Letteratura scientifica selezionata sul tema "Réseau neuronal en graphes"

Sous l'influence première d'un article de Barnes (1954), les études anthropologiques sur les réseaux sociaux ont ouvert une voie de recherches qui apparaît encore pleine de promesses. Il faut bien avouer, pourtant, que jusqu'à maintenant peu d'analyses fondées sur des données empiriques ont emporté la conviction. Les études de réseaux n'ont pas encore fait la preuve de leur fécondité. Il leur manque un fondement théorique, pourtant disponible dans la théorie des graphes qui est justement une théorie des réseaux, qu'ils soient sociaux ou autres. Comme l'a noté Mitchell, la jonction n'existe pas — ou pas assez — entre les spécialistes de la théorie des graphes et les chercheurs sur le terrain (1969, p. 35). Pourtant, quelques bons exposés ont été écrits par des anthropologues, qui indiquent bien ce qu'on pourrait tirer d'une utilisation plus poussée de la théorie des graphes (en particulier Mitchell, 1969; Barnes, 1969a; et surtout Barnes, 1972). Malgré ces mises en place, la plupart des études empiriques ne dépassent guère l'analyse situationnelle qui, comme le note Barnes (1972, p. 13), peut fort bien se passer de la notion de réseau, en plus d'être inapte au dégagement d'hypothèses générales. Nous allons donner, à la fin de cet article, une brève illustration d'une étude proprement structurale des réseaux sociaux, au sens où l'entendent Harary, Norman et Cartwright (1968), dans leur ouvrage sur les graphes orientés. En utilisant des données recueillies sur le terrain, nous montrerons comment la notion d'articulation, tirée de la théorie des graphes, permet de poser et de traiter des problèmes théoriques, mais aussi pratiques, qui nous semblent propres aux réseaux sociaux. Auparavant, nous voudrions discuter de certaines questions préalables à une analyse vraiment spécifique des réseaux sociaux. Ils ont trait au concept même de réseau, à la constitution des unités d'analyse, et aux différentes voies d'analyse qui s'offrent au chercheur.

L’article propose d’outiller, par le recours à l’analyse de réseaux, l’étude des références, c’est-à-dire les mentions et les citations d’autorités dans les textes métalinguistiques. Il s’agit, d’une part, de présenter les principes méthodologiques qui ont présidé à l’élaboration d’une visualisation sous forme de graphes de réseau : la modélisation et la construction d’une base de données de références et la génération du graphe dans un logiciel approprié. Il est question, d’autre part, de décrire les aspects liés à l’interprétation des graphes de réseaux, le but étant d’explorer le potentiel de l’outil dans l’histoire des idées linguistiques.

L’hypothèse générale de cet article est que les troubles du neurodéveloppement sont aussi des troubles de l’intelligence, non pas au sens du développement de l’opérativité, non pas au sens de la mobilisation de mécanismes spécifiques, mais au sens d’une organisation singulière des capacités cognitives. Les TND et l’intelligence sont des systèmes complexes qui partagent la même réalité : ils relèvent de comportements qui se produisent ensemble et qui ne peuvent être imputés à des causes communes non observées. Ils émergent d’un réseau de facteurs environnementaux et/ou biologiques en interaction. Dans cette hypothèse les modèles en réseau et/ou la théorie des graphes permettent de les comparer et de simuler ces deux phénomènes.

Dans le cas de la gestion en temps réel des réseaux d'assainissement, la première étape peut, par exemple, consister à vérifier qu'une manipulation des organes de contrôle tels que les vannes et pompes est capable de minimiser les déversements vers le milieu naturel. Cette gestion, que l'on appellera " gestion de référence ", permet de déterminer les stratégies de commande sur toute la durée de l'événement pluvieux connu à l'avance. Ce calcul se fait donc à la fin de l'événement pluvieux et permet de dire ce qui aurait pu être fait avec les organes de régulation en terme de minimisation des volumes déversés. La programmation linéaire par les graphes et la programmation linéaire mixte permettent de déterminer une solution optimale. Cet article s'intéresse à la vérification de l'optimalité et à l'applicabilité de la programmation linéaire par les graphes comparée à la programmation linéaire mixte dans le cas de la " gestion de référence " sur le réseau d'assainissement de Saverne (France). En comparant les volumes déversés par ces deux techniques d'optimisation sur 34 événements pluvieux, nous pouvons confirmer que l'approche par les graphes ne donne pas toujours le minimum global. Les résultats ont montré que la programmation linéaire mixte fournit des temps de calcul qui peuvent atteindre plus de 24 heures. Par contre, l'approche par les graphes permet un temps de calcul de l'ordre de 5 minutes en moyenne avec un minimum global en terme de volume déversé atteint qui n'excède pas 5% par rapport à la solution fournie par la programmation linéaire mixte.

