Aspects actuels des représentations de connaissances par objets et de la classification

napoli1997aNational audienceCet article présente certains thèmes de recherches étudiés par les membres du groupe "Objets et classification" du PRC-IA. Ces thèmes concernent essentiellement la théorie des systèmes de représentation de connaissances par objets (RCPO), la révision d'une base de connaissances dans les systèmes de RCPO, la classification de classes et d'instances, et la mise en oeuvre d'applications, illustrée ici par le système RESYN. Les travaux présentés montrent une certaine continuité avec les préoccupations des membres du groupe depuis qu'il existe. L'article se termine par la présentation d'éléments de définition d'un système de RCPO, et de perspectives de recherches découlant des thèmes explicités dans l'article

Une nouvelle approche d'aide à la conception par ordinateur en architecture basée sur la modélisation d'opérateurs sémantiques et la création de maquettes procédurales

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Modélisation de l'apprenant : application d'un modèle cognitif au développement d'un système d'apprentissage

Bien que le diagnostic des erreurs des apprenants soit central à toute stratégie d'intervention correctrice relevant au mode d'évaluation dans un système d'apprentissage, trop souvent, la prise d'information qui l'accompagne est incomplète ou incertaine. Ajoutons aussi le problème de la modélisation dans un contexte d'apprentissage où on ne peut observer directement ce qui se passe dans la tête d'un apprenant, ni de savoir avec certitude son plan de raisonnement, ni le but qu'il cherche à accomplir. Il s'ensuit une réduction de l'efficacité des interventions pédagogiques qui limite les apprentissages scolaires. Cette thèse apporte des solutions à cette problématique. Elle consiste en la conception et le développement d'un Système Tutoriel Intelligent pour le Diagnostic des Erreurs en Soustraction (TIDES). Elle s'inscrit dans une perspective d'évaluation diagnostique des compétences et connaissances arithmétiques en utilisant une approche originale qui vise à modéliser l'apprenant dans une situation d'apprentissage où les informations sur cet apprenant sont potentiellement incomplètes ou incertaines. Dans cette thèse, nous présentons la conception, le développement et une mise à l'essai du système TIDES. Le design de ce système est basé sur un modèle cognitif, la théorie d'apprentissage ACT-R d'Anderson, capable d'analyser le comportement d'un apprenant et de savoir son état cognitif. Le choix de ce design est discuté et justifié aussi. L'architecture du système TIDES comporte au moins trois modules: un module qui permet de spécifier des tâches à l'apprenant, un module d'analyse qui permet d'analyser les actions de l'apprenant et un module de diagnostic qui permet d'inférer les informations sur l'apprenant, d'évaluer ses compétences impliquées dans une tâche d'apprentissage, de détecter sa stratégie mise en œuvre, en s'appuyant sur une méthode de reconnaissance de plan, de prédire sa prochaine action la plus probable et de savoir avec exactitude les causes réelles de ses erreurs. Les caractéristiques du système TIDES sont décrites en détail dans la thèse. La méthodologie d'une mise à l'essai du système avec une vingtaine d'élèves est présentée et les données recueillies dans cette mise à l'essai sont regroupées et analysées. L'ensemble des résultats obtenus indique que le système TIDES offre le potentiel d'analyser et de diagnostiquer les erreurs des apprenants de façon plus précise, et donne effectivement lieu à un apprentissage conforme à celui qui était prévu en se basant sur la méthode originale adoptée. Enfin, nous proposerons des améliorations possibles (extension du système TIDES à l'aide des réseaux bayésiens) que nous présenterons comme explorées mais non encore complètement intégrées dans l'état actuel du système TIDES et aussi non évaluées. Il s'agit en fait de déterminer à quelles conditions le modèle bayésien peut être intégré à un système d'apprentissage, en tant que système tutoriel intelligent et dont le domaine d'apprentissage est l'arithmétique. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Intelligence artificielle, environnement interactif pour l'apprentissage humain, système tutoriel intelligent, théories d'apprentissage, Modèle d'Anderson ACT-R, modélisation d'un apprenant, analyse des erreurs, diagnostic des erreurs, modélisation statistique et réseaux bayésiens

