case, enables the system to generalise to new data never observed before. Until now, the best online MAP strategy, namely without precalculation, has turned out to be a centralised strategy with a coordinator. However, as for any centralised decision process in general, such a strategy is hardly scalable. The purpose of this work is then to develop and implement a new methodology aiming at turning any high-performance centralised strategy into a distributed strategy. Indeed, distributed strategies are by design resilient, more adaptive to changes in the environment, and scalable. In doing so, the centralised decision process, generally represented in MAP by a coordinator, is distributed into patrolling agents by means of supervised learning methods, so that each agent of the resultant distributed strategy tends to capture a part of the algorithm executed by the centralised decision process. The outcome is a new distributed decision-making algorithm based on machine learning. In this dissertation therefore, such a procedure of distribution of centralised strategy is established, then concretely implemented using some artificial neural networks architectures. By doing so, after having exposed the context and motivations of this work, we pose the problematic that led our study. The main multiagent strategies devised until now as part of MAP are then described, particularly a high-performance coordinated strategy, which is the centralised strategy studied in this work, as well as a simple decentralised strategy used as reference for decentralised strategies. Among others, some existing strategies based on supervised learning are also described. Thereafter, the model as well as certain of key concepts of MAP are defined. We also define the methodology laid down to address and study this problematic. This methodology comes in the form of a procedure that allows decentralising any centralised strategy by means of supervised learning. Then, the software ecosystem we developed for the needs of this work is also described, particularly PyTrol a discrete-time simulator dedicated to MAP developed with the aim of performing MAP simulation, to assess strategies and generate data, and MAPTrainer, a framework hinging on the PyTorch machine learning library, dedicated to research in machine learning in the context of MAP

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Boniol, Paul. "Detection of anomalies and identification of their precursors in large data series collections". Electronic Thesis or Diss., Université Paris Cité, 2021. http://www.theses.fr/2021UNIP5206.

