Bayesian nonparametric latent variable models

L’un des problèmes importants en apprentissage automatique est de déterminer la complexité du modèle à apprendre. Une trop grande complexité mène au surapprentissage, ce qui correspond à trouver des structures qui n’existent pas réellement dans les données, tandis qu’une trop faible complexité mène au sous-apprentissage, c’est-à-dire que l’expressivité du modèle est insuffisante pour capturer l’ensemble des structures présentes dans les données. Pour certains modèles probabilistes, la complexité du modèle se traduit par l’introduction d’une ou plusieurs variables cachées dont le rôle est d’expliquer le processus génératif des données. Il existe diverses approches permettant d’identifier le nombre approprié de variables cachées d’un modèle. Cette thèse s’intéresse aux méthodes Bayésiennes nonparamétriques permettant de déterminer le nombre de variables cachées à utiliser ainsi que leur dimensionnalité. La popularisation des statistiques Bayésiennes nonparamétriques au sein de la communauté de l’apprentissage automatique est assez récente. Leur principal attrait vient du fait qu’elles offrent des modèles hautement flexibles et dont la complexité s’ajuste proportionnellement à la quantité de données disponibles. Au cours des dernières années, la recherche sur les méthodes d’apprentissage Bayésiennes nonparamétriques a porté sur trois aspects principaux : la construction de nouveaux modèles, le développement d’algorithmes d’inférence et les applications. Cette thèse présente nos contributions à ces trois sujets de recherches dans le contexte d’apprentissage de modèles à variables cachées. Dans un premier temps, nous introduisons le Pitman-Yor process mixture of Gaussians, un modèle permettant l’apprentissage de mélanges infinis de Gaussiennes. Nous présentons aussi un algorithme d’inférence permettant de découvrir les composantes cachées du modèle que nous évaluons sur deux applications concrètes de robotique. Nos résultats démontrent que l’approche proposée surpasse en performance et en flexibilité les approches classiques d’apprentissage. Dans un deuxième temps, nous proposons l’extended cascading Indian buffet process, un modèle servant de distribution de probabilité a priori sur l’espace des graphes dirigés acycliques. Dans le contexte de réseaux Bayésien, ce prior permet d’identifier à la fois la présence de variables cachées et la structure du réseau parmi celles-ci. Un algorithme d’inférence Monte Carlo par chaîne de Markov est utilisé pour l’évaluation sur des problèmes d’identification de structures et d’estimation de densités. Dans un dernier temps, nous proposons le Indian chefs process, un modèle plus général que l’extended cascading Indian buffet process servant à l’apprentissage de graphes et d’ordres. L’avantage du nouveau modèle est qu’il admet les connections entres les variables observables et qu’il prend en compte l’ordre des variables. Nous présentons un algorithme d’inférence Monte Carlo par chaîne de Markov avec saut réversible permettant l’apprentissage conjoint de graphes et d’ordres. L’évaluation est faite sur des problèmes d’estimations de densité et de test d’indépendance. Ce modèle est le premier modèle Bayésien nonparamétrique permettant d’apprendre des réseaux Bayésiens disposant d’une structure complètement arbitraire.

Étude paramétrique de la propagation d'ondes ultrasonores guidées dans les structures aéronautiques