Cet article explore le rôle clé qu’ont joué les femmes dans la construction de réseaux sociaux catholiques en marge du commerce des fourrures dans les Pays d’en haut entre 1741 et 1821. Nous constatons que le rite du baptême au fort Michilimackinac devint à la fois un outil religieux et économique. En mariant l’histoire sociale aux humanités numériques, nous observons, par l’entremise de graphes, la construction de liens idéologiques et commerciaux au sein de nombreux réseaux sociaux historiques. Nous dépassons la métaphore du réseau en utilisant un logiciel d’analyse de réseaux sociaux (nommé visone) qui permet de voir et de comprendre comment une femme en particulier, Louise Dubois, se servit du catholicisme pour améliorer sa situation sociale dans la région des Grands Lacs. Les femmes autochtones et allochtones devinrent marraines à plusieurs reprises dans les Pays d’en haut. Ce faisant, elles tissèrent des liens stratégiques, se rapprochant des communautés autochtones avoisinantes grâce au baptême, premier sacrement d’initiation à la religion catholique.

RésumésL’analyse de réseaux, dans sa dimension quantitative, apparaît à divers titres comme une voie de renouvellement des études historiques, bien qu’il s’agisse d’un outil forgé par la sociologie pour analyser les sociétés contemporaines. Nous proposons d’explorer les difficultés et les apports d’une telle démarche pour l’époque médiévale, en menant une analyse égocentrée du réseau d’Emma (v. 890-934), fille et nièce des souverains robertiens Eudes et Robert, qui épousa le roi des Francs Raoul († 936), dont la trajectoire est éclairée par des sources de différente nature (documents diplomatiques et Annales de Flodoard). En resituant cette reine au cœur de ses liens familiaux, il s’agit de comprendre comment fonctionnait le monde aristocratique qui l’entourait, à une période de bouleversement social entre ère carolingienne et époque féodale. L’article aborde les questionnements méthodologiques relatifs au corpus et la manière dont il peut être exploité de façon quantitative. Puis il souligne à quel point l’élaboration d’une base de données et la visualisation des sources par des graphes constituent des outils réflexifs permettant de définir une typologie des liens sociaux et de comprendre les logiques qui ont présidé à l’élaboration des documents. Les bénéfices d’une telle approche sont nombreux, car celle-ci suscite un véritable renouvellement historiographique sur la pratique du pouvoir souverain au cours du premier xe siècle.

Le système nerveux est formé de deux types de cellules: les cellules gliales et les neurones. Les astrocytes, comme la plupart des cellules gliales, ont longtemps été considérés essentiellement pour leur rôle de support et d’entretien du tissu nerveux. Mais, de plus en plus d’évidences plaident en faveur d’une implication beaucoup plus importante des astrocytes dans la communication nerveuse. Les astrocytes sont couplés les uns aux autres par des ‘gap-jonctions’ à travers lesquels peuvent circuler divers métabolites. C’est par ces jonctions que les astrocytes évacuent vers les capillaires, le potassium extracellulaire excédentaire généré par une intense activité neuronale. A travers ce réseau d’actrocytes se propagerait par exemple, des vagues d’ions calcium dont l’effet régulateur pourrait se faire sentir dans un grand nombre de synapses en même temps. Les prolongements astrocytaires qui entourent les synapses pourraient ainsi exercer un contrôle plus global sur la concentration ionique et le volume aqueux dans les fentes synaptiques. Le réseau astrocytaire constituerait donc un système de transmission non-synaptique qui se superposerait au système neuronal pour jouer un rôle majeur de modulation des activités neuronales. A cet effet, et dans l’espoir d’éclairer les neurochirurgiens et les spécialistes qui s’intéressent aux transplantations et à une meilleure maîtrise du transport et fonctionnement de l’influx nerveux. Le présent travail apporte une approche entre le transport et les propriétés électroniques d’une jonction miniature, une ‘microjonction’, dont la nanotechnologie ne saurait se passer, l’usage de jonctions P-N, un semi-conducteur dopé P (ions positifs) et un dopé N (ions négatifs), est très utilisé pour tous les dispositifs de type diode car ne laissant passer le courant que dans un sens, ce genre de jonction fait aussi apparaître des propriétés optiques intéressantes.