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Les larges collections de séries temporelles deviennent une réalité dans un grand nombre de domaines scientifiques et sociaux, comme la finance, les sciences de l’environnement, l’astrophysique, les neurosciences, l’ingénierie ou les métiers du numérique. Il y a donc un intérêt et un besoin de plus en plus importants de développer des techniques efficaces pour analyser et traiter ce type de données. De manière informelle, une série temporelle est une séquence ordonnée de points ou de valeurs. Une fois les séries collectées et disponibles, les utilisateurs ont souvent besoin de les étudier pour en extraire de la valeur et de la connaissance. Ces analyses peuvent être simples, comme sélectionner des fenêtres temporelles, mais aussi complexes, comme rechercher des similarités entre des séries ou détecter des anomalies, souvent synonymes d’évolutions soudaines et inhabituelles possiblement non souhaitées, voire de dysfonctionnements du système étudié. Ce dernier type d’analyse représente un enjeu crucial pour des applications dans un large éventail de domaines partageant tous le même objectif : détecter les anomalies le plus rapidement possible pour éviter la survenue de tout événement critique, comme par exemple de prévenir les dégradations et donc d’allonger la durée de vie des systèmes. Par conséquent, dans ce travail de thèse, nous traitons les trois objectifs suivants : (i) l’exploration non-supervisée de séries temporelles pour la détection rétrospective d’anomalies à partir d’une collection de séries temporelles. (ii) la détection non-supervisée d’anomalies en temps réel dans les séries temporelles. (iii) l’explication de la classification d’anomalies connues dans les séries temporelles, afin d’identifier de possibles précurseurs. Dans ce manuscrit, nous introduisons d’abord le contexte industriel qui a motivé la thèse, des définitions fondamentales, une taxonomie des séries temporelles et un état de l’art des méthodes de détection d’anomalies. Nous présentons ensuite nos contributions scientifiques en suivant les trois axes mentionnés précédemment. Ainsi, nous décrivons premièrement deux solutions originales, NormA (basée sur une méthode de clustering de sous-séquences de la série temporelle à analyser) et Series2Graph (qui s’appuie sur une transformation de la séries temporelle en un réseau orienté), pour la tâche de détection non supervisée de sous-séquences anormales dans les séries temporelles statiques (i.e., n’évoluant pas dans le temps). Nous présentons dans un deuxième temps la méthode SAND (inspiré du fonctionnement de NormA) développée pour répondre à la tâche de détection non-supervisée de sous-séquences anormales dans les séries temporelles évoluant de manière continue dans le temps. Dans une troisième phase, nous abordons le problème lié à l’identification supervisée des précurseurs. Nous subdivisons cette tâche en deux problèmes génériques : la classification supervisée de séries temporelles d’une part, l’explication des résultats de cette classification par l’identification de sous-séquences discriminantes d’autre part. Enfin, nous illustrons l’applicabilité et l’intérêt de nos développements au travers d’une application portant sur l’identification de précurseurs de vibrations indésirables survenant sur des pompes d’alimentation en eau dans les centrales nucléaires françaises d’EDF
Extensive collections of data series are becoming a reality in a large number of scientific and social domains. There is, therefore, a growing interest and need to elaborate efficient techniques to analyze and process these data, such as in finance, environmental sciences, astrophysics, neurosciences, engineering. Informally, a data series is an ordered sequence of points or values. Once these series are collected and available, users often need to query them. These queries can be simple, such as the selection of time interval, but also complex, such as the similarities search or the detection of anomalies, often synonymous with malfunctioning of the system under study, or sudden and unusual evolution likely undesired. This last type of analysis represents a crucial problem for applications in a wide range of domains, all sharing the same objective: to detect anomalies as soon as possible to avoid critical events. Therefore, in this thesis, we address the following three objectives: (i) retrospective unsupervised subsequence anomaly detection in data series. (ii) unsupervised detection of anomalies in data streams. (iii) classification explanation of known anomalies in data series in order to identify possible precursors. This manuscript first presents the industrial context that motivated this thesis, fundamental definitions, a taxonomy of data series, and state-of-the-art anomaly detection methods. We then present our contributions along the three axes mentioned above. First, we describe two original solutions, NormA (that aims to build a weighted set of subsequences that represent the different behaviors of the data series) and Series2Graph (that transform the data series in a directed graph), for the task of unsupervised detection of anomalous subsequences in static data series. Secondly, we present the SAND (inspired from NormA) method for unsupervised detection of anomalous subsequences in data streams. Thirdly, we address the problem of the supervised identification of precursors. We subdivide this task into two generic problems: the supervised classification of time series and the explanation of this classification’s results by identifying discriminative subsequences. Finally, we illustrate the applicability and interest of our developments through an application concerning the identification of undesirable vibration precursors occurring in water supply pumps in the French nuclear power plants of EDF

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Douzon, Thibault. "Language models for document understanding". Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2023. http://www.theses.fr/2023ISAL0075.

