Deux contributions à l'analyse géométrique de données : approximation de structures filamentaires et stabilité des approches fonctionnelles pour la comparaison de formes

Two contributions to geometric data analysis : filamentary structures approximations, and stability properties of functional approaches for shape comparison

• Auteur / Autrice : Ruqi Huang
• Direction : Frédéric Chazal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 14/12/2016
• 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 : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Saclay, Ile-de-France)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Tamy Boubekeur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Chazal, Tamy Boubekeur, Pierre Alliez, Yusu Wang, Maks Ovsjanikov, Pooran Memari, Boris Thibert, Xavier Goaoc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Alliez, Yusu Wang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perturbation (mathématiques)

Topologie de l'espace métrique

Analyse des données

Mots clés libres

Graphe de Reeb

Carte fonctionnelles

Rapprochement métrique

Perturbation (mathématiques)

Reeb graph

Functional maps

Metric approximation

Perturbation analysis

Résumé

En ce moment même, d'énormes quantités de données sont générées, collectées et analysées. Dans de nombreux cas, ces données sont échantillonnées sur des objets à la structure géométrique particulière. De tels objets apparaissent fréquemment dans notre vie quotidienne. Utiliser ce genre de données pour inférer la structure géométrique de tels objets est souvent ardue. Cette tâche est rendue plus difficile encore si les objets sous-jacents sont abstraits ou encore de grande dimension. Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux problèmes concernant l'analyse géométrique de données. Dans un premier temps, nous nous penchons sur l'inférence de la métrique de structures filamentaires. En supposant que ces structures sont des espaces métriques proches d'un graphe métrique nous proposons une méthode, combinant les graphes de Reeb et l'algorithme Mapper, pour approximer la structure filamentaire via un graphe de Reeb. Notre méthode peut de plus être facilement implémentée et permet de visualiser simplement le résultat. Nous nous concentrons ensuite sur le problème de la comparaison de formes. Nous étudions un ensemble de méthodes récentes et prometteuses pour la comparaison de formes qui utilisent la notion de carte fonctionnelles. Nos résultats théoriques montrent que ces approches sont stables et peuvent être utilisées dans un contexte plus général que la comparaison de formes comme la comparaison de variétés Riemanniennes de grande dimension. Enfin, en nous basant sur notre analyse théorique, nous proposons une généralisation des cartes fonctionnelles aux nuages de points. Bien que cette généralisation ne bénéficie par des garanties théoriques, elle permet d'étendre le champ d'application des méthodes basées sur les cartes fonctionnelles.

Massive amounts of data are being generated, collected and processed all the time. A considerable portion of them are sampled from objects with geometric structures. Such objects can be tangible and ubiquitous in our daily life. Inferring the geometric information from such data, however, is not always an obvious task. Moreover, it’s not a rare case that the underlying objects are abstract and of high dimension, where the data inference is more challenging. This thesis studies two problems on geometric data analysis. The first one concerns metric reconstruction for filamentary structures. We in general consider a filamentary structure as a metric space being close to an underlying metric graph, which is not necessarily embedded in some Euclidean spaces. Particularly, by combining the Reeb graph and the Mapper algorithm, we propose a variant of the Reeb graph, which not only faithfully approximates the metric of the filamentary structure but also allows for efficient implementation and convenient visualization of the result. Then we focus on the problem of shape comparison. In this part, we study the stability properties of some recent and promising approaches for shape comparison, which are based on the notion of functional maps. Our results show that these approaches are stable in theory and potential for being used in more general setting such as comparing high-dimensional Riemannian manifolds. Lastly, we propose a pipeline for implementing the functional-maps-based frameworks under our stability analysis on unorganised point cloud data. Though our pipeline is experimental, it undoubtedly extends the range of applications of these frameworks.