Préparation à la démonstration et au formalisme suppléée au collégial par le cours Mathématiques pour les sciences

Dans le cadre de ce projet de recherche, nous nous intéressons à ces quatrièmes cours obligatoires de mathématiques que plusieurs cégeps ont inclus dans leur programme de formation pré-universitaire Sciences de la nature 200. BO. Plus précisément, nous allons nous intéresser à la préparation en matière de démonstration et de formalisme offerte par ces cours pour affronter les exigences des mathématiques post-secondaires. Ces cours ont en effet pour objectif de préparer les étudiants aux mathématiques avancées des cours Calcul intégral NYB et Algèbre linéaire et géométrie vectorielle NYC, mais aussi des cours de mathématiques à l'université, notamment au regard du formalisme accru et de la démonstration. \ud Pour évaluer cette préparation, nous allons, dans un premier temps, étudier ces attentes telles qu'elles se manifestent à travers le cours Calcul intégral NYB, deuxième cours de mathématiques obligatoire de la formation standard en sciences de la nature. Une fois ces attentes identifiées, les tâches proposées dans un de ces quatrièmes cours de mathématiques, soit le cours Mathématiques pour les sciences dispensé par le cégep Ahuntsic à la session hiver 2008, seront analysées. L'analyse des tâches proposées par Mathématiques pour les sciences nous permet de mettre en lumière les éléments de difficultés auxquels il confronte les étudiants. \ud En conclusion, les analyses des deux cours sont comparées pour évaluer si les éléments travaillés par Mathématiques pour les sciences correspondent à ceux sollicités en Calcul intégral NYB. Cette comparaison permet d'évaluer la préparation qui est effectivement offerte par le cours du cégep Ahuntsic pour affronter le cours collégial NYB. Notre étude va cependant plus loin puisque nous évaluons également la préparation que ces deux cours de niveau collégial offrent pour affronter les mathématiques universitaires. Plus précisément, nous tentons de voir, compte tenu de ce que la recherche nous dit des mathématiques avancées et de l'apprentissage de la preuve, si Calcul intégral NYB, appuyé par Mathématiques pour les sciences, constituent à eux deux une bonne transition vers les mathématiques universitaires, notamment les cours d'introduction à l'analyse réelle. Des pistes de réflexion et des améliorations possibles seront également présentées. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : didactique des mathématiques, transition, démonstration, formalisme, calcul intégra

Système de recherche d’information étendue basé sur une projection multi-espaces

Depuis son apparition au début des années 90, le World Wide Web (WWW ou Web) a offert un accès universel aux connaissances et le monde de l’information a été principalement témoin d’une grande révolution (la révolution numérique). Il est devenu rapidement très populaire, ce qui a fait de lui la plus grande et vaste base de données et de connaissances existantes grâce à la quantité et la diversité des données qu'il contient. Cependant, l'augmentation et l’évolution considérables de ces données soulèvent d'importants problèmes pour les utilisateurs notamment pour l’accès aux documents les plus pertinents à leurs requêtes de recherche. Afin de faire face à cette explosion exponentielle du volume de données et faciliter leur accès par les utilisateurs, différents modèles sont proposés par les systèmes de recherche d’information (SRIs) pour la représentation et la recherche des documents web. Les SRIs traditionnels utilisent, pour indexer et récupérer ces documents, des mots-clés simples qui ne sont pas sémantiquement liés. Cela engendre des limites en termes de la pertinence et de la facilité d'exploration des résultats. Pour surmonter ces limites, les techniques existantes enrichissent les documents en intégrant des mots-clés externes provenant de différentes sources. Cependant, ces systèmes souffrent encore de limitations qui sont liées aux techniques d’exploitation de ces sources d’enrichissement. Lorsque les différentes sources sont utilisées de telle sorte qu’elles ne peuvent être distinguées par le système, cela limite la flexibilité des modèles d'exploration qui peuvent être appliqués aux résultats de recherche retournés par ce système. Les utilisateurs se sentent alors perdus devant ces résultats, et se retrouvent dans l'obligation de les filtrer manuellement pour sélectionner l'information pertinente. S’ils veulent aller plus loin, ils doivent reformuler et cibler encore plus leurs requêtes de