Scalable algorithms for monitoring activity traces

par Julien Pilourdault

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Sihem Amer-Yahia.

Le président du jury était Nadia Brauner.

Le jury était composé de Yanlei Diao, Vincent Leroy.

Les rapporteurs étaient Patrick Valduriez.

  • Titre traduit

    Algorithmes pour le monitoring de traces d'activité à grande échelle


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous étudions des algorithmes pour le monitoring des traces d’activité à grande échelle. Le monitoring est une aptitude clé dans plusieurs domaines, permettant d’extraire de la valeur des données ou d’améliorer les performances d’un système. Nous explorons d’abord le monitoring de données temporelles. Nous présentons un nouveau type de jointure sur des intervalles, qui inclut des fonctions de score caractérisant le degré de satisfaction de prédicats temporels. Nous étudions ces jointures dans le contexte du batch processing (traitement par lots). Nous formalisons la Ranked Temporal Join (RTJ), une jointure qui combine des collections d’intervalles et retourne les k meilleurs résultats. Nous montrons comment exploiter les propriétés des prédicats temporels et de la sémantique de score associée afin de concevoir TKIJ , une méthode d’évaluation de requête distribuée basée sur Map-Reduce. Nos expériences sur des données synthétiques et réelles montrent que TKIJ est plus performant que les techniques de l’état de l’art et démontre de bonnes performances sur des requêtes RTJ n-aires sur des données temporelles. Nous proposons également une étude préliminaire afin d’étendre nos travaux sur TKIJ au domaine du stream processing (traitement de flots). Nous explorons ensuite le monitoring dans le crowdsourcing (production participative). Nous soutenons la nécessité d’intégrer la motivation des travailleurs dans le processus d’affectation des tâches. Nous proposons d’étudier une approche adaptative, qui évalue la motivation des travailleurs lors de l’exécution des tâches et l’exploite afin d’améliorer l’affectation de tâches qui est réalisée de manière itérative. Nous explorons une première variante nommée Individual Task Assignment (Ita), dans laquelle les tâches sont affectées individuellement, un travailleur à la fois. Nous modélisons Ita et montrons que ce problème est NP-Difficile. Nous proposons trois méthodes d’affectation de tâches qui poursuivent différents objectifs. Nos expériences en ligne étudient l’impact de chaque méthode sur la performance globale dans l’exécution de tâches. Nous observons que différentes stratégies sont dominantes sur les différentes dimensions de performance. En particulier, la méthode affectant des tâches aléatoires et correspondant aux intérêts d’un travailleur donne le meilleur flux d’exécution de tâches. La méthode affectant des tâches correspondant au compromis d’un travailleur entre diversité et niveau de rémunération des tâches donne le meilleur niveau de qualité. Nos expériences confirment l’utilité d’une affectation de tâches adaptative et tenant compte de la motivation. Nous étudions une deuxième variante nommée Holistic Task Assignment (Hta), où les tâches sont affectées à tous les travailleurs disponibles, de manière holistique. Nous modélisons Hta et montrons que ce problème est NP-Difficile et MaxSNP-Difficile. Nous développons des algorithmes d’approximation pour Hta. Nous menons des expériences sur des données synthétiques pour évaluer l’efficacité de nos algorithmes. Nous conduisons également des expériences en ligne et comparons notre approche avec d’autres stratégies non adaptatives. Nous observons que notre approche présente le meilleur compromis sur les différentes dimensions de performance.


  • Résumé

    In this thesis, we study scalable algorithms for monitoring activity traces. In several domains, monitoring is a key ability to extract value from data and improve a system. This thesis aims to design algorithms for monitoring two kinds of activity traces. First, we investigate temporal data monitoring. We introduce a new kind of interval join, that features scoring functions reflecting the degree of satisfaction of temporal predicates. We study these joins in the context of batch processing: we formalize Ranked Temporal Join (RTJ), that combine collections of intervals and return the k best results. We show how to exploit the nature of temporal predicates and the properties of their associated scored semantics to design TKIJ , an efficient query evaluation approach on a distributed Map-Reduce architecture. Our extensive experiments on synthetic and real datasets show that TKIJ outperforms state-of-the-art competitors and provides very good performance for n-ary RTJ queries on temporal data. We also propose a preliminary study to extend our work on TKIJ to stream processing. Second, we investigate monitoring in crowdsourcing. We advocate the need to incorporate motivation in task assignment. We propose to study an adaptive approach, that captures workers’ motivation during task completion and use it to revise task assignment accordingly across iterations. We study two variants of motivation-aware task assignment: Individual Task Assignment (Ita) and Holistic Task Assignment (Hta). First, we investigate Ita, where we assign tasks to workers individually, one worker at a time. We model Ita and show it is NP-Hard. We design three task assignment strategies that exploit various objectives. Our live experiments study the impact of each strategy on overall performance. We find that different strategies prevail for different performance dimensions. In particular, the strategy that assigns random and relevant tasks offers the best task throughput and the strategy that assigns tasks that best match a worker’s compromise between task diversity and task payment has the best outcome quality. Our experiments confirm the need for adaptive motivation-aware task assignment. Then, we study Hta, where we assign tasks to all available workers, holistically. We model Hta and show it is both NP-Hard and MaxSNP-Hard. We develop efficient approximation algorithms with provable guarantees. We conduct offline experiments to verify the efficiency of our algorithms. We also conduct online experiments with real workers and compare our approach with various non-adaptive assignment strategies. We find that our approach offers the best compromise between performance dimensions thereby assessing the need for adaptability.


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