Apprentissage de co-similarités pour la classification automatique de données monovues et multivues

Clustering of monoview and multiview data via co-similarity learning

• Auteur / Autrice : Clément Grimal
• Direction : Éric Gaussier, Gilles Bisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 11/10/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Informatique de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique de Grenoble
• Jury : Président / Présidente : Sihem Amer-Yahia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Gaussier, Gilles Bisson, Celine Robardet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Celine Rouveirol, Gilles Richard

Mots clés

Mots clés libres

Apprentissage automatique

Classification

Similarité

Données multivue

Machine learning

Clustering

Similarity

Multiview data

Résumé

L'apprentissage automatique consiste à concevoir des programmes informatiques capables d'apprendre à partir de leurs environnement, ou bien à partir de données. Il existe différents types d'apprentissage, selon que l'on cherche à faire apprendre au programme, et également selon le cadre dans lequel il doit apprendre, ce qui constitue différentes tâches. Les mesures de similarité jouent un rôle prépondérant dans la plupart de ces tâches, c'est pourquoi les travaux de cette thèse se concentrent sur leur étude. Plus particulièrement, nous nous intéressons à la classification de données, qui est une tâche d'apprentissage dit non supervisé, dans lequel le programme doit organiser un ensemble d'objets en plusieurs classes distinctes, de façon à regrouper les objets similaires ensemble. Dans de nombreuses applications, ces objets (des documents par exemple) sont décrits à l'aide de leurs liens à d'autres types d'objets (des mots par exemple), qui peuvent eux-même être classifiés. On parle alors de co-classification, et nous étudions et proposons dans cette thèse des améliorations de l'algorithme de calcul de co-similarités XSim. Nous montrons que ces améliorations permettent d'obtenir de meilleurs résultats que les méthodes de l'état de l'art. De plus, il est fréquent que ces objets soient liés à plus d'un autre type d'objets, les données qui décrivent ces multiples relations entre différents types d'objets sont dites multivues. Les méthodes classiques ne sont généralement pas capables de prendre en compte toutes les informations contenues dans ces données. C'est pourquoi nous présentons dans cette thèse l'algorithme de calcul multivue de similarités MVSim, qui peut être vu comme une extension aux données multivues de l'algorithme XSim. Nous montrons que cette méthode obtient de meilleures performances que les méthodes multivues de l'état de l'art, ainsi que les méthodes monovues, validant ainsi l'apport de l'aspect multivue. Finalement, nous proposons également d'utiliser l'algorithme MVSim pour classifier des données classiques monovues de grandes tailles, en les découpant en différents ensembles. Nous montrons que cette approche permet de gagner en temps de calcul ainsi qu'en taille mémoire nécessaire, tout en dégradant relativement peu la classification par rapport à une approche directe sans découpage.

Machine learning consists in conceiving computer programs capable of learning from their environment, or from data. Different kind of learning exist, depending on what the program is learning, or in which context it learns, which naturally forms different tasks. Similarity measures play a predominant role in most of these tasks, which is the reason why this thesis focus on their study. More specifically, we are focusing on data clustering, a so called non supervised learning task, in which the goal of the program is to organize a set of objects into several clusters, in such a way that similar objects are grouped together. In many applications, these objects (documents for instance) are described by their links to other types of objects (words for instance), that can be clustered as well. This case is referred to as co-clustering, and in this thesis we study and improve the co-similarity algorithm XSim. We demonstrate that these improvements enable the algorithm to outperform the state of the art methods. Additionally, it is frequent that these objects are linked to more than one other type of objects, the data that describe these multiple relations between these various types of objects are called multiview. Classical methods are generally not able to consider and use all the information contained in these data. For this reason, we present in this thesis a new multiview similarity algorithm called MVSim, that can be considered as a multiview extension of the XSim algorithm. We demonstrate that this method outperforms state of the art multiview methods, as well as classical approaches, thus validating the interest of the multiview aspect. Finally, we also describe how to use the MVSim algorithm to cluster large-scale single-view data, by first splitting it in multiple subsets. We demonstrate that this approach allows to significantly reduce the running time and the memory footprint of the method, while slightly lowering the quality of the obtained clustering compared to a straightforward approach with no splitting.