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Chaque jour, les entreprises du monde entier reçoivent et traitent d'énormes volumes de documents, entraînant des coûts considérables. Pour réduire ces coûts, de grandes entreprises automatisent le traitement documentaire, visant une automatisation complète. Cette thèse se concentre sur l'utilisation de modèles d'apprentissage machine pour extraire des informations de documents. Les progrès récents en matière d'architecture de modèle, en particulier les transformeurs, ont révolutionné le domaine grâce à leur utilisation généralisée de l'attention et à l'amélioration des pré-entraînements auto-supervisés. Nous montrons que les transformeurs, pré-entraînés sur des documents, effectuent des tâches de compréhension de documents avec précision et surpassent les modèles à base de réseaux récurrents pour l'extraction d'informations par classification de mots. Les transformeurs nécessitent également moins de données d'entraînement pour atteindre des performances élevées, soulignant l'importance du pré-entraînement auto-supervisé. Dans la suite, nous introduisons des tâches de pré-entraînement spécifiquement adaptées aux documents d'entreprise, améliorant les performances même avec des modèles plus petits. Cela permet d'atteindre des niveaux de performance similaires à ceux de modèles plus gros, ouvrant la voie à des modèles plus petits et plus économiques. Enfin, nous abordons le défi du coût d'évaluation des transformeurs sur de longues séquences. Nous montrons que des architectures plus efficaces dérivées des transformeurs nécessitent moins de ressources et donnent de meilleurs résultats sur de longues séquences. Cependant, elles peuvent perdre légèrement en performance sur de courtes séquences par rapport aux transformeurs classiques. Cela suggère l'avantage d'utiliser plusieurs modèles en fonction de la longueur des séquences à traiter, ouvrant la possibilité de concaténer des séquences de différentes modalités
Every day, an uncountable amount of documents are received and processed by companies worldwide. In an effort to reduce the cost of processing each document, the largest companies have resorted to document automation technologies. In an ideal world, a document can be automatically processed without any human intervention: its content is read, and information is extracted and forwarded to the relevant service. The state-of-the-art techniques have quickly evolved in the last decades, from rule-based algorithms to statistical models. This thesis focuses on machine learning models for document information extraction. Recent advances in model architecture for natural language processing have shown the importance of the attention mechanism. Transformers have revolutionized the field by generalizing the use of attention and by pushing self-supervised pre-training to the next level. In the first part, we confirm that transformers with appropriate pre-training were able to perform document understanding tasks with high performance. We show that, when used as a token classifier for information extraction, transformers are able to exceptionally efficiently learn the task compared to recurrent networks. Transformers only need a small proportion of the training data to reach close to maximum performance. This highlights the importance of self-supervised pre-training for future fine-tuning. In the following part, we design specialized pre-training tasks, to better prepare the model for specific data distributions such as business documents. By acknowledging the specificities of business documents such as their table structure and their over-representation of numeric figures, we are able to target specific skills useful for the model in its future tasks. We show that those new tasks improve the model's downstream performances, even with small models. Using this pre-training approach, we are able to reach the performances of significantly bigger models without any additional cost during finetuning or inference. Finally, in the last part, we address one drawback of the transformer architecture which is its computational cost when used on long sequences. We show that efficient architectures derived from the classic transformer require fewer resources and perform better on long sequences. However, due to how they approximate the attention computation, efficient models suffer from a small but significant performance drop on short sequences compared to classical architectures. This incentivizes the use of different models depending on the input length and enables concatenating multimodal inputs into a single sequence

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Cappuzzo, Riccardo. "Deep learning models for tabular data curation". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS047.

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Resumen

La conservation des données est un sujet omniprésent et de grande envergure, qui touche tous les domaines, du monde universitaire à l'industrie. Les solutions actuelles reposent sur le travail manuel des utilisateurs du domaine, mais elles ne sont pas adaptées. Nous étudions comment appliquer l'apprentissage profond à la conservation des données tabulaires. Nous concentrons notre travail sur le développement de systèmes de curation de données non supervisés et sur la conception de systèmes de curation qui modélisent intrinsèquement les valeurs catégorielles dans leur forme brute. Nous implémentons d'abord EmbDI pour générer des embeddings pour les données tabulaires, et nous traitons les tâches de résolution d'entités et de correspondance de schémas. Nous passons ensuite au problème de l'imputation des données en utilisant des réseaux neuronaux graphiques dans un cadre d'apprentissage multi-tâches appelé GRIMP
Data retention is a pervasive and far-reaching topic, affecting everything from academia to industry. Current solutions rely on manual work by domain users, but they are not adequate. We are investigating how to apply deep learning to tabular data curation. We focus our work on developing unsupervised data curation systems and designing curation systems that intrinsically model categorical values in their raw form. We first implement EmbDI to generate embeddings for tabular data, and address the tasks of entity resolution and schema matching. We then turn to the data imputation problem using graphical neural networks in a multi-task learning framework called GRIMP

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Cherti, Mehdi. "Deep generative neural networks for novelty generation : a foundational framework, metrics and experiments". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS029/document.