recherche jusqu'à parvenir aux documents qui répondent le mieux à leurs attentes. De cette façon, même si les systèmes parviennent à retrouver davantage des résultats pertinents, leur présentation reste problématique. Afin de cibler la recherche à des besoins d'information plus spécifiques de l'utilisateur et améliorer la pertinence et l’exploration de ses résultats de recherche, les SRIs avancés adoptent différentes techniques de personnalisation de données qui supposent que la recherche actuelle d'un utilisateur est directement liée à son profil et/ou à ses expériences de navigation/recherche antérieures. Cependant, cette hypothèse ne tient pas dans tous les cas, les besoins de l’utilisateur évoluent au fil du temps et peuvent s’éloigner de ses intérêts antérieurs stockés dans son profil. Dans d’autres cas, le profil de l’utilisateur peut être mal exploité pour extraire ou inférer ses nouveaux besoins en information. Ce problème est beaucoup plus accentué avec les requêtes ambigües. Lorsque plusieurs centres d’intérêt auxquels est liée une requête ambiguë sont identifiés dans le profil de l’utilisateur, le système se voit incapable de sélectionner les données pertinentes depuis ce profil pour répondre à la requête. Ceci a un impact direct sur la qualité des résultats fournis à cet utilisateur. Afin de remédier à quelques-unes de ces limitations, nous nous sommes intéressés dans ce cadre de cette thèse de recherche au développement de techniques destinées principalement à l'amélioration de la pertinence des résultats des SRIs actuels et à faciliter l'exploration de grandes collections de documents. Pour ce faire, nous proposons une solution basée sur un nouveau concept d'indexation et de recherche d'information appelé la projection multi-espaces. Cette proposition repose sur l'exploitation de différentes catégories d'information sémantiques et sociales qui permettent d'enrichir l'univers de représentation des documents et des requêtes de recherche en plusieurs dimensions d'interprétations. L’originalité de cette représentation est de pouvoir distinguer entre les différentes interprétations utilisées pour la description et la recherche des documents. Ceci donne une meilleure visibilité sur les résultats retournés et aide à apporter une meilleure flexibilité de recherche et d'exploration, en donnant à l’utilisateur la possibilité de naviguer une ou plusieurs vues de données qui l’intéressent le plus. En outre, les univers multidimensionnels de représentation proposés pour la description des documents et l’interprétation des requêtes de recherche aident à améliorer la pertinence des résultats de l’utilisateur en offrant une diversité de recherche/exploration qui aide à répondre à ses différents besoins et à ceux des autres différents utilisateurs. Cette étude exploite différents aspects liés à la recherche personnalisée et vise à résoudre les problèmes engendrés par l’évolution des besoins en information de l’utilisateur. Ainsi, lorsque le profil de cet utilisateur est utilisé par notre système, une technique est proposée et employée pour identifier les intérêts les plus représentatifs de ses besoins actuels dans son profil. Cette technique se base sur la combinaison de trois facteurs influents, notamment le facteur contextuel, fréquentiel et temporel des données. La capacité des utilisateurs à interagir, à échanger des idées et d’opinions, et à former des réseaux sociaux sur le Web, a amené les systèmes à s’intéresser aux types d’interactions de ces utilisateurs, au niveau d’interaction entre eux ainsi qu’à leurs rôles sociaux dans le système. Ces informations sociales sont abordées et intégrées dans ce travail de recherche. L’impact et la manière de leur intégration dans le processus de RI sont étudiés pour améliorer la pertinence des résultats. Since its appearance in the early 90's, the World Wide Web (WWW or Web) has provided universal access to knowledge and the world of information has been primarily witness to a great revolution (the digital revolution). It quickly became very popular, making it the largest and most comprehensive database and knowledge base thanks to the amount and diversity of data it contains. However, the considerable increase and evolution of these data raises important problems for users, in particular for accessing the documents most relevant to their search queries. In order to cope with this exponential explosion of data volume and facilitate their access by users, various models are offered by information retrieval systems (IRS) for the