Using fuzzy methods for rule extraction in the discrimination of class C GPCR subtypes from their subsequences

G-Protein-Coupled receptors (GPCR) are cell membrane proteins that regulate many of the cell functions and transduce signals between the intracellular and extracellular domains. This makes them relevant in pharmacology as therapeutic targets. As members of this superfamily, class C GPCRs in particular regulate a number of important physiological functions. Proteins of the class must be studied from their primary sequences, as only one of their 3-D structures has been fully determined, earlier this year. Protein function investigation requires the identification of motifs, or functional subsequences. In this thesis, we will describe the discrimination of class C GPCR subtypes through interpretable rules from a specific alignment free transformation of the sequences, namely amino acid composition. The Fuzzy Inductive Reasoning methodology was used as the basis to extract these linguistic rules

Fouille de graphes pour le suivi d’objets dans les vidéos

Detecting and following the main objects of a video is necessary to describe its content in order to, for example, allow for a relevant indexation of the multimedia content by the search engines. Current object tracking approaches either require the user to select the targets to follow, or rely on pre-trained classifiers to detect particular classes of objects such as pedestrians or car for example. Since those methods rely on user intervention or prior knowledge of the content to process, they cannot be applied automatically on amateur videos such as the ones found on YouTube. To solve this problem, we build upon the hypothesis that, in videos with a moving background, the main objects should appear more frequently than the background. Moreover, in a video, the topology of the visual elements composing an object is supposed consistent from one frame to another. We represent each image of the videos with plane graphs modeling their topology. Then, we search for substructures appearing frequently in the database of plane graphs thus created to represent each video. Our contributions cover both fields of graph mining and object tracking. In the first field, our first contribution is to present an efficient plane graph mining algorithm, named PLAGRAM. This algorithm exploits the planarity of the graphs and a new strategy to extend the patterns. The next contributions consist in the introduction of spatio-temporal constraints into the mining process to exploit the fact that, in a video, the motion of objects is small from on frame to another. Thus, we constrain the occurrences of a same pattern to be close in space and time by limiting the number of frames and the spatial distance separating them. We present two new algorithms, DYPLAGRAM which makes use of the temporal constraint to limit the number of extracted patterns, and DYPLAGRAM_ST which efficiently mines frequent spatio-temporal patterns from the datasets representing the videos. In the field of object tracking, our contributions consist in two approaches using the spatio-temporal patterns to track the main objects in videos. The first one is based on a search of the shortest path in a graph connecting the spatio-temporal patterns, while the second one uses a clustering approach to regroup them in order to follow the objects for a longer period of time. We also present two industrial applications of our methodDétecter et suivre les objets principaux d’une vidéo est une étape nécessaire en vue d’en décrire le contenu pour, par exemple, permettre une indexation judicieuse des données multimédia par les moteurs de recherche. Les techniques de suivi d’objets actuelles souffrent de défauts majeurs. En effet, soit elles nécessitent que l’utilisateur désigne la cible a suivre, soit il est nécessaire d’utiliser un classifieur pré-entraîné à reconnaitre une classe spécifique d’objets, comme des humains ou des voitures. Puisque ces méthodes requièrent l’intervention de l’utilisateur ou une connaissance a priori du contenu traité, elles ne sont pas suffisamment génériques pour être appliquées aux vidéos amateurs telles qu’on peut en trouver sur YouTube. Pour résoudre ce problème, nous partons de l’hypothèse que, dans le cas de vidéos dont l’arrière-plan n’est pas fixe, celui-ci apparait moins souvent que les objets intéressants. De plus, dans une vidéo, la topologie des différents éléments visuels composant un objet est supposée consistante d’une image a l’autre. Nous représentons chaque image par un graphe plan modélisant sa topologie. Ensuite, nous recherchons des motifs apparaissant fréquemment dans la base de données de graphes plans ainsi créée pour représenter chaque vidéo. Cette approche nous permet de détecter et suivre les objets principaux d’une vidéo de manière non supervisée en nous basant uniquement sur la fréquence des motifs. Nos contributions sont donc réparties entre les domaines de la fouille de graphes et du suivi d’objets. Dans le premier domaine, notre première contribution est de présenter un algorithme de fouille de graphes plans efficace, appelé PLAGRAM. Cet algorithme exploite la planarité des graphes et une nouvelle stratégie d’extension des motifs. Nous introduisons ensuite des contraintes spatio-temporelles au processus de fouille afin d’exploiter le fait que, dans une vidéo, les objets se déplacent peu d’une image a l’autre. Ainsi, nous contraignons les occurrences d’un même motif a être proches dans l’espace et dans le temps en limitant le nombre d’images et la distance spatiale les séparant. Nous présentons deux nouveaux algorithmes, DYPLAGRAM qui utilise la contrainte temporelle pour limiter le nombre de motifs extraits, et DYPLAGRAM_ST qui extrait efficacement des motifs spatio-temporels fréquents depuis les bases de données représentant les vidéos. Dans le domaine du suivi d’objets, nos contributions consistent en deux approches utilisant les motifs spatio-temporels pour suivre les objets principaux dans les vidéos. La première est basée sur une recherche du chemin de poids minimum dans un graphe connectant les motifs spatio-temporels tandis que l’autre est basée sur une méthode de clustering permettant de regrouper les motifs pour suivre les objets plus longtemps. Nous présentons aussi deux applications industrielles de notre méthod

Cohesive subgraph identification in large graphs

Graph data is ubiquitous in real world applications, as the relationship among entities in the applications can be naturally captured by the graph model. Finding cohesive subgraphs is a fundamental problem in graph mining with diverse applications. Given the important roles of cohesive subgraphs, this thesis focuses on cohesive subgraph identification in large graphs. Firstly, we study the size-bounded community search problem that aims to find a subgraph with the largest min-degree among all connected subgraphs that contain the query vertex q and have at least l and at most h vertices, where q, l, h are specified by the query. As the problem is NP-hard, we propose a branch-reduce-and-bound algorithm SC-BRB by developing nontrivial reducing techniques, upper bounding techniques, and branching techniques. Secondly, we formulate the notion of similar-biclique in bipartite graphs which is a special kind of biclique where all vertices from a designated side are similar to each other, and aim to enumerate all maximal similar-bicliques. We propose a backtracking algorithm MSBE to directly enumerate maximal similar-bicliques, and power it by vertex reduction and optimization techniques. In addition, we design a novel index structure to speed up a time-critical operation of MSBE, as well as to speed up vertex reduction. Efficient index construction algorithms are developed. Thirdly, we consider balanced cliques in signed graphs --- a clique is balanced if its vertex set can be partitioned into CL and CR such that all negative edges are between CL and CR --- and study the problem of maximum balanced clique computation. We propose techniques to transform the maximum balanced clique problem over G to a series of maximum dichromatic clique problems over small subgraphs of G. The transformation not only removes edge signs but also sparsifies the edge set

Data Mining Techniques in Gene Expression Data Analysis

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

2011-2012 Louisiana Tech University Catalog

The Louisiana Tech University Catalog includes announcements and course descriptions for courses offered at Louisiana Tech University for the academic year of 2011-2012.https://digitalcommons.latech.edu/university-catalogs/1004/thumbnail.jp