Classification non supervisée sous contrainte utilisateurs par la programmation par contraintes

Constrained clustering by constraint programming

• Auteur / Autrice : Khanh-Chuong Duong
• Direction : Christel Vrain, Thi Bich Hanh Dao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 10/12/2014
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique fondamentale d'Orléans (Orléans ; 1987-....)
• Jury : Président / Présidente : Lakhdar Saïs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christel Vrain, Thi Bich Hanh Dao, Lakhdar Saïs, Christine Solnon, Bruno Crémilleux, Luc De Raedt, Yves Deville
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Solnon, Bruno Crémilleux, Luc De Raedt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation par contraintes

Exploration de données

Mots clés libres

Classification non supervisée

Contraintes utilisateur

Programmation par contraintes

Clustering bi-critère

Constrained clustering

Filtering algorithm

Constraint programming

Bicriterion clustering

Résumé

La classification non supervisée, souvent appelée par le terme anglais de clustering, est une tâche importante en Fouille de Données. Depuis une dizaine d'années, la classification non supervisée a été étendue pour intégrer des contraintes utilisateur permettant de modéliser des connaissances préalables dans le processus de clustering. Différents types de contraintes utilisateur peuvent être considérés, des contraintes pouvant porter soit sur les clusters, soit sur les instances. Dans cette thèse, nous étudions le cadre de la Programmation par Contraintes (PPC) pour modéliser les tâches de clustering sous contraintes utilisateur. Utiliser la PPC a deux avantages principaux : la déclarativité, qui permet d'intégrer aisément des contraintes utilisateur et la capacité de trouver une solution optimale qui satisfait toutes les contraintes (s'il en existe). Nous proposons deux modèles basés sur la PPC pour le clustering sous contraintes utilisateur. Les modèles sont généraux et flexibles, ils permettent d'intégrer des contraintes d'instances must-link et cannot-link et différents types de contraintes sur les clusters. Ils offrent également à l'utilisateur le choix entre différents critères d'optimisation. Afin d'améliorer l'efficacité, divers aspects sont étudiés. Les expérimentations sur des bases de données classiques et variées montrent qu'ils sont compétitifs par rapport aux approches exactes existantes. Nous montrons que nos modèles peuvent être intégrés dans une procédure plus générale et nous l'illustrons par la recherche de la frontière de Pareto dans un problème de clustering bi-critère sous contraintes utilisateur.

Cluster analysis is an important task in Data Mining with hundreds of different approaches in the literature. Since the last decade, the cluster analysis has been extended to constrained clustering, also called semi-supervised clustering, so as to integrate previous knowledge on data to clustering algorithms. In this dissertation, we explore Constraint Programming (CP) for solving the task of constrained clustering. The main principles in CP are: (1) users specify declaratively the problem in a Constraint Satisfaction Problem; (2) solvers search for solutions by constraint propagation and search. Relying on CP has two main advantages: the declarativity, which enables to easily add new constraints and the ability to find an optimal solution satisfying all the constraints (when there exists one). We propose two models based on CP to address constrained clustering tasks. The models are flexible and general and supports instance-level constraints and different cluster-level constraints. It also allows the users to choose among different optimization criteria. In order to improve the efficiency, different aspects have been studied in the dissertation. Experiments on various classical datasets show that our models are competitive with other exact approaches. We show that our models can easily be embedded in a more general process and we illustrate this on the problem of finding the Pareto front of a bi-criterion optimization process.