Nous sommes entourés par une multitude de réseaux d'interactions, issus de contextes très différents. Ces réseaux peuvent être modélisés par des graphes, appelés graphes de terrain. Ils possèdent une structure en communautés, c'est-à-dire en groupes de nœuds très liés entre eux, et peu liés avec les autres. Un phénomène que l'on étudie sur les graphes dans de nombreux contextes est la diffusion. La propagation d'une maladie en est un exemple. Ces phénomènes dépendent d'un paramètre important, mais souvent peu étudié : l'échelle de temps selon laquelle on les observe. Selon l'échelle choisie, la dynamique du graphe peut varier de manière très importante.Dans cette thèse, nous proposons d'étudier des processus dynamiques en utilisant une échelle de temps adaptée. Nous considérons une notion de temps relatif, que nous appelons le temps intrinsèque, par opposition au temps "classique", que nous appelons temps extrinsèque. Nous étudions en premier lieu des phénomènes de diffusion selon une échelle de temps intrinsèque, et nous comparons les résultats obtenus avec une échelle extrinsèque. Ceci nous permet de mettre en évidence le fait qu'un même phénomène observé dans deux échelles de temps différentes puisse présenter un comportement très différent. Nous analysons ensuite la pertinence de l'utilisation du temps intrinsèque pour la détection de communautés dynamiques. Les communautés obtenues selon les échelles de temps extrinsèques et intrinsèques nous montrent qu'une échelle intrinsèque permet la détection de communautés beaucoup plus significatives et détaillées que l'échelle extrinsèque
We are surrounded by a multitude of interaction networks from different contexts. These networks can be modeled as graphs, called complex networks. They have a community structure, i.e. groups of nodes closely related to each other and less connected with the rest of the graph. An other phenomenon studied in complex networks in many contexts is diffusion. The spread of a disease is an example of diffusion. These phenomena are dynamic and depend on an important parameter, which is often little studied: the time scale in which they are observed. According to the chosen scale, the graph dynamics can vary significantly. In this thesis, we propose to study dynamic processes using a suitable time scale. We consider a notion of relative time which we call intrinsic time, opposed to "traditional" time, which we call extrinsic time. We first study diffusion phenomena using intrinsic time, and we compare our results with an extrinsic time scale. This allows us to highlight the fact that the same phenomenon observed at two different time scales can have a very different behavior. We then analyze the relevance of the use of intrinsic time scale for detecting dynamic communities. Comparing communities obtained according extrinsic and intrinsic scales shows that the intrinsic time scale allows a more significant detection than extrinsic time scale

Nous sommes entourés par une multitude de réseaux d'interactions, issus de contextes très différents. Ces réseaux peuvent être modélisés par des graphes, appelés graphes de terrain. Ils possèdent une structure en communautés, c'est-à-dire en groupes de nœuds très liés entre eux, et peu liés avec les autres. Un phénomène que l'on étudie sur les graphes dans de nombreux contextes est la diffusion. La propagation d'une maladie en est un exemple. Ces phénomènes dépendent d'un paramètre important, mais souvent peu étudié : l'échelle de temps selon laquelle on les observe. Selon l'échelle choisie, la dynamique du graphe peut varier de manière très importante.Dans cette thèse, nous proposons d'étudier des processus dynamiques en utilisant une échelle de temps adaptée. Nous considérons une notion de temps relatif, que nous appelons le temps intrinsèque, par opposition au temps "classique", que nous appelons temps extrinsèque. Nous étudions en premier lieu des phénomènes de diffusion selon une échelle de temps intrinsèque, et nous comparons les résultats obtenus avec une échelle extrinsèque. Ceci nous permet de mettre en évidence le fait qu'un même phénomène observé dans deux échelles de temps différentes puisse présenter un comportement très différent. Nous analysons ensuite la pertinence de l'utilisation du temps intrinsèque pour la détection de communautés dynamiques. Les communautés obtenues selon les échelles de temps extrinsèques et intrinsèques nous montrent qu'une échelle intrinsèque permet la détection de communautés beaucoup plus significatives et détaillées que l'échelle extrinsèque
We are surrounded by a multitude of interaction networks from different contexts. These networks can be modeled as graphs, called complex networks. They have a community structure, i.e. groups of nodes closely related to each other and less connected with the rest of the graph. An other phenomenon studied in complex networks in many contexts is diffusion. The spread of a disease is an example of diffusion. These phenomena are dynamic and depend on an important parameter, which is often little studied: the time scale in which they are observed. According to the chosen scale, the graph dynamics can vary significantly. In this thesis, we propose to study dynamic processes using a suitable time scale. We consider a notion of relative time which we call intrinsic time, opposed to "traditional" time, which we call extrinsic time. We first study diffusion phenomena using intrinsic time, and we compare our results with an extrinsic time scale. This allows us to highlight the fact that the same phenomenon observed at two different time scales can have a very different behavior. We then analyze the relevance of the use of intrinsic time scale for detecting dynamic communities. Comparing communities obtained according extrinsic and intrinsic scales shows that the intrinsic time scale allows a more significant detection than extrinsic time scale

