Algorithmes d’apprentissage profonds supervisés et non-supervisés: applications et résultats théoriques

La liste des domaines touchés par l’apprentissage machine s’allonge rapidement. Au fur et à mesure que la quantité de données disponibles augmente, le développement d’algorithmes d’apprentissage de plus en plus puissants est crucial. Ce mémoire est constitué de trois parties: d’abord un survol des concepts de bases de l’apprentissage automatique et les détails nécessaires pour l’entraînement de réseaux de neurones, modèles qui se livrent bien à des architectures profondes. Ensuite, le premier article présente une application de l’apprentissage machine aux jeux vidéos, puis une méthode de mesure performance pour ceux-ci en tant que politique de décision. Finalement, le deuxième article présente des résultats théoriques concernant l’entraînement d’architectures profondes nonsupervisées. Les jeux vidéos sont un domaine particulièrement fertile pour l’apprentissage automatique: il estf facile d’accumuler d’importantes quantités de données, et les applications ne manquent pas. La formation d’équipes selon un critère donné est une tˆache commune pour les jeux en lignes. Le premier article compare différents algorithmes d’apprentissage à des réseaux de neurones profonds appliqués à la prédiction de la balance d’un match. Ensuite nous présentons une méthode par simulation pour évaluer les modèles ainsi obtenus utilisés dans le cadre d’une politique de décision en ligne. Dans un deuxième temps nous présentons une nouvelleméthode pour entraîner des modèles génératifs. Des résultats théoriques nous indiquent qu’il est possible d’entraîner par rétropropagation des modèles non-supervisés pouvant générer des échantillons qui suivent la distribution des données. Ceci est un résultat pertinent dans le cadre de la récente littérature scientifique investiguant les propriétés des autoencodeurs comme modèles génératifs. Ces résultats sont supportés avec des expériences qualitatives préliminaires ainsi que quelques résultats quantitatifs.

Distributed conditional computation

L'objectif de cette thèse est de présenter différentes applications du programme de recherche de calcul conditionnel distribué. On espère que ces applications, ainsi que la théorie présentée ici, mènera à une solution générale du problème d'intelligence artificielle, en particulier en ce qui a trait à la nécessité d'efficience. La vision du calcul conditionnel distribué consiste à accélérer l'évaluation et l'entraînement de modèles profonds, ce qui est très différent de l'objectif usuel d'améliorer sa capacité de généralisation et d'optimisation. Le travail présenté ici a des liens étroits avec les modèles de type mélange d'experts. Dans le chapitre 2, nous présentons un nouvel algorithme d'apprentissage profond qui utilise une forme simple d'apprentissage par renforcement sur un modèle d'arbre de décisions à base de réseau de neurones. Nous démontrons la nécessité d'une contrainte d'équilibre pour maintenir la distribution d'exemples aux experts uniforme et empêcher les monopoles. Pour rendre le calcul efficient, l'entrainement et l'évaluation sont contraints à être éparse en utilisant un routeur échantillonnant des experts d'une distribution multinomiale étant donné un exemple. Dans le chapitre 3, nous présentons un nouveau modèle profond constitué d'une représentation éparse divisée en segments d'experts. Un modèle de langue à base de réseau de neurones est construit à partir des transformations éparses entre ces segments. L'opération éparse par bloc est implémentée pour utilisation sur des cartes graphiques. Sa vitesse est comparée à deux opérations denses du même calibre pour démontrer le gain réel de calcul qui peut être obtenu. Un modèle profond utilisant des opérations éparses contrôlées par un routeur distinct des experts est entraîné sur un ensemble de données d'un milliard de mots. Un nouvel algorithme de partitionnement de données est appliqué sur un ensemble de mots pour hiérarchiser la couche de sortie d'un modèle de langage, la rendant ainsi beaucoup plus efficiente. Le travail présenté dans cette thèse est au centre de la vision de calcul conditionnel distribué émis par Yoshua Bengio. Elle tente d'appliquer la recherche dans le domaine des mélanges d'experts aux modèles profonds pour améliorer leur vitesse ainsi que leur capacité d'optimisation. Nous croyons que la théorie et les expériences de cette thèse sont une étape importante sur la voie du calcul conditionnel distribué car elle cadre bien le problème, surtout en ce qui concerne la compétitivité des systèmes d'experts.

