Découverte de règles dans des séquentielles labélisées : Application à l'analyse de données de jeux vidéos

Rule discovery in labeled sequential data : Application to game analytics

• Auteur / Autrice : Romain Mathonat
• Direction : Jean-François Boulicaut, Mehdi Kaytoue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 29/09/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale InfoMaths (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'InfoRmatique en Images et Systèmes d'information (Ecully, Rhône ; 2003-....) - Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information / LIRIS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Data Mining and Machine Learning
• Jury : Président / Présidente : Sihem Amer-Yahia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Boulicaut, Mehdi Kaytoue, Sihem Amer-Yahia, Alexandre Termier, Martin Atzmüller, Chedy Raïssi, Anne Laurent, Germain Forestier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Termier, Martin Atzmüller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Intelligence artificielle

Exploration de données

Mots clés libres

Informatique

Recherche arborescente de Monte Carlo

Découverte de Sous-Groupes

Règles supervisées

Séquences vidéo

Analyse de données

Découverte de connaissances

Fouille de données

Démarche prédictive

Séquence d'évènements

Données numériques

Information Technology

Monte Carlo tree search

Supervised rules discovery

Video sequences

Data analysis

Data mining

Predictive approach

Event sequences

Numerical data

Résumé

Exploiter des jeux de données labelisés est très utile, non seulement pour entrainer des modèles et mettre en place des procédures d'analyses prédictives, mais aussi pour améliorer la compréhension d'un domaine. La découverte de sous-groupes a été l'objet de recherches depuis deux décennies. Elle consiste en la découverte de règles couvrants des ensembles d'objets ayant des propriétés intéressantes, qui caractérisent une classe cible donnée. Bien que de nombreux algorithmes de découverte de sous-groupes aient été proposés à la fois dans le cas des données transactionnelles et numériques, la découverte de règles dans des données séquentielles labelisées a été bien moins étudiée. Dans ce contexte, les stratégies d'exploration exhaustives ne sont pas applicables à des cas d'application rééls, nous devons donc nous concentrer sur des approches heuristiques. Dans cette thèse, nous proposons d'appliquer des modèles de bandit manchot ainsi que la recherche arborescente de Monte Carlo à l'exploration de l'espace de recherche des règles possibles, en utilisant un compromis exploration-exploitation, sur différents types de données tels que les sequences d'ensembles d'éléments, ou les séries temporelles. Pour un budget temps donné, ces approches trouvent un ensemble des top-k règles decouvertes, vis-à-vis de la mesure de qualité choisie. De plus, elles ne nécessitent qu'une configuration légère, et sont indépendantes de la mesure de qualité utilisée. A notre connaissance, il s'agit de la première application de la recherche arborescente de Monte Carlo au cas de la fouille de données séquentielles labelisées. Nous avons conduit des études appronfondies sur différents jeux de données pour illustrer leurs plus-values, et discuté leur résultats quantitatifs et qualitatifs. Afin de valider le bon fonctionnement d'un de nos algorithmes, nous proposons un cas d'utilisation d'analyse de jeux vidéos, plus précisémment de matchs de Rocket League. La decouverte de règles intéressantes dans les séquences d'actions effectuées par les joueurs et leur exploitation dans un modèle de classification supervisée montre l'efficacité et la pertinence de notre approche dans le contexte difficile et réaliste des données séquentielles de hautes dimensions. Elle permet la découverte automatique de techniques de jeu, et peut être utilisée afin de créer de nouveaux modes de jeu, d'améliorer le système de classement, d'assister les commentateurs de ''e-sport'', ou de mieux analyser l'équipe adverse en amont, par exemple.

It is extremely useful to exploit labeled datasets not only to learn models and perform predictive analytics but also to improve our understanding of a domain and its available targeted classes. The subgroup discovery task has been considered for more than two decades. It concerns the discovery of rules covering sets of objects having interesting properties, e.g., they characterize a given target class. Though many subgroup discovery algorithms have been proposed for both transactional and numerical data, discovering rules within labeled sequential data has been much less studied. In that context, exhaustive exploration strategies can not be used for real-life applications and we have to look for heuristic approaches. In this thesis, we propose to apply bandit models and Monte Carlo Tree Search to explore the search space of possible rules using an exploration-exploitation trade-off, on different data types such as sequences of itemset or time series. For a given budget, they find a collection of top-k best rules in the search space w.r.t chosen quality measure. They require a light configuration and are independent from the quality measure used for pattern scoring. To the best of our knowledge, this is the first time that the Monte Carlo Tree Search framework has been exploited in a sequential data mining setting. We have conducted thorough and comprehensive evaluations of our algorithms on several datasets to illustrate their added-value, and we discuss their qualitative and quantitative results. To assess the added-value of one or our algorithms, we propose a use case of game analytics, more precisely Rocket League match analysis. Discovering interesting rules in sequences of actions performed by players and using them in a supervised classification model shows the efficiency and the relevance of our approach in the difficult and realistic context of high dimensional data. It supports the automatic discovery of skills and it can be used to create new game modes, to improve the ranking system, to help e-sport commentators, or to better analyse opponent teams, for example.