La dynamique des fluides numérique (CFD) s’est imposée depuis plusieurs années comme un outil indispensable pour l’étude des phénomènes d’écoulement complexes en recherche et en industrie. La précision des simulations CFD dépend de plusieurs paramètres – géométrie, maillage, schémas, solveurs, etc. – ainsi que de connaissances phénoménologiques que seul un ingénieur expert en CFD peut configurer et optimiser. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer un assistant IA pour aider les utilisateurs, qu’ils soient experts ou non, à mieux choisir les options de simulation et à garantir la fiabilité des résultats pour un phénomène d’écoulement cible. Dans ce cadre, des algorithmes d’apprentissage profond sont explorés pour identifier les caractéristiques des écoulements calculés sur des maillages structurés et non structurés de géométries complexes. Dans un premier temps, des réseaux de neurones convolutifs (CNN), réputés pour leur capacité à extraire des motifs sur des images, sont utilisés pour identifier des phénomènes d’écoulement tels que les tourbillons et la stratification thermique sur des maillages structurés en 2D. Bien que les ré-sultats obtenus sur maillages structurés soient satisfaisants, les réseaux CNN ne peuvent être appliqués qu’à ce type de maillage. Pour surmonter cette limitation, un cadre de réseau neuronal basé sur les graphes (GNN) est proposé. Ce cadre utilise l’architecture U-Net et une hiérarchie de graphes successivement déraffinés grâce à la mise en oeuvre d’une méthode multigrille (AMG) inspirée de celle utilisée dans le code de simulation Code_Saturne. Par la suite, une étude ap-profondie des fonctions à noyau a été menée selon des critères de précision d’identification et d’efficacité d’entraînement pour mieux filtrer les différents phénomènes sur maillages non structurés. Après avoir comparé des fonctions à noyau disponibles dans la littérature, une nouvelle fonction à noyau basée sur le modèle de mélange gaussien a été proposée. Cette fonction est mieux adaptée à l’identification de phénomènes d’écoulement sur des maillages non structurés. La supériorité de l’architecture et de la fonction à noyau proposées est démontrée par plusieurs expériences numériques d’identification des tourbillons en 2D, ainsi que par son adaptabilité à l’identification des caractéristiques d’un écoulement en 3D
Computational Fluid Dynamics (CFD) has become an indispensable tool for studying complex flow phenomena in both research and industry over the years. The accuracy of CFD simulations depends on various parameters – geometry, mesh, schemes, solvers, etc. – as well as phenomenological knowledge that only an expert CFD engineer can configure and optimize. The objective of this thesis is to propose an AI assistant to help users, whether they are experts or not, to better choose simulation options and ensure the reliability of results for a target flow phenomenon. In this context, deep learning algorithms are explored to identify the characteristics of flows computed on structured and unstructured meshes of complex geometries. Initially, convolutional neural networks (CNNs), known for their ability to extract patterns from im-ages, are used to identify flow phenomena such as vortices and thermal stratification on structured 2D meshes. Although the results obtained on structured meshes are satisfactory, CNNs can only be applied to structured meshes. To overcome this limitation, a graph-based neural network (GNN) framework is proposed. This framework uses the U-Net architecture and a hierarchy of successively refined graphs through the implementation of a multigrid method (AMG) inspired by the one used in the Code_Saturne CFD code. Subsequently, an in-depth study of kernel functions was conducted according to identification accuracy and training efficiency criteria to better filter the different phenomena on unstructured meshes. After comparing available kernel functions in the literature, a new kernel function based on the Gaussian mixture model was proposed. This function is better suited to identifying flow phenomena on unstructured meshes. The superiority of the proposed architecture and kernel function is demonstrated by several numerical experiments identifying 2D vortices and its adaptability to identifying the characteristics of a 3D flow