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Resumen

Des avancées significatives sur les réseaux de neurones profonds ont récemment permis le développement de technologies importantes comme les voitures autonomes et les assistants personnels intelligents basés sur la commande vocale. La plupart des succès en apprentissage profond concernent la prédiction, alors que les percées initiales viennent des modèles génératifs. Actuellement, même s'il existe des outils puissants dans la littérature des modèles génératifs basés sur les réseaux profonds, ces techniques sont essentiellement utilisées pour la prédiction ou pour générer des objets connus (i.e., des images de haute qualité qui appartiennent à des classes connues) : un objet généré qui est à priori inconnu est considéré comme une erreur (Salimans et al., 2016) ou comme un objet fallacieux (Bengio et al., 2013b). En d'autres termes, quand la prédiction est considérée comme le seul objectif possible, la nouveauté est vue comme une erreur - que les chercheurs ont essayé d'éliminer au maximum. Cette thèse défends le point de vue que, plutôt que d'éliminer ces nouveautés, on devrait les étudier et étudier le potentiel génératif des réseaux neuronaux pour créer de la nouveauté utile - particulièrement sachant l'importance économique et sociétale de la création d'objets nouveaux dans les sociétés contemporaines. Cette thèse a pour objectif d'étudier la génération de la nouveauté et sa relation avec les modèles de connaissance produits par les réseaux neurones profonds génératifs. Notre première contribution est la démonstration de l'importance des représentations et leur impact sur le type de nouveautés qui peuvent être générées : une conséquence clé est qu'un agent créatif a besoin de re-représenter les objets connus et utiliser cette représentation pour générer des objets nouveaux. Ensuite, on démontre que les fonctions objectives traditionnelles utilisées dans la théorie de l'apprentissage statistique, comme le maximum de vraisemblance, ne sont pas nécessairement les plus adaptées pour étudier la génération de nouveauté. On propose plusieurs alternatives à un niveau conceptuel. Un deuxième résultat clé est la confirmation que les modèles actuels - qui utilisent les fonctions objectives traditionnelles - peuvent en effet générer des objets inconnus. Cela montre que même si les fonctions objectives comme le maximum de vraisemblance s'efforcent à éliminer la nouveauté, les implémentations en pratique échouent à le faire. A travers une série d'expérimentations, on étudie le comportement de ces modèles ainsi que les objets qu'ils génèrent. En particulier, on propose une nouvelle tâche et des métriques pour la sélection de bons modèles génératifs pour la génération de la nouveauté. Finalement, la thèse conclue avec une série d'expérimentations qui clarifie les caractéristiques des modèles qui génèrent de la nouveauté. Les expériences montrent que la sparsité, le niveaux du niveau de corruption et la restriction de la capacité des modèles tuent la nouveauté et que les modèles qui arrivent à reconnaître des objets nouveaux arrivent généralement aussi à générer de la nouveauté
In recent years, significant advances made in deep neural networks enabled the creation of groundbreaking technologies such as self-driving cars and voice-enabled personal assistants. Almost all successes of deep neural networks are about prediction, whereas the initial breakthroughs came from generative models. Today, although we have very powerful deep generative modeling techniques, these techniques are essentially being used for prediction or for generating known objects (i.e., good quality images of known classes): any generated object that is a priori unknown is considered as a failure mode (Salimans et al., 2016) or as spurious (Bengio et al., 2013b). In other words, when prediction seems to be the only possible objective, novelty is seen as an error that researchers have been trying hard to eliminate. This thesis defends the point of view that, instead of trying to eliminate these novelties, we should study them and the generative potential of deep nets to create useful novelty, especially given the economic and societal importance of creating new objects in contemporary societies. The thesis sets out to study novelty generation in relationship with data-driven knowledge models produced by deep generative neural networks. Our first key contribution is the clarification of the importance of representations and their impact on the kind of novelties that can be generated: a key consequence is that a creative agent might need to rerepresent known objects to access various kinds of novelty. We then demonstrate that traditional objective functions of statistical learning theory, such as maximum likelihood, are not necessarily the best theoretical framework for studying novelty generation. We propose several other alternatives at the conceptual level. A second key result is the confirmation that current models, with traditional objective functions, can indeed generate unknown objects. This also shows that even though objectives like maximum likelihood are designed to eliminate novelty, practical implementations do generate novelty. Through a series of experiments, we study the behavior of these models and the novelty they generate. In particular, we propose a new task setup and metrics for selecting good generative models. Finally, the thesis concludes with a series of experiments clarifying the characteristics of models that can exhibit novelty. Experiments show that sparsity, noise level, and restricting the capacity of the net eliminates novelty and that models that are better at recognizing novelty are also good at generating novelty