La mise en oeuvre de systèmes de détection de défauts à même les structures ou infrastructures en génie est le sujet d’étude du Structural Health Monitoring (SHM). Le SHM est une solution efficace à la réduction des coûts associés à la maintenance de structures. Une stratégie prometteuse parmi les technologies émergentes en SHM est fondée sur l’utilisation d’ondes ultrasonores guidées. Ces méthodes sont basées sur le fait que les structures minces agissent comme guides d’ondes pour les ondes ultrasonores. Puisque les structures aéronautiques sont majoritairement minces, les ondes guidées constituent une stratégie pertinente afin d’inspecter de grandes surfaces. Toutefois, les assemblages aéronautiques sont constitués de plusieurs éléments modifiant et compliquant la propagation des ondes guidées dans celles-ci. En effet, la présence de rivets, de raidisseurs, de joints ainsi que la variation de la nature des matériaux utilisés complexifie la propagation des ondes guidées. Pour envisager la mise en oeuvre de systèmes de détection basés sur les ondes guidées, une compréhension des interactions intervenant dans ces diverses structures est nécessaire. Un tel travail entre dans le cadre du projet de collaboration CRIAQ DPHM 501 dont l’objectif principal est de développer une banque de connaissances quant à la propagation d’ondes guidées dans les structures aéronautiques. Le travail de ce mémoire présente d’abord les résultats d’études paramétriques numériques obtenus dans le cadre de ce projet CRIAQ. Puis, afin de faciliter la caractérisation expérimentale de la propagation des ondes guidées, une seconde partie du travail a porté sur le développement d’un absorbant d’ondes guidées. Cet absorbant permet également d’envisager l’extension des régions observables par les systèmes SHM. Ce deuxième volet contribue donc également au projet CRIAQ par l’atténuation de réflexions non désirées dans l’étude menée sur les maintes structures aéronautiques nourrissant la banque de connaissances. La première partie de ce mémoire relève l’état des connaissances de la littérature sur la propagation d’ondes guidées dans les structures aéronautiques. La deuxième partie présente rapidement le formalisme derrière les ondes de Lamb ainsi que les différentes approches analytiques pour caractériser les interactions entre ondes guidées et discontinuités. Par la suite, les outils utilisés pour effectuer les simulations par éléments finis sont présentés et validés par le biais d’une phase expérimentale. La deuxième partie se termine avec la présentation des différentes structures et discontinuités étudiées dans le cadre du projet CRIAQ. Finalement, la troisième et dernière partie de ce mémoire présente les travaux numériques orientés vers la conception d’un absorbant idéal pour ondes guidées. Afin d’y parvenir, une étude paramétrique quant à la forme, les dimensions et les propriétés mécaniques de l’absorbant est entreprise. Enfin, une étude expérimentale permettant de valider les résultats numériques est présentée.

Escala KidsLife: evaluación de la calidad de vida de niños y adolescentes con discapacidad intelectual

La Escala KidsLife evalúa resultados personales relacionados con la calidad de vida de niños/as y adolescentes con discapacidad intelectual entre 4 y 21 años. Recoge un conjunto de cuestiones sobre aspectos observables de calidad de vida que pueden ser respondidas por un observador externo que conozca bien a la persona (al menos desde hace 6 meses) y que tenga oportunidades de observarla durante periodos prolongados de tiempo en diversos contextos. La información proporcionada por esta escala puede ser de gran utilidad en el desarrollo de planificaciones centradas en la persona y la provisión de apoyos individualizados. La escala proporciona puntuaciones estandarizadas y percentiles para ocho dimensiones centrales de calidad de vida (bienestar emocional, bienestar físico, bienestar material, desarrollo personal, relaciones interpersonales, inclusión social, autodeterminación y derechos). Asimismo, permite ilustrar la información obtenida en un perfil de calidad de vida.

Étude des relations entre les styles cognitifs et les productions d’artistes professionnels et d’étudiants universitaires en arts visuels