representation and retrieval of web documents. Traditional SRIs use simple keywords that are not semantically linked to index and retrieve these documents. This creates limitations in terms of the relevance and ease of exploration of results. To overcome these limitations, existing techniques enrich documents by integrating external keywords from different sources. However, these systems still suffer from limitations that are related to the exploitation techniques of these sources of enrichment. When the different sources are used so that they cannot be distinguished by the system, this limits the flexibility of the exploration models that can be applied to the results returned by this system. Users then feel lost to these results, and find themselves forced to filter them manually to select the relevant information. If they want to go further, they must reformulate and target their search queries even more until they reach the documents that best meet their expectations. In this way, even if the systems manage to find more relevant results, their presentation remains problematic. In order to target research to more user-specific information needs and improve the relevance and exploration of its research findings, advanced SRIs adopt different data personalization techniques that assume that current research of user is directly related to his profile and / or previous browsing / search experiences. However, this assumption does not hold in all cases, the needs of the user evolve over time and can move away from his previous interests stored in his profile. In other cases, the user's profile may be misused to extract or infer new information needs. This problem is much more accentuated with ambiguous queries. When multiple POIs linked to a search query are identified in the user's profile, the system is unable to select the relevant data from that profile to respond to that request. This has a direct impact on the quality of the results provided to this user. In order to overcome some of these limitations, in this research thesis, we have been interested in the development of techniques aimed mainly at improving the relevance of the results of current SRIs and facilitating the exploration of major collections of documents. To do this, we propose a solution based on a new concept and model of indexing and information retrieval called multi-spaces projection. This proposal is based on the exploitation of different categories of semantic and social information that enrich the universe of document representation and search queries in several dimensions of interpretations. The originality of this representation is to be able to distinguish between the different interpretations used for the description and the search for documents. This gives a better visibility on the results returned and helps to provide a greater flexibility of search and exploration, giving the user the ability to navigate one or more views of data that interest him the most. In addition, the proposed multidimensional representation universes for document description and search query interpretation help to improve the relevance of the user's results by providing a diversity of research / exploration that helps meet his diverse needs and those of other different users. This study exploits different aspects that are related to the personalized search and aims to solve the problems caused by the evolution of the information needs of the user. Thus, when the profile of this user is used by our system, a technique is proposed and used to identify the interests most representative of his current needs in his profile. This technique is based on the combination of three influential factors, including the contextual, frequency and temporal factor of the data. The ability of users to interact, exchange ideas and opinions, and form social networks on the Web, has led systems to focus on the types of interactions these users have at the level of interaction between them as well as their social roles in the system. This social information is discussed and integrated into this research work. The impact and how they are integrated into the IR process are studied to improve the relevance of the results

Système d'arpentage automatisé pour les mines souterraines

