La prise de décision intelligente en temps réel à partir de données hétérogènes et imparfaites

Real time intelligent decision making from heterogeneous and imperfect data

• Auteur / Autrice : Hela Sfar
• Direction : Amel Bouzeghoub, Jérôme Boudy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (France) - Département Informatique / INF - Département Electronique et Physique / EPH - Algorithmes, Composants, Modèles Et Services pour l'informatique répartie / ACMES-SAMOVAR
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des télécommunications (Evry ; 1979-2009)
• Jury : Président / Présidente : Nazim Agoulmine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Boudy, Farah Mourad-Chehade, Mehdi Ammi, Gérard Dray, Hassane Essafi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farah Mourad-Chehade, Mehdi Ammi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse des données

Détection des anomalies (informatique)

Reconnaissance de l'activité humaine (informatique)

Intelligence ambiante

Prise de décision -- Modèles mathématiques

Informatique omniprésente

Mots clés libres

Segmentation des données

Reconnaissances des activités

Détection des anomalies

Environnements intelligents

Apprentissage automatique

Méthodes symbolique

Data segmentation

Activity recognition

Anomaly detection

Smart environment

Machine learning

Symbolic methods

Résumé

De nos jours, l'informatique omniprésente fait face à un progrès croissant. Ce paradigme est caractérisé par de multiples capteurs intégrés dans des objets du monde physique. Le développement d'applications personnelles utilisant les données fournies par ces capteurs a conduit à la création d'environnements intelligents, conçus comme un framework de superposition avancé qui aide de manière proactive les individus dans leur vie quotidienne. Une application d’environnement intelligent collecte les données de capteurs deployés d'une façon en continu , traite ces données et les analyse avant de prendre des décisions pour exécuter des actions sur l’environnement physique. Le traitement de données en ligne consiste principalement en une segmentation des données pour les diviser en fragments. Généralement, dans la littérature, la taille des fragments est fixe. Cependant, une telle vision statique entraîne généralement des problèmes de résultats imprécis. Par conséquent, la segmentation dynamique utilisant des tailles variables de fenêtres d’observation est une question ouverte. La phase d'analyse prend en entrée un segment de données de capteurs et extrait des connaissances au moyen de processus de raisonnement ou d'extraction. La compréhension des activités quotidiennes des utilisateurs et la prévention des situations anormales sont une préoccupation croissante dans la littérature, mais la résolution de ces problèmes à l'aide de données de petite taille et imparfaites reste un problème clé. En effet, les données fournies par les capteurs sont souvent imprécises, inexactes, obsolètes, contradictoires ou tout simplement manquantes. Par conséquent, l'incertitude liée à la gestion est devenue un aspect important. De plus, il n'est pas toujours possible et trop intrusif de surveiller l'utilisateur pour obtenir une grande quantité de données sur sa routine de vie. Les gens ne sont pas souvent ouverts pour être surveillés pendant une longue période. Évidemment, lorsque les données acquises sur l'utilisateur sont suffisantes, la plupart des méthodes existantes peuvent fournir une reconnaissance précise, mais les performances baissent fortement avec de petits ensembles de données. Dans cette thèse, nous avons principalement exploré la fertilisation croisée d'approches d'apprentissage statistique et symbolique et les contributions sont triples: (i) DataSeg, un algorithme qui tire parti à la fois de l'apprentissage non supervisé et de la représentation ontologique pour la segmentation des données. Cette combinaison choisit de manière dynamique la taille de segment pour plusieurs applications, contrairement à la plupart des méthodes existantes. De plus, contrairement aux approches de la littérature, Dataseg peut être adapté à toutes les fonctionnalités de l’application; (ii) AGACY Monitoring, un modèle hybride de reconnaissance d'activité et de gestion des incertitudes qui utilise un apprentissage supervisé, une inférence de logique possibiliste et une ontologie permettant d'extraire des connaissances utiles de petits ensembles de données; (iii) CARMA, une méthode basée sur les réseaux de Markov et les règles d'association causale pour détecter les causes d'anomalie dans un environnement intelligent afin d'éviter leur apparition. En extrayant automatiquement les règles logiques concernant les causes d'anomalies et en les intégrant dans les règles MLN, nous parvenons à une identification plus précise de la situation, même avec des observations partielles. Chacune de nos contributions a été prototypée, testée et validée à l'aide de données obtenues à partir de scénarios réels réalisés.

Nowadays, pervasive computing is facing an increasing advancement. This paradigm is characterized by multiple sensors highly integrated in objects of the physical world.The development of personal applications using data provided by these sensors has prompted the creation of smart environments, which are designed as an overlay advanced framework that proactively, but sensibly, assist individuals in their every day lives. A smart environment application gathers streaming data from the deployed sensors, processes and analyzes the collected data before making decisions and executing actions on the physical environment. Online data processing consists mainly in data segmentation to divide data into fragments. Generally, in the literature, the fragment size is fixed. However, such static vision usually brings issues of imprecise outputs. Hence, dynamic segmentation using variable sizes of observation windows is an open issue. The analysis phase takes as input a segment of sensor data and extract knowledge by means of reasoning or mining processes. In particular, understanding user daily activities and preventing anomalous situations are a growing concern in the literature but addressing these problems with small and imperfect data is still a key issue. Indeed, data provided by sensors is often imprecise, inaccurate, outdated, in contradiction, or simply missing. Hence, handling uncertainty became an important aspect. Moreover, monitoring the user to obtain a large amount of data about his/her life routine is not always possible and too intrusive. People are not often open to be monitored for a long period of time. Obviously, when the acquired data about the user are sufficient, most existing methods can provide precise recognition but the performances decline sharply with small datasets.In this thesis, we mainly explored cross-fertilization of statistic and symbolic learning approaches and the contributions are threefold: (i) DataSeg, an algorithm that takes advantage of both unsupervised learning and ontology representation for data segmentation. This combination chooses dynamically the segment size for several applications unlike most of existing methods. Moreover, unlike the literature approaches, Dataseg is able to be adapted to any application features; (ii) AGACY Monitoring, a hybrid model for activity recognition and uncertainty handling which uses supervised learning, possibilistic logic inference, and an ontology to extract meaningful knowledge from small datasets; (iii) CARMA, a method based on Markov Logic Networks (MLN) and causal association rules to detect anomaly causes in a smart environment so as to prevent their occurrence. By automatically extracting logic rules about anomalies causes and integrating them in the MLN rules, we reach a more accurate situation identification even with partial observations. Each of our contributions was prototyped, tested and validated through data obtained from real scenarios that are realized.