Les recherches démontrent que les arts plastiques à l’école apportent des bénéfices culturels et psychocognitifs majeurs aux enfants (National Endowment for the Arts, 2012; Hoffmann Davis, 2005, 2008; Karkou et Glasman, 2004; Sylwester, 1998; Goetz Zwirn et Graham, 2005; Greene, 1995). Mais en général, plus les garçons avancent en âge au primaire, plus ils éprouvent de difficultés et démontrent un intérêt moindre que celui des filles pour les arts plastiques à l’école. Au secondaire, l’écart ne fait que s’accentuer (Savoie, Grenon et St-Pierre, 2010, 2012; Octobre, 2004; Dumais, 2002; Blaikie, Schönau et Steers, 2003). Même s’ils ne peuvent garantir la réussite de leurs élèves, les enseignants ont une influence considérable sur des variables qui affectent les apprentissages telles que le choix de matériaux didactiques, des environnements éducationnels et la variable qui nous intéresse particulièrement : La prise en compte des comportements des élèves en lien avec leurs styles cognitifs. Pour mieux les aider, notre recherche veut saisir les liens potentiels qui pourraient exister entre les styles cognitifs des individus créateurs et leurs préférences sur le plan de l’expression graphique, plus spécifiquement au regard du langage plastique. En d’autres mots, nous souhaitons fournir des marqueurs utiles à la différenciation pédagogique adaptée aux styles cognitifs (Baron-Cohen, 2005) des filles et des garçons en classe d’art. Nous empruntons des concepts délimités et mesurables qui constituent notre cadre de référence et proviennent des domaines de la psychologie cognitive et de l’enseignement des arts visuels. Notre recherche se fait auprès d’artistes professionnels et d’étudiants adultes en arts visuels, tous genres confondus. Nous mesurons chez eux, dans un premier temps, leurs styles cognitifs à l’aide du test RMET de Baron-Cohen (Ibid.). En rapport avec ces styles, nous tentons ensuite de dégager des marqueurs dans la démarche et les productions artistiques des individus. En d’autres mots, notre étude vise essentiellement à procurer des indicateurs fiables, aux chercheurs et aux enseignants en arts, quant au lien potentiel entre les styles cognitifs et le langage plastique. Ces précieux indicateurs pourront ensuite leur servir, entre autres, à la construction de modèles pédagogiques, d’environnements éducationnels ou d’activités adaptées aux styles des élèves masculins comme féminins. Au plan méthodologique, notre recherche adopte une approche quantitative, pragmatique, quasi expérimentale et exploratoire (Lefrancois, 1997; Kothari, 2004; Grawitz, 1988; Larose, Bédard, Couturier, Grenon, Lavoie, Lebrun, Morin, Savard et Theis, 2011). Notre mode d’analyse se base sur la vérification de faits observables et sur une prise de décision scientifique se servant de techniques statistiques inférentielles (Saporta, 2011; Field, 2009). Notre approche s’appuie donc sur une variable dépendante liée au style cognitif des participants et sur une vingtaine de variables indépendantes liées au langage plastique. Nos résultats démontrent qu’au moins un indicateur de style cognitif ressort significativement dans le langage plastique, soit la variation chromatique. Suite à notre question : Dans les éléments de langage plastique des créateurs en arts visuels, peut-on observer des indicateurs de styles cognitifs? La réponse s’est avérée positive et fiable sur au moins une variable : la couleur. En effet, suite à nos analyses statistiques inférentielles, la variation chromatique est ressorti comme un indicateur très significatif de style cognitif et celui qui ressort le plus de nos résultats. Nous avons clairement mesuré que les individus qui décodent moins bien les émotions chez les autres démontrent une préférence pour des variations de couleurs plutôt monochromes, alors que les individus plutôt empathiques démontrent une préférence pour des univers surtout multichromes. Nous avons mesuré une forte habileté à reconnaitre et à discriminer les émotions, autant chez nos artistes professionnels que chez nos sujets étudiants universitaires. D’autres variables analysées, comme le genre, l’éducation ou l’âge ne se sont pas avérées des indicateurs fiables de styles cognitifs particuliers.

Le portfolio d'apprentissage numérique : un outil intégrateur au service du développement de compétences dans le programme Techniques juridiques.

L'objectif principal de cette recherche est de déterminer si le transfert des apprentissages est facilité par l'utilisation d'un tel portfolio, à titre de mesure de soutien à l'apprentissage, puisqu'une problématique a été identifiée chez la population étudiante en Techniques juridiques au Collège Ahuntsic, en ce que la désorganisation des apprentissages et la difficulté à faire des liens entre les cours sont observables. Nous avons donc imaginé une solution possible à cet écueil (développement et utilisation d’un portfolio d’apprentissage numérique) afin d’en déterminer le potentiel comme outil intégrateur pouvant faciliter le développement de compétences, par le support qu’il offre pour réactiver les connaissances antérieures, mobiliser et combiner les ressources, actions qui permettent le transfert des apprentissages.