RÉSUMÉ Parmi les projets existants en robotique mobile destinés aux mines souterraines, aucun des travaux n'est adapté à la tâche d'arpenter les excavations dans une mine. Ainsi, dans le contexte de la recherche en automatisation minière à la chaire CRSNG-Noranda, nous étudions la faisabilité de l'arpentage d'une mine souterraine par une plate-forme mobile autonome (robot). L'objectif de ce projet est de démontrer le concept d'un système adapté à la fois à l'arpentage automatisé et à la navigation autonome et qui emploie un robot capable de naviguer sans l'aide de structures de guidage. Il s'agit d'un véhicule muni d'un senseur odométrique, de télémètres latéraux fournissant des mesures denses de la forme des murs et du toit et d'un télémètre frontal balayant un demi-plan horizontal devant le véhicule. Notre travail consiste à développer les capacités d'analyse sensorielle de ce "robot-arpenteur". La réalisation physique du système est au-delà de la portée de ce projet par conséquent, nous évaluons nos stratégies d'analyse sensorielle à l'aide d'un banc expérimental en mine virtuelle simulée sur ordinateur avec les méthodes de l'infographie. Nous nous basons sur un projet de recherche connexe, portant sur la modélisation générique d'objets pour établir un modèle de mine souterraine : celle-ci est décomposable en sous-régions qualitativement distinctes que nous appelons ses éléments topologiques. Nous en considérons deux types : les galeries et les intersections de galeries. (Le modèle peut aussi inclure des chambres, qui représentent des espaces ouverts. Par exemple des zones d'extraction.) Nous faisons de plus une supposition importante : que le robot possède a priori un graphe topologique décrivant la région de la mine à parcourir. Dans ce graphe, les arcs symbolisent les galeries et les nœuds symbolisent les intersections (et les chambres, le cas échéant). En outre, vu la grande complexité du problème de départ, nous faisons quelques simplifications. D'une part, nous développons notre approche dans l'optique d'arpenter des zones de transport dans la mine plutôt que des zones à excavations denses (e.g. les zones de chambres et piliers). D'autre part, nous faisons abstraction des problèmes de bruit de mesure dans l'odométrie et dans les senseurs télémétriques. Le développement de notre système s'appuie sur une architecture hiérarchique qui sépare la tâche totale en trois activités principales menées en parallèle : la navigation globale, la navigation locale et l'arpentage. La navigation globale est responsable de localiser le robot par rapport au graphe topologique; ici, le problème classique de distinguer globalement tous les lieux rencontrés est remplacé par la tâche moins complexe de reconnaitre les transitions entre les éléments topologiques. La navigation locale s'occupe de contrôler les déplacements du robot en exploitant l'information sensorielle plutôt qu'une trajectoire précise pré-établie. L'arpentage doit récolter les mesures provenant des télémètres latéraux dans un format exploitable pour la construction d'un modèle géométrique de la mine. Notre architecture se veut complète bien que certaines de ses composantes ne soient pas implantées. Notamment, comme le contrôle local de véhicule basé sur les senseurs a été étudié dans le milieu minier souterrain, nous laissons de côté cet aspect du système au profit des aspects de l'arpentage et de la navigation globale. L'activité d'arpentage est divisée en trois modules. Le module collecteur de mesures produit et maintient jour un ensemble de cartes métriques locales des différents éléments topologiques traversés. Nous appelons jonction l'union des deux morceaux de parois qui décrivent l'endroit où une galerie et une intersection, adjacentes dans le graphe topologique, se rattachent physiquenent dans la mine. La carte métrique locale est constituée des parois mesurées, sous forme de listes de points (co-ordonnées et hauteur), et de référentiels cartésiens rattachés aux jonctions débouchant dans l'élément topologique. Le module relocalisateur métrique intervient lorsque le robot rentre de nouveau dans une galerie ou une intersection déjà traversée ; ce module détermine la pose du robot dans la carte métrique existante afin d'y fusionner les nouvelles mesures. La relocalisation exploite les référentiel locaux (RLS) détectés dans les jonctions (par le troisième module), ainsi que les mesures de la forme des parois. Ces deux premiers modules de l'arpentage ne sont pas évalués expérimentalement. Le troisième module est le détecteur de RLS ; il s'occupe de localiser précisément les RLS à l'intérieur des jonctions. Idéalement, nous voulons extraire de la forme des parois de jonction une caractéristique géométrique qui soit invariante face la répartition des points mesurés et à la