Apprentissage machine efficace : théorie et pratique

Malgré des progrès constants en termes de capacité de calcul, mémoire et quantité de données disponibles, les algorithmes d'apprentissage machine doivent se montrer efficaces dans l'utilisation de ces ressources. La minimisation des coûts est évidemment un facteur important, mais une autre motivation est la recherche de mécanismes d'apprentissage capables de reproduire le comportement d'êtres intelligents. Cette thèse aborde le problème de l'efficacité à travers plusieurs articles traitant d'algorithmes d'apprentissage variés : ce problème est vu non seulement du point de vue de l'efficacité computationnelle (temps de calcul et mémoire utilisés), mais aussi de celui de l'efficacité statistique (nombre d'exemples requis pour accomplir une tâche donnée). Une première contribution apportée par cette thèse est la mise en lumière d'inefficacités statistiques dans des algorithmes existants. Nous montrons ainsi que les arbres de décision généralisent mal pour certains types de tâches (chapitre 3), de même que les algorithmes classiques d'apprentissage semi-supervisé à base de graphe (chapitre 5), chacun étant affecté par une forme particulière de la malédiction de la dimensionalité. Pour une certaine classe de réseaux de neurones, appelés réseaux sommes-produits, nous montrons qu'il peut être exponentiellement moins efficace de représenter certaines fonctions par des réseaux à une seule couche cachée, comparé à des réseaux profonds (chapitre 4). Nos analyses permettent de mieux comprendre certains problèmes intrinsèques liés à ces algorithmes, et d'orienter la recherche dans des directions qui pourraient permettre de les résoudre. Nous identifions également des inefficacités computationnelles dans les algorithmes d'apprentissage semi-supervisé à base de graphe (chapitre 5), et dans l'apprentissage de mélanges de Gaussiennes en présence de valeurs manquantes (chapitre 6). Dans les deux cas, nous proposons de nouveaux algorithmes capables de traiter des ensembles de données significativement plus grands. Les deux derniers chapitres traitent de l'efficacité computationnelle sous un angle différent. Dans le chapitre 7, nous analysons de manière théorique un algorithme existant pour l'apprentissage efficace dans les machines de Boltzmann restreintes (la divergence contrastive), afin de mieux comprendre les raisons qui expliquent le succès de cet algorithme. Finalement, dans le chapitre 8 nous présentons une application de l'apprentissage machine dans le domaine des jeux vidéo, pour laquelle le problème de l'efficacité computationnelle est relié à des considérations d'ingénierie logicielle et matérielle, souvent ignorées en recherche mais ô combien importantes en pratique.

Étude de la variante d’histone H2A.Z et du cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II chez Saccharomyces cerevisiae

La chromatine est plus qu’un système d’empaquetage de l’ADN ; elle est le support de toutes les réactions liées à l’ADN dans le noyau des cellules eucaryotes et participe au contrôle de l’accès de l’ARN polymérase II (ARNPolII) à l’ADN. Responsable de la transcription de tous les ARNm des cellules eucaryotes, l’ARNPolII doit, suivant son recrutement aux promoteurs des gènes, transcrire l’ADN en traversant la matrice chromatinienne. Grâce au domaine C-terminal (CTD) de sa sous-unité Rpb1, elle coordonne la maturation de l’ARNm en cours de synthèse ainsi que les modifications de la chromatine, concomitantes à la transcription. Cette thèse s’intéresse à deux aspects de la transcription : la matrice, avec la localisation de la variante d’histone H2A.Z, et la machinerie de transcription avec le cycle de phosphorylation du CTD de l’ARNPolII. Suivant l’introduction, le chapitre 2 de cette thèse constitue un protocole détaillé et annoté de la technique de ChIP-chip, chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Cette technique phare dans l’étude in vivo des phénomènes liés à l’ADN a grandement facilité l’étude du rôle de la chromatine dans les phénomènes nucléaires, en permettant de localiser sur le génome les marques et les variantes d’histones. Ce chapitre souligne l’importance de contrôles adéquats, spécifiques à l’étude de la chromatine. Au chapitre 3, grâce à la méthode de ChIP-chip, la variante d’histone H2A.Z est cartographiée au génome de la levure Saccharomyces cerevisiae avec une résolution d’environ 300 paires de bases. Nos résultats montrent que H2A.Z orne un à deux nucléosomes au promoteur de la majorité des gènes. L’enrichissement de H2A.Z est anticorrélé à la transcription et nos résultats suggèrent qu’elle prépare la chromatine pour l’activation des gènes. De plus H2A.Z semble réguler la localisation des nucléosomes. Le chapitre suivant s’intéresse à la transcription sous l’angle de la machinerie de transcription en se focalisant sur le cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II. Le domaine C-terminal de sa plus large sous-unité est formé de répétitions d’un heptapeptide YSPTSPS dont les résidus peuvent être modifiés au cours de la transcription. Cette étude localise les marques de phosphorylation des trois résidus sérine de manière systématique dans des souches mutantes des kinases et phosphatases. Nos travaux confirment le profil universel des marques de phosphorylations aux gènes transcrits. Appuyés par des essais in vitro, ils révèlent l’interaction complexe des enzymes impliqués dans la phosphorylation, et identifient Ssu72 comme la phosphatase de la sérine 7. Cet article appuie également la notion de « variantes » des marques de phosphorylation bien que leur étude spécifique s’avère encore difficile. La discussion fait le point sur les travaux qui ont suivi ces articles, et sur les expériences excitantes en cours dans notre laboratoire.