Regards croisés sur la relation école-famille et la réussite scolaire d’élèves à l’école fondamentale en Haïti

Cette recherche analyse la problématique de la collaboration école-famille et la réussite scolaire en Haïti. Considérant des cas d’élèves au profil social et scolaire contrasté, elle examine les points de vue d’une diversité d’acteurs impliqués dans l’éducation, tant au niveau formel qu’informel : 14 élèves, 17 parents, 7 enseignants, 7 membres de direction d’école, 3 inspecteurs, 2 conseillers pédagogiques et 6 intervenants (prêtres, psychologues, sociologue, médecin). Une approche multicas, à caractère ethnographique basée sur des entretiens approfondis a permis de croiser les regards de ces acteurs sur le cheminement scolaire des 14 cas d’élèves répartis dans huit établissements scolaires, du privé et du public, avec autant de cas de réussite et que de difficulté scolaire. À l’instar de la problématique que nous avons brossée au début de la thèse, les participants à notre recherche ont tous confirmé la vulnérabilité du contexte social en Haïti et ses répercussions sur le système scolaire : instabilité et insécurité sociopolitiques, précarité socioéconomique. Cette situation a transformé les structures familiales. Le système scolaire, dominé par le privé, est limité dans sa capacité d’accueil, ses ressources humaines, ses infrastructures matérielles et son programme de formation initiale et continue du personnel. C’est donc un système scolaire qui ne peut que difficilement soutenir l’apprentissage de ses élèves. En outre, la situation diglossique créole-français, qui prévaut dans la société et les écoles, freine en quelque sorte le progrès de plusieurs élèves. Au-delà des enjeux sociétaux évoqués par les acteurs, l’école au quotidien se dessine dans les discours comme lieu de résilience pour les élèves, inspiratrice de changement et la clé pour toute mobilité sociale dans l’avenir. L’éducation est toujours intégrée à un projet de société où la réussite scolaire devrait s’appuyer sur la collaboration de tous les acteurs. Il ressort la nécessité d’une grande mobilisation des jeunes eux-mêmes autour du métier d’élève et d’une compréhension partagée de la parentalité et de ses défis par les protagonistes de l’éducation. Les résultats soulèvent également l’importance d’une synergie sociétale autour de l’école, axée sur la coopération de tous au profit de l’apprentissage des élèves. En Haïti, la collaboration école-famille est plus complexe que dans d’autres contextes nationaux. Tout d’abord, les familles constituent la plus importante source de financement de l’éducation au pays à cause de l’hégémonie de l’école privée et de l’insuffisance du soutien étatique au fonctionnement des écoles publiques. Également, les parents d’élèves et leurs enfants, même ceux qui sont en difficulté scolaire, placent une très grande confiance en l’école et un grand espoir d’amélioration de leur sort grâce à la réussite scolaire. Cependant, des contraintes objectives de toutes sortes empêchent la majorité des parents de faire un suivi scolaire à la hauteur des besoins des élèves et des attentes de l’école. En congruence avec la recherche dans d’autres contextes nationaux, la collaboration école-famille se révèle plus compliquée dans le cas des parents éloignés de la culture scolaire, et les parcours scolaires les plus problématiques sont ceux d’élèves dont l’encadrement parental se révèle plus faible. Dans le contexte d’Haïti, un fait demeure hautement préoccupant : l’incapacité de l’école de compenser la précarité des conditions de vie des élèves et des parents, par une mobilisation efficiente de son capital (engagement du personnel dans la réussite des élèves; disponibilité des infrastructures matérielles, pédagogiques, didactiques; formation continue des enseignants; etc.). Nous notons aussi un décalage dans les attentes réciproquement formulées par les différents acteurs.