rugosité des parois. Nous modélisons d'abord les deux parois par des courbes polynomiales: cette étape réduit les effets des deux facteurs mentionnés et de l'occlusion partielle de parois, Ensuite, le RL est déterminé par la minimisation sous contraintes de la distance entre les deux courbes. Une série de tests dans plusieurs ras de traversée d'intersection, en faisant varier pour chaque cas la trajectoire précise suivie, démontrent que le RL est une caractéristique significative et géométriquement stable de la structure de l'environnement aux transitions entre éléments topologiques. L'activité de navigation globale est divisée en deux modules : le navigateur topologique et le détecteur de transition. Le navigateur topologique maintient un pointeur vers la position courante du robot dans le graphe topologique. Chaque transition qui lui est signalée par le détecteur de transition, il met à jour les étiquettes (provenant du graphe) de l'élément topologique actuel et des éléments adjacents. Normalement, il faudrait aussi que ce module s'occupe de la replanification de chemin et la correction d'erreurs dans le graphe lorsque surviennent des événements perceptuels inattendus. Ce sont là des problèmes relativement complexes et pour limiter l'envergure de ce projet nous laissons ce module à l'état conceptuel. Le détecteur de transition alterne entre l'analyse des mesures frontales et celle des mesures latérales afin de notifier puis confirmer aux autres modules les changements d'éléments topologiques. Afin d'assurer la fiabilité de ce processus, ce module exploite la redondance temporelle des mesures sensorielles. L'analyse frontale détecte les branches (c'est-à-dire les occlusions et les régions à la limite de visibilité) dans chaque profil frontal instantané, pour laisser accumuler les profils traités et en former une image binaire. Celle-ci est composée de régions blanches séparées par la trace des profils qui indique (en noir) les branches détectées. L'évolution de la trace des profils à mesure que le robot se déplace est marquée par des événements importants. Le module reconnait l'arrivée d’une intersection devant le robot par l'augmentation du nombre de régions blanches dans l'image. Inversement, lorsque le robot sort de l'intersection, ce nombre redescend à une valeur stable. L'analyse des mesures latérales réutilise la notion de RL de manière dynamique afin de confirmer la présence dans la structure du milieu parcouru des transitions signalées auparavant par l'analyse frontale. Plus précisément, il s'agit de faire la détection de RLS périodiquement sur une section de parois qui suit le véhicule, jusqu'à ce que les RLS atteignent une position stable derrière le véhicule. Nos tests sur la détection des transitions démontrent la validité des événements perceptuels que nous avons définis. Ce travail apporte plusieurs contributions innovatrices aux domaines de l'automatisation minière et de la robotique mobile. D'une part, notre système se distingue par la modélisation topologique explicite de la mine. Le modèle d'environnement et le graphe topologique a priori nous permettent de formuler de manière originale les problèmes de la localisation globale, de la relocalisation métrique et de l'arpentage de la mine. D'autre part, ce projet introduit des idées originales quant à son développement des capacités sensorielles du "robot-arpenteur". Le concept des RLS, qui caractérisent les changements importants dans la structure locale de la mine, est certainement nouveau par rapport à ce qui existe dans la littérature. L'image binaire des profils frontaux est elle aussi une représentation originale de l'environnement local mesuré. Cette représentation riche et compacte du milieu perçu pourrait éventuellement trouver d'autres applications, par exemple dans le contexte du contrôle local de véhicule. CONTENU Exploration d'environnement -- Navigation autonome en mines souterraines -- Techniques d'arpentage de mines -- Modèle géométrique de la mine -- Modalités sensorielles du robot -- Présentation du système -- Activité d'arpentage -- Conception du collecteur de mesures -- Conception du relocalisateur métrique -- Détecteur de référentiels locaux : conception -- Détecteur de référentiels locaux : implantation -- Détection des référentiels locaux : résultats -- Activité de navigation globale -- Le graphe topologique à priori -- Conception du navigateur topologique -- Conception du détecteur de transitions -- Implantation du détecteur de transitons -- Résultats de la détection des transitions