Apprentissage de préférences en espace combinatoire et application à la recommandation en configuration interactive

Preferences learning in combinatorial spaces and application to recommandation in interactive configuration

• Auteur / Autrice : Pierre-François Gimenez
• Direction : Hélène Fargier, Jérôme Mengin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Intelligence artificielle
• Date : Soutenance le 10/10/2018
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Préférences des consommateurs

Apprentissage automatique

Mots clés libres

Apprentissage automatique

Préférences

Recommandation

Machine learning

Preferences

Recommendation

Résumé

L'analyse et l'exploitation des préférences interviennent dans de nombreux domaines, comme l'économie, les sciences sociales ou encore la psychologie. Depuis quelques années, c'est l'e-commerce qui s'intéresse au sujet dans un contexte de personnalisation toujours plus poussée. Notre étude s'est portée sur la représentation et l'apprentissage de préférences sur des objets décrits par un ensemble d'attributs. Ces espaces combinatoires sont immenses, ce qui rend impossible en pratique la représentation in extenso d'un ordre de préférences sur leurs objets. C'est pour cette raison que furent construits des langages permettant de représenter de manière compacte des préférences sur ces espaces combinatoires. Notre objectif a été d'étudier plusieurs langages de représentation de préférences et l'apprentissage de préférences. Nous avons développé deux axes de recherche. Le premier axe est l'algorithme DRC, un algorithme d'inférence dans les réseaux bayésiens. Alors que les autres méthodes d'inférence utilisent le réseau bayésien comme unique source d'information, DRC exploite le fait qu'un réseau bayésien est souvent appris à partir d'un ensemble d'objets qui ont été choisis ou observés. Ces exemples sont une source d'information supplémentaire qui peut être utilisée lors de l'inférence. L'algorithme DRC, de ce fait, n'utilise que la structure du réseau bayésien, qui capture des indépendances conditionnelles entre attributs et estime les probabilités conditionnelles directement à partir du jeu de données. DRC est particulièrement adapté à une utilisation dans un contexte où les lois de probabilité évoluent mais où les indépendances conditionnelles ne changent pas. Le second axe de recherche est l'apprentissage de k-LP-trees à partir d'exemples d'objets vendus. Nous avons défini formellement ce problème et introduit un score et une distance adaptés. Nous avons obtenu des résultats théoriques intéressants, notamment un algorithme d'apprentissage de k-LP-trees qui converge avec assez d'exemples vers le modèle cible, un algorithme d'apprentissage de LP-tree linéaire optimal au sens où il minimise notre score, ainsi qu'un résultat sur le nombre d'exemples suffisants pour apprendre un " bon " LP-tree linéaire : il suffit d'avoir un nombre d'exemples qui dépend logarithmiquement du nombre d'attributs du problème. Enfin, une contribution expérimentale évalue différents langages dont nous apprenons des modèles à partir d'historiques de voitures vendues. Les modèles appris sont utilisés pour la recommandation de valeur en configuration interactive de voitures Renault. La configuration interactive est un processus de construction de produit où l'utilisateur choisit successivement une valeur pour chaque attribut. Nous évaluons la précision de la recommandation, c'est-à-dire la proportion des recommandations qui auraient été acceptées, et le temps de recommandation ; de plus, nous examinons les différents paramètres qui peuvent influer sur la qualité de la recommandation. Nos résultats sont concluants : les méthodes que nous avons évaluées, qu'elles proviennent de la littérature ou de nos contributions théoriques, sont bien assez rapides pour être utilisées en ligne et ont une précision très élevée, proche du maximum théorique.

The analysis and the exploitation of preferences occur in multiple domains, such as economics, humanities and psychology. E-commerce got interested in the subject a few years ago with the surge of product personalisation. Our study deals with the representation and the learning of preferences on objects described by a set of attributes. These combinatorial spaces are huge, which makes the representation of an ordering in extenso intractable. That's why preference representation languages have been built: they can represent preferences compactly on these huge spaces. In this dissertation, we study preference representation languages and preference learning.Our work focuses on two approaches. Our first approach led us to propose the DRC algorithm for inference in Bayesian networks. While other inference algorithms use the sole Bayesian network as a source of information, DRC makes use of the fact that Bayesian networks are often learnt from a set of examples either chosen or observed. Such examples are a valuable source of information that can be used during the inference. Based on this observation, DRC uses not only the Bayesian network structure that captures the conditional independences between attributes, but also the set of examples, by estimating the probabilities directly from it. DRC is particularly adapted to problems with a dynamic probability distribution but static conditional independences. Our second approach focuses on the learning of k-LP-trees from sold items examples. We formally define the problem and introduce a score and a distance adapted to it. Our theoretical results include a learning algorithm of k-LP-trees with a convergence property, a linear LP-tree algorithm minimising the score we defined and a sample complexity result: a number of examples logarithmic in the number of attributes is enough to learn a "good" linear LP-tree. We finally present an experimental contribution that evaluates different languages whose models are learnt from a car sales history. The models learnt are used to recommend values in interactive configuration of Renault cars. The interactive configuration is a process in which the user chooses a value, one attribute at a time. The recommendation precision (the proportion of recommendations that would have been accepted by the user) and the recommendation time are measured. Besides, the parameters that influence the recommendation quality are investigated. Our results are promising: these methods, described either in the literature or in our contributions, are fast enough for an on-line use and their success rate is high, even close to the theoretical maximum.