Effet du développement résidentiel sur l'habitat et la distribution des macrophytes dans les lacs des Laurentides

L’effet du développement résidentiel des bassins versants sur l’habitat et la distribution des macrophytes dans le littoral de six lacs des Laurentides a été évalué à l’aide de carottes de sédiments et de quadrats. Le développement augmente la proportion de milieux déboisés ce qui réduit l’apport en débris de bois et augmente l’érosion et les apports de nutriments dans les sédiments du littoral. Les sédiments sont plus fins, plus denses et contiennent moins de matière organique. Ces changements favorisent les macrophytes en augmentant leur couverture dans les lacs développés. La présence d’espèces submergées de macrophytes est également favorisée au détriment des espèces à feuilles flottantes, plus caractéristiques des lacs moins développés. Même si la biomasse des macrophytes est limitée dans certains lacs, celle-ci augmente dans les lacs développés et montre des signes d’un effet tampon sur les apports de nutriments. Des quantités équivalentes à des valeurs entre 35 et 230% des apports annuels de phosphore et entre 79 et 659% des apports d’azote par les résidents ont été accumulées dans les tissus des macrophytes des lacs dont le bassin versant est très déboisé. Les sédiments s’enrichissent à la sénescence des macrophytes et contiennent alors plus de nutriments que la colonne d’eau et ce, pour tous les lacs. Une présence accrue d’espèces submergées et plus de nutriments dans les tissus des macrophytes des lacs développés, jumelés à l’absence de prolifération de phytoplancton malgré un plus grand apport de nutriments, laisse penser que les lacs des Laurentides sont en état d’eutrophisation précoce.

Multiculturalisme et respect de soi : une défense libérale du droit à un contexte de valorisation

Alors que la plupart des théories libérales ont mis l’accent sur les principes de justice, et sur une conception de la justice qui nous fait penser la société et les relations individuelles de manière de plus en plus abstraite, les réflexions sur le respect de soi nous portent plutôt vers ce qui est essentiel à la valeur et l’importance de l’identité des personnes et de leurs relations sociales. Ces réflexions nous révèlent que non seulement les principes de justice ne sont pas la seule source de respect, mais que tant les cultures et les religions que les communautés morales et les groupes compréhensifs ont des rôles fondamentaux pour le niveau de respect de soi et de respect mutuel que les individus éprouvent envers eux-mêmes et envers les autres. Si les projets de vie, les valeurs et les croyances des individus sont révélés comme fondamentaux à leur autonomie et leur vie comme individu, les réflexions sur le multiculturalisme et le pluralisme révèlent les difficultés de notre temps : comment une société peut-elle promouvoir le respect de soi des individus dans un tel contexte de diversité morale, compréhensive, religieuse, etc.? Critiquant les théories de John Rawls, Will Kymlicka, ainsi que certains arguments de philosophes tels que Bhiku Parekh et David Miller, la thèse défendue dans ce mémoire prend la position très forte qu’une société doit donner beaucoup plus de moyens aux individus pour que leur respect de soi soit favorisé. La thèse centrale est que les individus ont tous le droit à un contexte de valorisation, soit un espace politique propre à une communauté ou un groupe et qui inclut les institutions et les pouvoirs nécessaires pour que le respect de soi des membres de ces groupes puisse être favorisé. C’est seulement par un tel droit et par les revendications structurelles et institutionnelles qui s’y rapportent que les groupes culturels et religieux, ainsi que les communautés morales et les groupes compréhensifs peuvent être reconnus politiquement et qu’une théorie libérale et multiculturelle des individus et des groupes puisse concilier idéal et réalité.

L’accommodation des valeurs professionnelles aux valeurs culturelles chez les bibliothécaires universitaires sénégalais

La présente recherche vise à explorer et à décrire l’accommodation des valeurs professionnelles au sein du système de valeurs culturelles par les bibliothécaires universitaires sénégalais. Elle répond aux questions de recherche suivantes : (1) Quel est le système de valeurs culturelles dominant chez les bibliothécaires universitaires sénégalais ? (2) Comment les bibliothécaires universitaires sénégalais priorisent-ils leurs valeurs professionnelles ? (3) Comment les bibliothécaires universitaires sénégalais accommodent-ils leurs valeurs professionnelles à leurs valeurs culturelles ?cette recherche confirme la théorie de la prédominance dans les sociétés africaines en général d’un système de valeurs s’inscrivant dans l’axe « Continuité – Dépassement de soi » du modèle théorique de Schwartz (2006, 1992). Dans ce système, les valeurs dominantes sont des valeurs de types universalisme, bienveillance, tradition, conformité et sécurité. Ces valeurs favorisent l’intégration de l’individu au groupe, la solidarité et la sécurité familiale et le refus des actions de nature à porter atteinte à l’harmonie du groupe. Au plan pratique, la recherche démontre la nécessité de renforcer la socialisation professionnelle en intégrant l’éthique et les valeurs dans la formation des bibliothécaires universitaires sénégalais.