Méthodes d'apprentissage inspirées de l'humain pour un tuteur cognitif artificiel

Les systèmes tuteurs intelligents sont considérés comme un remarquable concentré de technologies qui permettent un processus d'apprentissage. Ces systèmes sont capables de jouer le rôle d'assistants voire même de tuteur humain. Afin d'y arriver, ces systèmes ont besoin de maintenir et d'utiliser une représentation interne de l'environnement. Ainsi, ils peuvent tenir compte des évènements passés et présents ainsi que de certains aspects socioculturels. Parallèlement à l'évolution dynamique de l'environnement, un agent STI doit évoluer en modifiant ses structures et en ajoutant de nouveaux phénomènes. Cette importante capacité d'adaptation est observée dans le cas de tuteurs humains. Les humains sont capables de gérer toutes ces complexités à l'aide de l'attention et du mécanisme de conscience (Baars B. J., 1983, 1988), et (Sloman, A and Chrisley, R., 2003). Toutefois, reconstruire et implémenter des capacités humaines dans un agent artificiel est loin des possibilités actuelles de la connaissance de même que des machines les plus sophistiquées. Pour réaliser un comportement humanoïde dans une machine, ou simplement pour mieux comprendre l'adaptabilité et la souplesse humaine, nous avons à développer un mécanisme d'apprentissage proche de celui de l'homme. Ce présent travail décrit quelques concepts d'apprentissage fondamentaux implémentés dans un agent cognitif autonome, nommé CTS (Conscious Tutoring System) développé dans le GDAC (Dubois, D., 2007). Nous proposons un modèle qui étend un apprentissage conscient et inconscient afin d'accroître l'autonomie de l'agent dans un environnement changeant ainsi que d'améliorer sa finesse. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Apprentissage, Conscience, Agent cognitif, Codelet

The use of emotions in the implementation of various types of learning in a cognitive agent

Les tuteurs professionnels humains sont capables de prendre en considération des événements du passé et du présent et ont une capacité d'adaptation en fonction d'événements sociaux. Afin d'être considéré comme une technologie valable pour l'amélioration de l'apprentissage humain, un agent cognitif artificiel devrait pouvoir faire de même. Puisque les environnements dynamiques sont en constante évolution, un agent cognitif doit pareillement évoluer et s'adapter aux modifications structurales et aux phénomènes nouveaux. Par conséquent, l'agent cognitif idéal devrait posséder des capacités d'apprentissage similaires à celles que l'on retrouve chez l'être humain ; l'apprentissage émotif, l'apprentissage épisodique, l'apprentissage procédural, et l'apprentissage causal. Cette thèse contribue à l'amélioration des architectures d'agents cognitifs. Elle propose 1) une méthode d'intégration des émotions inspirée du fonctionnement du cerveau; et 2) un ensemble de méthodes d'apprentissage (épisodique, causale, etc.) qui tiennent compte de la dimension émotionnelle. Le modèle proposé que nous avons appelé CELTS (Conscious Emotional Learning Tutoring System) est une extension d'un agent cognitif conscient dans le rôle d'un tutoriel intelligent. Il comporte un module de gestion des émotions qui permet d'attribuer des valences émotionnelles positives ou négatives à chaque événement perçu par l'agent. Deux voies de traitement sont prévues : 1) une voie courte qui permet au système de répondre immédiatement à certains événements sans un traitement approfondis, et 2) une voie longue qui intervient lors de tout événement qui exige la volition. Dans cette perspective, la dimension émotionnelle est considérée dans les processus cognitifs de l'agent pour la prise de décision et l'apprentissage. L'apprentissage épisodique dans CELTS est basé sur la théorie du Multiple Trace Memory consolidation qui postule que lorsque l'on perçoit un événement, l'hippocampe fait une première interprétation et un premier apprentissage. Ensuite, l'information acquise est distribuée aux différents cortex. Selon cette théorie, la reconsolidation de la mémoire dépend toujours de l'hippocampe. Pour simuler de tel processus, nous avons utilisé des techniques de fouille de données qui permettent la recherche de motifs séquentiels fréquents dans les données générées durant chaque cycle cognitif. L'apprentissage causal dans CELTS se produit à l'aide de la mémoire épisodique. Il permet de trouver les causes et les effets possibles entre différents événements. Il est mise en œuvre grâce à des algorithmes de recherche de règles d'associations. Les associations établies sont utilisées pour piloter les interventions tutorielles de CELTS et, par le biais des réponses de l'apprenant, pour évaluer les règles causales découvertes. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : agents cognitifs, émotions, apprentissage épisodique, apprentissage causal

Exploiting Sequential Patterns Found in Users ’ Solutions and Virtual Tutor Behavior to Improve Assistance in ITS

We propose to mine temporal patterns in Intelligent Tutoring Systems (ITSs) to uncover useful knowledge that can enhance their ability to provide assistance. To discover patterns, we suggest using a custom, sequential pattern-mining algorithm. Two ways of applying the algorithm to enhance an ITS’s capabilities are addressed. The first is to extract patterns from user solutions to problem-solving exercises for automatically learning a task model that can then be used to provide assistance. The second way is to extract temporal patterns from a tutoring agent’s own behavior when interacting with learner(s). In this case, the tutoring agent reuses patterns that brought states of “self-satisfaction. ” Real applications are presented to illustrate the two proposals