L’impact des formations formelles sur le revenu et la durée du chômage des immigrants qualifiés dès l’arrivée au Québec

Cette étude évalue l’impact des formations formelles sur le revenu et la durée du chômage des immigrants de la classe des travailleurs qualifiés résidant dans la province de Québec. En effet, elle cherche à vérifier l’adéquation entre les formations formelles et les caractéristiques observables de ces immigrants d’une part, puis l’adéquation entre ces formations et la situation économique des immigrants d’autre part. Après avoir effectué une analyse descriptive de la base de données, la méthode d’appariement multiple basée sur les scores de propension généralisés est utilisée pour estimer l’effet causal des formations formelles sur le revenu et la durée du chômage des immigrants. De plus, la méthode de régression par quantile est utilisée pour faire ressortir l’effet causal de ces formations par quantile. En moyenne, les résultats de l’étude montrent que les formations formelles diminuent la durée de chômage des participants, avec une baisse de 580 jours pour les participants aux formations linguistiques. Les effets quantiles des formations professionnelles et académiques sont plus élevés sur le 75è quantile des distributions de la durée du chômage, avec des baisses respectives de 491 et 495 jours. Cependant, les formations formelles n’augmentent pas le revenu des participants. C’est pourquoi le gouvernement du Québec doit bien clarifier ses objectifs d’immigration selon l’augmentation de l’employabilité d’une part ou selon l’augmentation du niveau salarial d’autre part. Pour une optimisation des ressources, il est recommandé au gouvernement d’orienter les immigrants vers les formations linguistiques car elles diminuent plus la durée du chômage et de chercher la meilleure politique qui permettrait de rattraper l’écart salarial entre les participants et les non-participants des formations.

Recherche des facteurs facilitant la réduction de l’agressivité et la violence à l'école primaire

On entend souvent affirmer que l'agressivité et la violence s'amplifient de nos jours. Comme la plupart des sociétés modernes, le Québec n'échappe pas à la recrudescence de la violence sous toutes ses formes. Ses manifestations sont de plus en plus fréquentes et elles affectent l'éducation dès l'école primaire. À l'école De La Chanterelle, où je suis directrice, notre milieu scolaire (parents, professeurs et direction) s'inquiète depuis quelques temps des différentes manifestations de violence observables dans nos murs. Les explications de ce phénomène demeurent confuses et parfois contradictoires et de là les solutions difficiles à trouver. Par ailleurs, selon Jean-Marc Domenach, l'agressivité et la violence dans le milieu scolaire ne seraient pas plus grave aujourd'hui qu'autrefois. "La condition humaine en a toujours été une de violence. Ce qu'il y a de nouveau, c'est qu'on cherche aujourd'hui une racine commune aux manifestations de violence. La conscience de la violence, l’intolérance de la violence sont des phénomènes récents". […]

Étude du développement de la métacognition des connaissances antérieures dans des activités de compréhension en lecture chez des élèves du primaire

Le développement des habiletés de compréhension du discours est un sujet de préoccupation majeur pour le système scolaire. Il suffit pour s'en convaincre d'examiner la proportion importante du curriculum des niveaux primaire et secondaire qui est consacrée à l'enseignement de ces habiletés. Les effets de ces enseignements sont observables puisque les différentes mesures du produit de la compréhension, employées par le système scolaire, laissent supposer qu'il y a effectivement une progression générale des performances en compréhension entre les lecteurs du début du premier cycle du primaire et les lecteurs de la fin du secondaire. Toutefois, la littérature scientifique est actuellement incapable de décrire précisément l'ensemble de l'activité cognitive du lecteur en compréhension notamment en ce qui a trait à son développement et à l'explication des difficultés. Elle propose donc des hypothèses sans pouvoir définir précisément l'articulation des composantes nécessaires à la compréhension. En conséquence, chaque enseignant doit se construire une conception intuitive des caractéristiques d'un bon lecteur ou d'un bon auditeur et tenter sur cette base de favoriser l'acquisition d'habiletés en compréhension tout en résolvant les problèmes de compréhension qu'il identifie. Dans le cadre de cette recherche, nous nous intéresserons particulièrement à l'aspect développemental des caractéristiques du lecteur gestionnaire de son activité de compréhension, c'est-à-dire au développement des habiletés métacognitives. [...]