Cette thèse consiste en l'étude des rapports entre l'architecture du graphe de connexion et les attracteurs du réseau, dans le cas de trois modèles mathématiques discrets: réseaux neuronaux discrets, réseaux monotones et réseaux AND-OR. En plus, est présentée une application de ces modèles pour la compréhension globale du comportement dynamique d'un réseau de régulation génétique. En ce qui concerne les réseaux neuronaux discrets, nous étudions les rapports entre les circuits positifs et négatifs du graphe et les attracteurs. En particulier, nous présentons des conditions nécessaires et des conditions suffisantes pour qu'un réseau ait des points fixes, ainsi qu'une borne supérieure du nombre de points fixes d'un réseau, en fonction du nombre et des interactions des circuits positifs. Pour les réseaux monotones à deux ou plusieurs états, ayant un graphe de connexion symétrique, nous étudions la longueur maximum des cycles. À ce sujet, nous construisons une famille de ces réseaux ayant des cycles de longueur maximum. En outre, nous démontrons que, dans le cas particulier de graphes de type caterpillar, les cycles du réseau sont de longueur inférieure ou égale à deux. Dans le cas des réseaux AND-OR, nous étudions le problème de la dynamique inverse et nous exhibons le nombre maximal exact de points fixes. En outre, nous étudions l'ensemble des points fixes de ces réseaux avec un nouveau type d'itération développé dans cette thèse : l'itération séquentielle de sous-graphes. Enfin, en guise d'application des résultats obtenus dans cette thèse, nous proposons, en collaboration avec des biologistes, la construction partielle d'un réseau de régulation génétique pour la formation du sillon ventral de la Drosophile Melanoyaster lors du développement précoce de l'embryon

Cette thèse consiste en l'étude des rapports entre l'architecture du graphe de connexion et les attracteurs du réseau, dans le cas de trois modèles mathématiques discrets: réseaux neuronaux discrets, réseaux monotones et réseaux AND-OR. En plus, est présentée une application de ces modèles pour la compréhension globale du comportement dynamique d'un réseau de régulation génétique. En ce qui concerne les réseaux neuronaux discrets, nous étudions les rapports entre les circuits positifs et négatifs du graphe et les attracteurs. En particulier, nous présentons des conditions nécessaires et des conditions suffisantes pour qu'un réseau ait des points fixes, ainsi qu'une borne supérieure du nombre de points fixes d'un réseau, en fonction du nombre et des interactions des circuits positifs. Pour les réseaux monotones à deux ou plusieurs états, ayant un graphe de connexion symétrique, nous étudions la longueur maximum des cycles. À ce sujet, nous construisons une famille de ces réseaux ayant des cycles de longueur maximum. En outre, nous démontrons que, dans le cas particulier de graphes de type caterpillar, les cycles du réseau sont de longueur inférieure ou égale à deux. Dans le cas des réseaux AND-OR, nous étudions le problème de la dynamique inverse et nous exhibons le nombre maximal exact de points fixes. En outre, nous étudions l'ensemble des points fixes de ces réseaux avec un nouveau type d'itération développé dans cette thèse : l'itération séquentielle de sous-graphes. Enfin, en guise d'application des résultats obtenus dans cette thèse, nous proposons, en collaboration avec des biologistes, la construction partielle d'un réseau de régulation génétique pour la formation du sillon ventral de la Drosophile Melanoyaster lors du développement précoce de l'embryon