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Audibert, Julien. "Unsupervised anomaly detection in time-series". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS358.

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La détection d'anomalies dans les séries temporelles multivariées est un enjeu majeur dans de nombreux domaines. La complexité croissante des systèmes et l'explosion de la quantité de données ont rendu son automatisation indispensable. Cette thèse propose une méthode non supervisée de détection d'anomalies dans les séries temporelles multivariées appelée USAD. Cependant, les méthodes de réseaux de neurones profonds souffrent d'une limitation dans leur capacité à extraire des caractéristiques des données puisqu'elles ne s'appuient que sur des informations locales. Afin d'améliorer les performances de ces méthodes, cette thèse présente une stratégie d'ingénierie des caractéristiques qui introduit des informations non-locales. Enfin, cette thèse propose une comparaison de seize méthodes de détection d'anomalies dans les séries temporelles pour comprendre si l'explosion de la complexité des méthodes de réseaux de neurones proposées dans les publications actuelles est réellement nécessaire
Anomaly detection in multivariate time series is a major issue in many fields. The increasing complexity of systems and the explosion of the amount of data have made its automation indispensable. This thesis proposes an unsupervised method for anomaly detection in multivariate time series called USAD. However, deep neural network methods suffer from a limitation in their ability to extract features from the data since they only rely on local information. To improve the performance of these methods, this thesis presents a feature engineering strategy that introduces non-local information. Finally, this thesis proposes a comparison of sixteen time series anomaly detection methods to understand whether the explosion in complexity of neural network methods proposed in the current literature is really necessary

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Jezequel, Loïc. "Vers une détection d'anomalie unifiée avec une application à la détection de fraude". Electronic Thesis or Diss., CY Cergy Paris Université, 2023. http://www.theses.fr/2023CYUN1190.