Les pratiques sociales à domicile auprès des aînés gais : entre divulgation et dissimulation de l’identité homosexuelle

La recherche portant sur les expériences reliées aux services sociaux et de santé chez les aînés gais reçoit une attention croissante; cependant, les expériences dans le contexte des services à domicile demeurent peu documentées. Les deux principaux objectifs de cette étude sont d’explorer le vécu des aînés gais recevant des services à domicile relativement à leurs stratégies identitaires et de décrire leurs besoins spécifiques en vue de l’adaptation des pratiques sociales à domicile. Les propos de six aînés gais ont été recueillis dans la région de Montréal par entrevues semi-dirigées. Les résultats montrent que les expériences des aînés recevant des services à domicile sont généralement satisfaisantes; parmi eux, certains se sont sentis stigmatisés, mais seulement dans de rares moments et nous ont rapporté avoir plutôt vécu des situations les rendant mal à l’aise. Les résultats présentent aussi une utilisation variée des quatre stratégies identitaires (divulgation active, divulgation passive, dissimulation passive, dissimulation active) d’après une adaptation du modèle d’Eliason et Schope (2001). Si des facteurs individuels et interactionnels ont influencé les stratégies des aînés, ce sont cependant des facteurs contextuels (le type de service d’aide à domicile, le temps, le contexte social immédiat) qui ont pris une importance significative. Enfin, diverses pistes d’action sont à explorer pour l’adaptation des pratiques sociales auprès de cette population, notamment à l’égard de la formation des intervenants sociaux et de la santé, de l’amélioration de l’organisation des services à domicile, du développement de ressources spécifiques et de la contribution du travailleur social auprès des minorités sexuelles âgées.

Conception d’un guide d’élaboration d’une épreuve de mathématiques dans une visée certificative pour la fin du cycle primaire au Burkina Faso

La présente recherche s’inscrit dans la mouvance actuelle orientée vers l’approche par compétences (APC) en Afrique de l’ouest. Née des exigences économiques et professionnelles à l’échelle mondiale, l’APC a connu son essor dans les années 1990. Par conséquent, le mode de recrutement sur le marché de l’emploi est basé sur les compétences des postulants. Il était donc légitime que l’école intègre cette nouvelle donne afin que les finissants puissent remplir les exigences socioprofessionnelles en temps opportun. De Ketele (2001, dans Hirtt 2009, p.6) est de cet avis quand il soutient que : « c’est en effet le monde socio-économique qui a déterminé la notion de compétence parce que les adultes que l’école a formés n’étaient pas suffisamment aptes à entrer dans la vie professionnelle ». L’APC rompt donc le caractère insulaire de l’école en faisant intervenir de nouveaux enjeux au niveau de l’enseignement, de l’apprentissage, des pratiques évaluatives des enseignants et des encadrements légaux dans les pays qui l’ont adoptée. Pour des contraintes socioéconomiques, le Burkina Faso a résolument opté de mettre en oeuvre une approche éclectique qui emprunte à l’APC certaines bases didactiques et pédagogiques. Cette option vise à doter le système éducatif burkinabé de mécanismes efficaces et efficients pour un enseignement de qualité tout en assurant la réussite et l’intégration socioprofessionnelle du plus grand nombre des sortants de l’école. Notre étude se situe dans cette nouvelle donne et vise l’amélioration du processus d’évaluation des élèves en fin du cycle primaire. Pour ce faire, nous avons conçu et validé un guide d’élaboration d’épreuves de mathématique dans une visée certificative pour ledit niveau afin de soutenir prioritairement les agents chargés de l’élaboration des épreuves officielles. En nous basant sur le paradigme de l’apprentissage, le constructivisme et la démarche méthodologique de Loiselle et Harvey (2009), nous avons examiné, dans un premier temps, les épreuves nationales développées au Québec et au Burkina Faso. Cette analyse a permis d’en relever les caractéristiques et d’identifier les éléments devant être retenus dans le cahier des charges au regard du profil des sortants défini dans le programme burkinabé. Dans un deuxième temps, un cahier des charges (version initiale.) a été développé en quatre sections afin de présenter les principes qui le sous-tendent : (1) l’élaboration des situations d’évaluation, (2) l’élaboration des outils d’administration de l’épreuve, (3) l’élaboration des outils de correction et de consignation et (4) les grilles d’évaluation. Dans un troisième temps, un groupe d’experts canadiens et deux groupes d’experts burkinabé se sont exprimés sur le degré de pertinence et de clarté de chaque section à partir de l’une ou l’autre version du Guide. Leurs observations et commentaires nous ont permis de le bonifier. D’une manière générale, les pourcentages des degrés d’accord pour la pertinence et la clarté des contenus développés au niveau de chaque section sont satisfaisants. Cependant, les recommandations des experts ont suscité des ajustements sur : 1) le contenu du guide soit de conserver une seule épreuve en mathématiques et de retirer les énoncés concernant les volets lecture et écriture en français; 2) le contenu de certains tableaux : à compléter ou à fusionner et; 3) la qualité de la langue : certaines phrases ont été reformulées, les erreurs de numérotation de certaines sous-sections ont été corrigées. La version finale serait celle qui est adaptée au contexte burkinabé. Ce guide est destiné aux structures chargées de l’évaluation des apprentissages et des acquis des élèves au Burkina Faso. Il constitue aussi un référentiel pour la formation initiale et continue des enseignants et des encadreurs. Bien que la recherche ait rempli des conditions méthodologiques et éthiques, la mise en oeuvre de ses résultats se limite au contexte burkinabé. Cependant, ils pourront soutenir ou orienter d’autres recherches qui s’inscrivent dans la même dynamique.