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

Dans cette thèse, nous nous intéressons à un récent algorithme de segmentation d’images basé sur un processus de régularisation de graphes. L’objectif d’un tel algorithme est de calculer une fonction indicatrice de la segmentation qui satisfait un critère de régularité ainsi qu’un critère d’attache aux données. La particularité de cette approche est de représenter les images à l’aide de graphes de similarité. Ceux-ci permettent d’établir des relations entre des pixels non-adjacents, et ainsi de procéder à un traitement non-local des images. Afin d’en améliorer la précision, nous combinons cet algorithme à une seconde approche non-locale : des caractéristiques de textures. Un nouveau terme d’attache aux données est dans un premier temps développé. Inspiré des travaux de Chan et Vese, celui-ci permet d’évaluer l’homogénéité d’un ensemble de caractéristiques de textures. Dans un second temps, nous déléguons le calcul de l’attache aux données à un classificateur supervisé. Entrainé à reconnaitre certaines classes de textures, ce classificateur permet d’identifier les caractéristiques les plus pertinentes, et ainsi de fournir une modélisation plus aboutie du problème. Cette seconde approche permet par ailleurs une segmentation multiclasse. Ces deux méthodes ont été appliquées à la segmentation d’images texturées 2D et 3D
In this thesis, we improve a recent image segmentation algorithm based on a graph regularization process. The goal of this method is to compute an indicator function that satisfies a regularity and a fidelity criteria. Its particularity is to represent images with similarity graphs. This data structure allows relations to be established between similar pixels, leading to non-local processing of the data. In order to improve this approach, combine it with another non-local one: the texture features. Two solutions are developped, both based on Haralick features. In the first one, we propose a new fidelity term which is based on the work of Chan and Vese and is able to evaluate the homogeneity of texture features. In the second method, we propose to replace the fidelity criteria by the output of a supervised classifier. Trained to recognize several textures, the classifier is able to produce a better modelization of the problem by identifying the most relevant texture features. This method is also extended to multiclass segmentation problems. Both are applied to 2D and 3D textured images

L'extraction de sous-structures significatives a toujours été un élément clé de l’étude des graphes. Dans le cadre de l'apprentissage automatique, supervisé ou non, ainsi que dans l'analyse théorique des graphes, trouver des décompositions spécifiques et des sous-graphes denses est primordial dans de nombreuses applications comme entre autres la biologie ou les réseaux sociaux.Dans cette thèse, nous cherchons à étudier la dégénérescence de graphe, en partant d'un point de vue théorique, et en nous appuyant sur nos résultats pour trouver les décompositions les plus adaptées aux tâches à accomplir. C'est pourquoi, dans la première partie de la thèse, nous travaillons sur des résultats structurels des graphes à arête-admissibilité bornée, prouvant que de tels graphes peuvent être reconstruits en agrégeant des graphes à degré d’arête quasi-borné. Nous fournissons également des garanties de complexité de calcul pour les différentes décompositions de la dégénérescence, c'est-à-dire si elles sont NP-complètes ou polynomiales, selon la longueur des chemins sur lesquels la dégénérescence donnée est définie.Dans la deuxième partie, nous unifions les cadres de dégénérescence et d'admissibilité en fonction du degré et de la connectivité. Dans ces cadres, nous choisissons les plus expressifs, d'une part, et les plus efficaces en termes de calcul d'autre part, à savoir la dégénérescence 1-arête-connectivité pour expérimenter des tâches de dégénérescence standard, telle que la recherche d’influenceurs.Suite aux résultats précédents qui se sont avérés peu performants, nous revenons à l'utilisation du k-core mais en l’intégrant dans un cadre supervisé, i.e. les noyaux de graphes. Ainsi, en fournissant un cadre général appelé core-kernel, nous utilisons la décomposition k-core comme étape de prétraitement pour le noyau et appliquons ce dernier sur chaque sous-graphe obtenu par la décomposition pour comparaison. Nous sommes en mesure d'obtenir des performances à l’état de l’art sur la classification des graphes au prix d’une légère augmentation du coût de calcul.Enfin, nous concevons un nouveau cadre de dégénérescence de degré s’appliquant simultanément pour les hypergraphes et les graphes biparties, dans la mesure où ces derniers sont les graphes d’incidence des hypergraphes. Cette décomposition est ensuite appliquée directement à des architectures de réseaux de neurones pré-entrainés étant donné qu'elles induisent des graphes biparties et utilisent le core d'appartenance des neurones pour réinitialiser les poids du réseaux. Cette méthode est non seulement plus performant que les techniques d'initialisation de l’état de l’art, mais il est également applicable à toute paire de couches de convolution et linéaires, et donc adaptable à tout type d'architecture
Extracting Meaningful substructures from graphs has always been a key part in graph studies. In machine learning frameworks, supervised or unsupervised, as well as in theoretical graph analysis, finding dense subgraphs and specific decompositions is primordial in many social and biological applications among many others.In this thesis we aim at studying graph degeneracy, starting from a theoretical point of view, and building upon our results to find the most suited decompositions for the tasks at hand.Hence the first part of the thesis we work on structural results in graphs with bounded edge admissibility, proving that such graphs can be reconstructed by aggregating graphs with almost-bounded-edge-degree. We also provide computational complexity guarantees for the different degeneracy decompositions, i.e. if they are NP-complete or polynomial, depending on the length of the paths on which the given degeneracy is defined.In the second part we unify the degeneracy and admissibility frameworks based on degree and connectivity. Within those frameworks we pick the most expressive, on the one hand, and computationally efficient on the other hand, namely the 1-edge-connectivity degeneracy, to experiment on standard degeneracy tasks, such as finding influential spreaders.Following the previous results that proved to perform poorly we go back to using the k-core but plugging it in a supervised framework, i.e. graph kernels. Thus providing a general framework named core-kernel, we use the k-core decomposition as a preprocessing step for the kernel and apply the latter on every subgraph obtained by the decomposition for comparison. We are able to achieve state-of-the-art performance on graph classification for a small computational cost trade-off.Finally we design a novel degree degeneracy framework for hypergraphs and simultaneously on bipartite graphs as they are hypergraphs incidence graph. This decomposition is then applied directly to pretrained neural network architectures as they induce bipartite graphs and use the coreness of the neurons to re-initialize the neural network weights. This framework not only outperforms state-of-the-art initialization techniques but is also applicable to any pair of layers convolutional and linear thus being applicable however needed to any type of architecture