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La détection d'observation s'écartant d'un cas de référence est cruciale dans de nombreuses applications. Cette problématique est présente dans la détection de fraudes, l'imagerie médicale, voire même la surveillance vidéo avec des données allant d'image aux sons. La détection d'anomalie profonde a été introduite dans cette optique, en modélisant la classe normale et en considérant tout ce qui est significativement différent comme étant anormal. Dans la mesure où la classe anormale n'est pas bien définie, une classification binaire classique manquerait de robustesse et de fiabilité sur des données hors de son domaine d'apprentissage. Néanmoins, les approches de détection d'anomalies les plus performantes se généralisent encore mal à différents types d'anomalies. Aucune méthode ne permet de simultanément détecter des anomalies d'objets à grande échelle, et des anomalies locales à petite échelle.Dans ce contexte, nous introduisons un premier détecteur d'anomalies plus générique par tâche prétexte. Le modèle, nommé OC-MQ, calcule un score d'anomalie en apprenant à résoudre une tâche prétexte complexe sur la classe normale. La tâche prétexte est composée de plusieurs sous-tâches, séparées en tâche discriminatives et génératives, lui permettant de capturer une grande variété de caractéristiques visuelles.Néanmoins, un ensemble de données d'anomalies supplémentaires est en pratique souvent disponible. Dans cette optique, nous explorons deux approches intégrant des données d'anomalie afin de mieux traiter les cas limites. Tout d'abord, nous généralisons le concept de tâche de prétexte au cas semi-supervisé en apprenant aussi dynamiquement la tâche de prétexte avec des échantillons normaux et anormaux. Nous proposons les modèles SadTPS et SadRest, qui apprennent respectivement une tâche prétexte de reconnaissance de TPS et une tâche de restauration d'image. De plus, nous présentons un nouveau modèle de distance d'anomalie, SadCLR, où l'entraînement est stabilisé par une régularisation contrastive sur la direction des représentations apprises. Nous enrichissons davantage les anomalies existantes en générant plusieurs types de pseudo-anomalies.Enfin, nous prolongeons les deux approches précédentes pour les rendre utilisables avec ou sans données d'anomalies. Premièrement, nous introduisons le modèle AnoMem, qui mémorise un ensemble de prototypes normaux à plusieurs échelles en utilisant des couches de Hopfield modernes. Des estimateurs de distance d'anomalie sont ensuite appris sur les disparités entre l'entrée observée et les prototypes normaux. Deuxièmement, nous reformulons les tâches prétextes apprenables afin qu'elles soient apprises uniquement à partir d'échantillons normaux. Notre modèle proposé, HEAT, apprend de manière adverse la tâche prétexte afin de maintenir de bonnes performance sur les échantillons normaux, tout en échouant sur les anomalies. De plus, nous choisissons la distance de Busemann, récemment proposée dans le modèle du disque de Poincaré, pour calculer le score d'anomalie.Des évaluations approfondies sont réalisées pour chaque méthode proposée, incluant des anomalies grossières, fines ou locales avec comme application l'antifraude visage. Les résultats obtenus dépassant l'état de l'art démontrent le succès de nos méthodes
Detecting observations straying apart from a baseline case is becoming increasingly critical in many applications. It is found in fraud detection, medical imaging, video surveillance or even in manufacturing defect detection with data ranging from images to sound. Deep anomaly detection was introduced to tackle this challenge by properly modeling the normal class, and considering anything significantly different as anomalous. Given the anomalous class is not well-defined, classical binary classification will not be suitable and lack robustness and reliability outside its training domain. Nevertheless, the best-performing anomaly detection approaches still lack generalization to different types of anomalies. Indeed, each method is either specialized on high-scale object anomalies or low-scale local anomalies.In this context, we first introduce a more generic one-class pretext-task anomaly detector. The model, named OC-MQ, computes an anomaly score by learning to solve a complex pretext task on the normal class. The pretext task is composed of several sub-tasks allowing it to capture a wide variety of visual cues. More specifically, our model is made of two branches each representing discriminative and generative tasks.Nevertheless, an additional anomalous dataset is in reality often available in many applications and can provide harder edge-case anomalous examples. In this light, we explore two approaches for outlier-exposure. First, we generalize the concept of pretext task to outlier-exposure by dynamically learning the pretext task itself with normal and anomalous samples. We propose two the models SadTPS and SadRest that respectively learn a discriminative pretext task of thin plate transform recognition and generative task of image restoration. In addition, we present a new anomaly-distance model SadCLR, where the training of previously unreliable anomaly-distance models is stabilized by adding contrastive regularization on the representation direction. We further enrich existing anomalies by generating several types of pseudo-anomalies.Finally, we extend the two previous approaches to be usable in both one-class and outlier-exposure setting. Firstly, we introduce the AnoMem model which memorizes a set of multi-scale normal prototypes by using modern Hopfield layers. Anomaly distance estimators are then fitted on the deviations between the input and normal prototypes in a one-class or outlier-exposure manner. Secondly, we generalize learnable pretext tasks to be learned only using normal samples. Our proposed model HEAT adversarially learns the pretext task to be just challenging enough to keep good performance on normal samples, while failing on anomalies. Besides, we choose the recently proposed Busemann distance in the hyperbolic Poincaré ball model to compute the anomaly score.Extensive testing was conducted for each proposed method, varying from coarse and subtle style anomalies to a fraud detection dataset of face presentation attacks with local anomalies. These tests yielded state-of-the-art results, showing the significant success of our methods

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Miech, Antoine. "Large-scale learning from video and natural language". Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLE059.

