Analyse formelle de concepts et structures de patrons pour la fouille de données structurées

Formal Concept Analysis and Pattern Structures for Mining Structured Data

• Auteur / Autrice : Aleksey Buzmakov
• Direction : Amedeo Napoli, Sergei O. Kuznetsov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/10/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Bruno Crémilleux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernhard Ganter, Henry Soldano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Boulicaut, Arno Siebes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structures de données (informatique)

Méthodes formelles (informatique)

Exploration de données

Mots clés libres

Data mining

Analyse formelle de concepts

Pattern structures

Contraintes

Stabilité

Projections

Résumé

Aujourd'hui de plus en plus de données de différents types sont accessibles. L’Analyse Formelle de Concepts (AFC) et les pattern structures sont des systèmes formels qui permettent de traiter les données ayant une structure complexe. Mais le nombre de concepts trouvé par l’AFC est fréquemment très grand. Pour faire face à ce problème, on peut simplifier la représentation des données, soit par projection de pattern structures, soit par introduction de contraintes pour sélectionner les concepts les plus pertinents. Le manuscrit commence avec l'application de l’AFC à l’exploration de structures moléculaires et la recherche de structures particulières. Avec l’augmentation de la taille des ensembles de données, de bonnes contraintes deviennent essentielles. Pour cela on explore la stabilité d'un concept et on l'applique à l’exploration d'un ensemble de données de substances chimiques mutagènes. La recherche de concepts stables dans cet ensemble de données nous a permis de trouver de nouveaux candidats mutagènes potentiels qui peuvent être interprétés par les chimistes. Cependant, pour les cas plus complexes, la représentation simple par des attributs binaires ne suffit pas. En conséquence, on se tourne vers des pattern structures qui peuvent traiter différents types de données complexes. On étend le formalisme original des projections pour avoir plus de liberté dans la manipulation de données. On montre que cette extension est essentielle pour analyser les trajectoires de patients décrivant l’historique de l’hospitalisation des patients. Finalement, le manuscrit se termine par une approche originale et très efficace qui permet de trouver directement des motifs stables.

Nowadays, more and more data of different kinds is becoming available. Formal concept analysis (FCA) and pattern structures are theoretical frameworks that allow dealing with an arbitrary structured data. But the number of concepts extracted by FCA is typically huge. To deal with this problem one can either simplify the data representation, which can be done by projections of pattern structures, or by introducing constraints to select the most relevant concepts. The manuscript starts with application of FCA to mining important pieces of information from molecular structures. With the growth of dataset size good constraints begin to be essential. For that we explore stability of a concept, a well-founded formal constraint. Finding stable concepts in this dataset allows us finding new possible mutagenetic candidates that can be further interpreted by chemists. However for more complex cases, the simple attribute representation of data is not enough. Correspondingly, we turn to pattern structures that can deal with many different kinds of descriptions. We extend the original formalism of projections to have more freedom in data simplification. We show that this extension is essential for analyzing patient trajectories, describing patients hospitalization histories. Finally, the manuscript ends by an original and very efficient approach that enables to mine stable patterns directly.