Les graphes sont utilisés partout pour représenter les interactions, qu'elles soient physiques comme entre les atomes, les molécules ou les humains, ou plus abstraites comme les villes, les amitiés, les idées, etc. Parmi toutes les méthodes d'apprentissage automatique qui peuvent être utilisées, les dernières avancées en apprentissage profond font des réseaux de neurones de graphes la référence de l'apprentissage de représentation des graphes. Cette thèse se divise en deux parties. Dans un premier temps, nous faisons un état de l'art des fondations mathématiques des réseaux de neurones de graphes les plus puissants. Dans un second temps, nous explorons les défis auxquels sont confrontés ces modèles quand ils sont entraînés sur des jeux de données réels. La puissance d'un réseau de neurones est définie par rapport à son expressivité, c'est-à-dire sa capacité à distinguer deux graphes non isomorphes ; ou, de manière équivalente, sa capacité à approximer les fonctions qui sont invariantes ou équivariantes par rapport aux permutations. Nous discernons deux grandes familles de modèles expressifs. Nous présentons leurs propriétés mathématiques ainsi que les avantages et les inconvénients de ces modèles lors d'applications pratiques. En parallèle du choix de l'architecture, la qualité de la donnée joue un rôle crucial dans la capacité d'un modèle à apprendre des représentations utiles. Les réseaux de neurones de graphes sont confrontés à des problèmes spécifiques aux graphes. À l'inverse des modèles développés pour les données tabulaires, les réseaux de neurones de graphes doivent prendre en compte aussi bien les attributs des nœuds que leur interdépendance. À cause de ces liens, l'apprentissage d'un réseau de neurones sur des graphes peut se faire de deux manières : en apprentissage transductif, où le modèle a accès aux attributs des données de test pendant l'entraînement ; en apprentissage inductif, où les données de test restent cachées. Nous étudions les différences en termes de performance entre l'apprentissage transductif et inductif pour la classification de nœuds. De plus, les attributs des nœuds peuvent être bruités ou manquants. Dans cette thèse, nous évaluons ces défis sur des jeux de données réels, et nous proposons une nouvelle architecture de réseau de neurones de graphes pour imputer les attributs manquants des nœuds d'un graphe. Enfin, si les graphes sont le moyen privilégié de décrire les interactions, d'autres types de données peuvent aussi bénéficier d'une conversion sous forme de graphes. Dans cette thèse, nous effectuons un travail préliminaire sur l'extraction des parties les plus importantes d'images de lésions de la peau. Ces patches pourraient être utilisés pour créer des graphes et découvrir des relations latentes dans la donnée
Graphs are used everywhere to represent interactions between entities, whether physical such as atoms, molecules or people, or more abstract such as cities, friendships, ideas, etc. Amongst all the methods of machine learning that can be used, the recent advances in deep learning have made graph neural networks the de facto standard for graph representation learning. This thesis can be divided in two parts. First, we review the theoretical underpinnings of the most powerful graph neural networks. Second, we explore the challenges faced by the existing models when training on real world graph data. The powerfulness of a graph neural network is defined in terms of its expressiveness, i.e., its ability to distinguish non isomorphic graphs; or, in an equivalent manner, its ability to approximate permutation invariant and equivariant functions. We distinguish two broad families of the most powerful models. We summarise the mathematical properties as well as the advantages and disadvantages of these models in practical situations. Apart from the choice of the architecture, the quality of the graph data plays a crucial role in the ability to learn useful representations. Several challenges are faced by graph neural networks given the intrinsic nature of graph data. In contrast to typical machine learning methods that deal with tabular data, graph neural networks need to consider not only the features of the nodes but also the interconnectedness between them. Due to the connections between nodes, training neural networks on graphs can be done in two settings: in transductive learning, the model can have access to the test features in the training phase; in the inductive setting, the test data remains unseen. We study the differences in terms of performance between inductive and transductive learning for the node classification task. Additionally, the features that are fed to a model can be noisy or even missing. In this thesis we evaluate these challenges on real world datasets, and we propose a novel architecture to perform missing data imputation on graphs. Finally, while graphs can be the natural way to describe interactions, other types of data can benefit from being converted into graphs. In this thesis, we perform preliminary work on how to extract the most important parts of skin lesion images that could be used to create graphs and learn hidden relations in the data