Types de textes scolaires et marques linguistiques

La présente recherche a pour objectif l'élaboration d'un modèle d'analyse utilisant les marques linguistiques observables dans un texte afin d'identifier les différentes fonctions communicatives à l'œuvre dans ce texte et d'en déterminer la dominante, le cas échéant. Un tel instrument permettra aux chercheurs d'atteindre un meilleur consensus dans leurs classifications des textes lors des études sur la compréhension en lecture. Il contribuera également à améliorer la validité écologique des recherches à venir puisque notre modèle sera construit à partir d'un large échantillon de textes réellement utilisés dans les classes de français.

Geometrical measurements in three-dimensional quantum gravity

A set of observables is described for the topological quantum field theory which describes quantum gravity in three space-time dimensions with positive signature and positive cosmological constant. The simplest examples measure the distances between points, giving spectra and probabilities which have a geometrical interpretation. The observables are related to the evaluation of relativistic spin networks by a Fourier transform.

3D Ionospheric Effects on HF Propagation and Heating

The thesis uses a three-dimensional, first-principles model of the ionosphere in combination with High Frequency (HF) raytracing model to address key topics related to the physics of HF propagation and artificial ionospheric heating. In particular: 1. Explores the effect of the ubiquitous electron density gradients caused by Medium Scale Traveling Ionospheric Disturbances (MSTIDs) on high-angle of incidence HF radio wave propagation. Previous studies neglected the all-important presence of horizontal gradients in both the cross- and down-range directions, which refract the HF waves, significantly changing their path through the ionosphere. The physics-based ionosphere model SAMI3/ESF is used to generate a self-consistently evolving MSTID that allows for the examination of the spatio-temporal progression of the HF radio waves in the ionosphere. 2. Tests the potential and determines engineering requirements for ground- based high power HF heaters to trigger and control the evolution of Equatorial Spread F (ESF). Interference from ESF on radio wave propagation through the ionosphere remains a critical issue on HF systems reliability. Artificial HF heating has been shown to create plasma density cavities in the ionosphere similar to those that may trigger ESF bubbles. The work explores whether HF heating may trigger or control ESF bubbles. 3. Uses the combined ionosphere and HF raytracing models to create the first self-consistent HF Heating model. This model is utilized to simulate results from an Arecibo experiment and to provide understanding of the physical mechanism behind observed phenomena. The insights gained provide engineering guidance for new artificial heaters that are being built for use in low to middle latitude regions. In accomplishing the above topics: (i) I generated a model MSTID using the SAMI3/ESF code, and used a raytrace model to examine the effects of the MSTID gradients on radio wave propagation observables; (ii) I implemented a three- dimensional HF heating model in SAMI3/ESF and used the model to determine whether HF heating could artificially generate an ESF bubble; (iii) I created the first self-consistent model for artificial HF heating using the SAMI3/ESF ionosphere model and the MoJo raytrace model and ran a series of simulations that successfully modeled the results of early artificial heating experiments at Arecibo.

Measurement of the doubly-polarized He3→(γ→,n)pp reaction at 16.5 MeV and its implications for the GDH sum rule

We report new measurements of the double-polarized photodisintegration of 3He at an incident photon energy of 16.5 MeV, carried out at the High Intensity γ-ray Source (HIγS) facility located at Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL). The spin-dependent double-differential cross sections and the contribution from the three-body channel to the Gerasimov–Drell–Hearn (GDH) integrand were extracted and compared with the state-of-the-art three-body calculations. The calculations, which include the Coulomb interaction and are in good agreement with the results of previous measurements at 12.8 and 14.7 MeV, deviate from the new cross section results at 16.5 MeV. The GDH integrand was found to be about one standard deviation larger than the maximum value predicted by the theories.

