Probabilistic evidence in bayesian networks

Observations probabilistes dans les réseaux bayésiens

Ali Ben Mrad (1)

1 LAMIH - Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique industrielles et Humaines - UMR 8201

In a Bayesian network, evidence on a variable usually signifies that this variable is instantiated, meaning that the observer can affirm with certainty that the variable is in the signaled state. This thesis focuses on other types of evidence, often called uncertain evidence, which cannot be represented by the simple assignment of the variables. This thesis clarifies and studies different concepts of uncertain evidence in a Bayesian network and offers various applications of uncertain evidence in Bayesian networks.Firstly, we present a review of uncertain evidence in Bayesian networks in terms of terminology, definition, specification and propagation. It shows that the vocabulary is not clear and that some terms are used to represent different concepts.We identify three types of uncertain evidence in Bayesian networks and we propose the followingterminology: likelihood evidence, fixed probabilistic evidence and not-fixed probabilistic evidence. We define them and describe updating algorithms for the propagation of uncertain evidence. Finally, we propose several examples of the use of fixed probabilistic evidence in Bayesian networks. The first example concerns evidence on a subpopulation applied in the context of a geographical information system. The second example is an organization of agent encapsulated Bayesian networks that have to collaborate together to solve a problem. The third example concerns the transformation of evidence on continuous variables into fixed probabilistic evidence. The algorithm BN-IPFP-1 has been implemented and used on medical data from CHU Habib Bourguiba in Sfax.

Dans un réseau bayésien, une observation sur une variable signifie en général que cette variable est instanciée. Ceci signifie que l’observateur peut affirmer avec certitude que la variable est dans l’état signalé. Cette thèse porte sur d’autres types d’observations, souvent appelées observations incertaines, qui ne peuvent pas être représentées par la simple affectation de la variable. Cette thèse clarifie et étudie les différents concepts d’observations incertaines et propose différentes applications des observations incertaines dans les réseaux bayésiens.Nous commençons par dresser un état des lieux sur les observations incertaines dans les réseaux bayésiens dans la littérature et dans les logiciels, en termes de terminologie, de définition, de spécification et de propagation. Il en ressort que le vocabulaire n'est pas clairement établi et que les définitions proposées couvrent parfois des notions différentes.Nous identifions trois types d’observations incertaines dans les réseaux bayésiens et nous proposons la terminologie suivante : observation de vraisemblance, observation probabiliste fixe et observation probabiliste non-fixe. Nous exposons ensuite la façon dont ces observations peuvent être traitées et propagées.Enfin, nous donnons plusieurs exemples d’utilisation des observations probabilistes fixes dans les réseaux bayésiens. Le premier exemple concerne la propagation d'observations sur une sous-population, appliquée aux systèmes d'information géographique. Le second exemple concerne une organisation de plusieurs agents équipés d'un réseau bayésien local et qui doivent collaborer pour résoudre un problème. Le troisième exemple concerne la prise en compte d'observations sur des variables continues dans un RB discret. Pour cela, l'algorithme BN-IPFP-1 a été implémenté et utilisé sur des données médicales de l'hôpital Bourguiba de Sfax.

Mots clés: Artificial intelligence; Uncertainty; Probabilistic graphical models; Bayesian network; Evidence; Uncertain evidence; Probabilistic evidence; Likelihood finding; Soft evidence; Virtual evidence.

Mots clés: Intelligence artificielle; Incertitude; Modèle graphique probabiliste; Réseau bayésien; Observation; Observation incertaine; Observation probabiliste; Observation de vraisemblance.

Domaines: Intelligence artificielle [cs.AI]; Probabilités [math.PR]

Ali Ben Mrad. Observations probabilistes dans les réseaux bayésiens. Intelligence artificielle [cs.AI]. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis; École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie), 2015. Français. ⟨NNT : 2015VALE0018⟩. ⟨tel-01193033⟩