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Nous nous intéressons à l’apprentissage automatique d’algorithmes pour la compréhension automatique de vidéos. Une majorité des approches en compréhension de vidéos dépend de larges bases de données de vidéos manuellement annotées pour l’entraînement. Cependant, la collection et l’annotation de telles bases de données est fastidieuse, coûte cher et prend du temps. Pour palier à ce problème, cette thèse se concentre sur l’exploitation de large quantité d’annotations publiquement disponible, cependant bruitées, sous forme de langage naturel. En particulier, nous nous intéressons à un corpus divers de métadonnées textuelles incluant des scripts de films, des titres et descriptions de vidéos internet ou encore des transcriptions de paroles. L’usage de ce type de données publiquement disponibles est difficile, car l’annotation y est faible. Pour cela, nous introduisons différentes approches d’apprentissage telles que de nouvelles fonctions de coûts ou architectures de réseaux de neurones, adaptées à de faibles annotations
The goal of this thesis is to build and train machine learning models capable of understanding the content of videos. Current video understanding approaches mainly rely on large-scale manually annotated video datasets for training. However, collecting and annotating such dataset is cumbersome, expensive and time-consuming. To address this issue, this thesis focuses on leveraging large amounts of readily-available, but noisy annotations in the form of natural language. In particular, we exploit a diverse corpus of textual metadata such as movie scripts, web video titles and descriptions or automatically transcribed speech obtained from narrated videos. Training video models on such readily-available textual data is challenging as such annotation is often imprecise or wrong. In this thesis, we introduce learning approaches to deal with weak annotation and design specialized training objectives and neural network architectures

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Merckling, Astrid. "Unsupervised pretraining of state representations in a rewardless environment". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS141.

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Cette thèse vise à étendre les capacités de l'apprentissage de représentation d'état (state representation learning, SRL) afin d'aider la mise à l'échelle des algorithmes d'apprentissage par renforcement profond (deep reinforcement learning, DRL) aux tâches de contrôle continu avec des observations sensorielles à haute dimension (en particulier des images). Le SRL permet d'améliorer les performances des algorithmes de DRL en leur transmettant de meilleures entrées que celles apprises à partir de zéro avec des stratégies de bout-en-bout. Plus précisément, cette thèse aborde le problème de l'estimation d'état à la manière d'un pré-entraînement profond non supervisé de représentations d'état sans récompense. Ces représentations doivent vérifier certaines propriétés pour permettre l'application correcte du bootstrapping et d'autres mécanismes de prises de décisions communs à l'apprentissage supervisé, comme être de faible dimension et garantir la cohérence locale et la topologie (ou connectivité) de l'environnement, ce que nous chercherons à réaliser à travers les modèles pré-entraînés avec les deux algorithmes de SRL proposés dans cette thèse
This thesis seeks to extend the capabilities of state representation learning (SRL) to help scale deep reinforcement learning (DRL) algorithms to continuous control tasks with high-dimensional sensory observations (such as images). SRL allows to improve the performance of DRL by providing it with better inputs than the input embeddings learned from scratch with end-to-end strategies. Specifically, this thesis addresses the problem of performing state estimation in the manner of deep unsupervised pretraining of state representations without reward. These representations must verify certain properties to allow for the correct application of bootstrapping and other decision making mechanisms common to supervised learning, such as being low-dimensional and guaranteeing the local consistency and topology (or connectivity) of the environment, which we will seek to achieve through the models pretrained with the two SRL algorithms proposed in this thesis

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Tesis sobre el tema "Apprentissage profond supervisé"

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