Évaluation du rôle des caractéristiques personnelles des enquêteurs policiers sur la conduite d'entrevues d’enquête auprès d’enfants victimes d’agression sexuelle

Depuis les années 1990, de nombreuses recherches ont porté sur le dévoilement de l’agression sexuelle chez l’enfant et sur les caractéristiques y étant associées. Outre les facteurs liés à l’enfant et au contexte, le type de questions utilisé par l’intervieweur (notamment les invitations et les questions ouvertes) est une variable déterminante pour le dévoilement de l’enfant et la quantité de détails qui sera fournie entourant l’agression sexuelle. Bien que plusieurs enquêteurs reçoivent une formation sur l’utilisation des questions ouvertes dans les entrevues avec les enfants, peu d’entre eux utilisent un style de question approprié une fois sur le terrain. L’objectif de cette recherche vise à déterminer si certaines caractéristiques personnelles des enquêteurs sont associées à leur adhésion à un protocole d’entrevue structuré pour lequel ils ont été formés, à l’utilisation de questions ouvertes dans des entrevues d’enquête auprès d’enfants soupçonnés d’avoir vécu une agression sexuelle et à la quantité de détails dévoilés par l’enfant lors de ces entrevues. Deux études ont été menées pour répondre à cette question. La première étude a été effectuée à l'École nationale de police du Québec auprès de 24 enquêteurs de police ayant suivi une formation d'une semaine visant l’apprentissage du protocole d’entrevue structuré du National Institute of Child Health and Human Development (NICHD). Le genre féminin, les habiletés cognitives et le trait de personnalité Ouverture à l’expérience sont trois caractéristiques personnelles qui ont été reliées positivement à la performance des enquêteurs lors d’une entrevue simulée avec un comédien jouant le rôle d’un enfant victime d’agression sexuelle, tandis que le nombre d’années d’expérience et la capacité de gestion du stress de ces enquêteurs ont montré une relation négative avec cette performance. Dans la seconde étude effectuée sur le terrain auprès de 13 enquêteurs du Service de police de la Ville de Montréal, 114 entrevues conduites auprès d’enfants ayant dévoilé une agression sexuelle ont été recueillies et cotées pour mesurer l’adhésion au protocole d’entrevue du NICHD, le ratio de questions ouvertes et la quantité de détails dévoilés par l’enfant par question posée par l’enquêteur. L’intelligence émotionnelle et les traits de personnalité Extraversion, Esprit consciencieux et Agréabilité ont été trouvés comme des caractéristiques personnelles positivement associées à l’adhésion au protocole d’entrevue et à l’utilisation de questions ouvertes, tandis que le nombre d’années d’expérience et le trait de personnalité Névrosisme ont été négativement associés à ces deux critères de performance. Le niveau d’habiletés cognitives des enquêteurs a quant à lui montré une association positive avec la quantité de détails dévoilés par l’enfant. La signification et l’interprétation de ces résultats, de même que les implications potentielles pour la sélection et la formation des enquêteurs sont finalement discutées.

Dilemmas in Military Medical Ethics: A Call for Conceptual Clarity

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