The renormalization group via statistical inference

In physics, one attempts to infer the rules governing a system given only the results of imperfect measurements. Hence, microscopic theories may be effectively indistinguishable experimentally. We develop an operationally motivated procedure to identify the corresponding equivalence classes of states, and argue that the renormalization group (RG) arises from the inherent ambiguities associated with the classes: one encounters flow parameters as, e.g., a regulator, a scale, or a measure of precision, which specify representatives in a given equivalence class. This provides a unifying framework and reveals the role played by information in renormalization. We validate this idea by showing that it justifies the use of low-momenta n-point functions as statistically relevant observables around a Gaussian hypothesis. These results enable the calculation of distinguishability in quantum field theory. Our methods also provide a way to extend renormalization techniques to effective models which are not based on the usual quantum-field formalism, and elucidates the relationships between various type of RG.

Desenvolvimento e validação do sistema de observação do clima de aula, em aulas de grupo de fitness: aplicação piloto em idosos

Dissertação com vista na obtenção no grau de mestre em Atividade Física em Populações Especiais

Représentations d'attachement mère-enfant et troubles anxieux pendant l'enfance: une étude de cas multiples

Les troubles anxieux et les symptômes associés s’avèrent être reconnus comme l’une des formes de psychopathologies vécues le plus fréquemment chez les enfants et les adolescents (Costello, Mustillo, Erkanli, Keeler, & Angold, 2003). Le degré de sécurité d’attachement est considéré depuis longtemps comme un facteur ayant une influence fondamentale sur le développement de l’enfant et dans l’émergence de psychopathologie (DeKlyen & Greenberg, 2008; Kobak, Cassidy, Lyons-Ruth, & Zir, 2006), s’avérant ainsi une variable importante pour comprendre l’émergence des troubles anxieux pendant l’enfance (Colonnesi et al., 2011). La présente étude de cas multiples s’avère la première à utiliser des mesures représentationnelles afin d’observer l’attachement auprès d’une population clinique d’enfants d’âge scolaire ayant un trouble anxieux (Child Attachment Interview) et chez leur mère (Adult Attachment Interview). Trois principaux objectifs, tous de nature exploratoire, sont visés: 1) procéder à une analyse approfondie des profils d’attachement chez les enfants ayant un trouble anxieux et leur mère, tant sur le plan des catégories que des dimensions d’attachement; 2) décrire les correspondances entre les représentations d’attachement de la mère et de son enfant; 3) examiner les associations entre les types de représentations d’attachement mère-enfant et les types de symptômes anxieux chez l’enfant. Pour ce faire, des mesures de ces deux variables ont été prises auprès de six enfants âgés entre 8 et 15 ans et leurs mères, recrutés au sein d’une clinique de troisième ligne spécialisée en traitement des troubles anxieux. Les résultats démontrent que la majorité des enfants ayant un trouble anxieux présente une insécurité des représentations d’attachement, accompagnée principalement d’une tendance à l’attachement détaché. Concernant les dimensions d’attachement, la majorité des enfants anxieux présente d’importants déficits liés à l’ouverture émotionnelle. De plus, toutes les mères présentent des représentations d’attachement se situant sur le continuum de la préoccupation, impliquant des stratégies d’hyperactivation (de modérées à élevées). Les mères des enfants ayant un attachement sécurisant composent avec des représentations d’attachement préoccupées par des évènements traumatiques. Ensuite, peu de correspondances intergénérationnelles sont observables. Une tendance à présenter des stratégies d’attachement complémentaires est plutôt relevée, particulièrement concernant des stratégies d’hyperactivation chez la mère (pôle préoccupé) et de désactivation chez l’enfant (pôle détaché). Par ailleurs, peu d’associations spécifiques sont identifiées entre les représentations d’attachement et les troubles anxieux, mis à part la présence d’insécurité chez les enfants ayant un trouble d’anxiété de séparation. Enfin, une importante tendance aux difficultés d’ordre psychosomatique est observée chez les enfants ayant un trouble anxieux. À la lumière de ces principales tendances relatives à l’attachement, des pistes cliniques seront proposées afin de soutenir l’intervention des équipes traitantes auprès des enfants composant avec un trouble anxieux et de leur mère.