Cette thèse aborde les progrès de l’apprentissage des représentation des nœuds d’ungraphe, en se concentrant sur les défis et les opportunités présentées par les réseaux de neuronespour graphe (GNN). Elle met en évidence l’importance des graphes dans la représentation dessystèmes complexes et la nécessité d’apprendre des représentations de nœuds qui capturent à la fois les caractéristiques des nœuds et la structure des graphes. L’ étude identifie les problèmes clés des réseaux de neurones pour graphe, tels que leur dépendance à l’ ´égard de données étiquetées de haute qualité, l’incohérence des performances dansdivers ensembles de données et la vulnérabilité auxattaques adverses.Pour relever ces défis, la thèse introduit plusieursapproches innovantes. Tout d’abord, elle utilise l’apprentissage contrastif pour la représentation des nœuds, permettant un apprentissage auto-supervisé qui réduit la dépendance aux données étiquetées.Deuxièmement, un classificateur bayésien est proposé pour la classification des nœuds, qui prenden compte la structure du graphe pour améliorer la précision. Enfin, la thèse aborde la vulnérabilité des GNN aux attaques adversariaux en évaluant la robustesse du classificateur proposé et en introduisant des mécanismes de défense efficaces. Ces contributionsvisent à améliorer à la fois la performance et la résilience des GNN dans l’apprentissage de lareprésentation des nœuds
This thesis addresses advancements in graph representation learning, focusing on the challengesand opportunities presented by Graph Neural Networks (GNNs). It highlights the significanceof graphs in representing complex systems and the necessity of learning node embeddings that capture both node features and graph structure. The study identifies key issues in GNNs, such as their dependence on high-quality labeled data, inconsistent performanceacross various datasets, and susceptibility to adversarial attacks.To tackle these challenges, the thesis introduces several innovative approaches. Firstly, it employs contrastive learning for node representation, enabling self-supervised learning that reduces reliance on labeled data. Secondly, a Bayesian-based classifier isproposed for node classification, which considers the graph’s structure to enhance accuracy. Lastly, the thesis addresses the vulnerability of GNNs to adversarialattacks by assessing the robustness of the proposed classifier and introducing effective defense mechanisms.These contributions aim to improve both the performance and resilience of GNNs in graph representation learning

Par rapport au traitement électrique des données, en passant au domaine optique et aux circuits nanophotoniques la bande passante disponible augmente considérablement, la parallélisation est intrinsèquement possible et le calcul en mémoire peut être réalisé avec des matériaux à changement de phase. Ce chapitre présente les détails et les applications de cette technologie, jusqu’à un réseau neuronal artificiel optique.