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Responsable(s) Éric Granger

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Éric Granger


PLAN DE COURS

Automne 2024
GPA671 : Introduction à l’intelligence artificielle (3 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 33,0 % 67,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou l'étudiant sera en mesure de définir le domaine de l’intelligence artificielle, et particulièrement les modèles en apprentissage machine; résoudre des problèmes concrets en ingénierie à l’aide de modèles d’apprentissage, par exemple : machine à vaste marge, classificateur Bayésiens, réseaux de neurones, régression logistique, arbres décisionnels, et algorithme k-means.

Apprentissage machine: définition; différentes taches (classification, catégorisation et régression); principaux modèles; apprentissage supervisé, non supervisé et par renforcement; extraction et sélection de caractéristiques; représentation des connaissances; reconnaissance et mécanismes d'inférence; raisonnement avec incertitude; méthodologie expérimentale. Les modèles sont présentés dans un contexte de système de reconnaissance de forme.

Séances de laboratoire : analyser le comportement des modèles neuroniques et statistiques en intelligence artificielle; concevoir et appliquer ces modèles d’apprentissage machine pour fin de reconnaissance de formes.



Objectifs du cours

L'objectif global de ce cours est d’identifier, de décrire et d’utiliser les principaux modèles neuroniques et statistiques en intelligence artificielle. Les objectifs spécifiques du cours sont :

  • Décrire les différentes formes de représentation des connaissances et les principes de l'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle.
  • Choisir un modèle neuronique ou statistique approprié afin de résoudre un problème en reconnaissance de formes;
  • Concevoir et analyser les principaux modèles neuroniques et statistiques en intelligence artificielle pour le traitement d’information.



Stratégies pédagogiques

39    heures de cours magistral (enseignement théorique)

26    heures de laboratoire

  3    heures de travail personnel (en moyenne) par semaine

Pour atteindre les objectifs, l’étudiant assistera à des exposés magistraux à raison de 3h par semaine et à des séances de laboratoire (3 h par semaine) durant lesquelles il pourra simuler le fonctionnement de divers modèles neuroniques et statistiques appliqués à des problèmes en reconnaissance visuelle (extraction de descripteurs et classification).




Utilisation d’appareils électroniques

Les appareils électroniques (iPod Touch, téléphone intelligent, tablette, ordinateur portable) sont permis durant les cours, à des fins pédagogiques uniquement. La calculatrice est permise durant les cours et est le seul appareil électronique permis durant les examens.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Mercredi 13:30 - 15:30 Laboratoire



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Mohamad Forouzanfar Activité de cours Mohamad.Forouzanfar@etsmtl.ca A-3485 Mardi de 17h à 18h
01 Geordi-Gabriel Renaud-Dumoulin Laboratoire geordi-gabriel.renaud-dumoulin.1@ens.etsmtl.ca



Cours

Le plan de cours prévu se veut complet et ordonnancé chronologiquement, mais certaines modifications peuvent être apportées en cours de session.


 

Semaines

Description
(Voir les lectures sur le site de cours)

Heures

 

1

09 septembre

Organisation du cours

  • Présentation personnelle
  • Plan détaillé du cours

Introduction à l’intelligence artificielle

  • Historique et applications
  • Définitions
  • Problèmes de classification, régression et catégorisation
  • Apprentissage supervisé et non-supervisé

 

 

3

 

2

16 septembre

A. Méthodologie expérimentale

  • Complexité des modèles et sur-apprentissage
  • Protocoles de validation croisée pour la validation
  • Mesures de performances: matrice de confusion, précision, courbes ROC/PR, complexité
  • Prétraitement de données: normalisation, decorrélation, sélection de caractéristiques

 

3

3

23 septembre

 

 

 

 

 

4

30 septembre

 

 

 

5

07 octobre

 

B. Methodes de classification

B.1 Perceptron et apprentissage

  • Modèles de neurones biologiques et neurones artificiels
  • Apprentissage: algorithme du gradient
  • Limites: problème du XOR

 

B.2 : Réseaux de neurones multicouches

  • Algorithme de rétro-propagation
  • Fonctions de coût

 

 

B.3 Apprentissage profond

  • Régularisation: sur-apprentissage et sous-apprentissage
  • Stratégies d'entraînement : gradient stochastique, initialisation, moment, augmentations
  • Apprentissage profond: réseaux convolutifs

3



 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

6

16 octobre

 

 

 

7

21 octobre

B.4 SVM et méthodes à noyaux

  • Classification linéaire
  • Machines à vecteurs de support (SVM)

 

 

Remise lab 1 (23 oct.)

  • Séparateurs à Large Marge à noyaux
  • Réseaux à base radiale
  • Algorithme des K-moyennes

3


 

 

 

 

 

 

3

8

28 octobre

 

Examen de mi-session

 

3

 

9

04 novembre

 

B.5 Classification statistiques

  • Classificateur bayésien
  • Algorithmes k-plus-proches-voisins (k-NN)

 

3

 

 

10

11 novembre

 

 

 

 

11

18 novembre

 

 

 

 

 

12

25 novembre


 

C.Analyse et représentation de données

C.1 Techniques de représentation de l'information Prétraitement de donnée

  • Analyse en composante principale (PCA)
  • Analyse discriminante linéaire (LDA)
  • Auto-Encodeurs

 

 

Remise lab 2 (20 nov.)

C.2 Approches de regroupement statistique (II)

  • Algorithme des K-moyennes
  • K-moyennes avec noyaux
  • Mélanges de Gaussiennes

 

 

C.3 Approches de regroupement statistique (II)

  • Regroupement hiérarchique
  • Mean shift
  • Regroupement spectrale

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

13

02 décembre

Remise lab 3 (08 dec.)

Révision du cours

 

 

3

Total      

39

 

 




Laboratoires et travaux pratiques

Semaines

Description
(Voir les lectures sur le site de cours)

Heures

1

Laboratoire 0 - Introduction à la programmation scientifique en python

4

2 à 5

Laboratoire 1 - Entrainement de réseaux de neurones

Courbes ROC et PR

Perceptron

Réseau multicouche (MLP)

Rétropropagation

8

6 à 9

Laboratoire 2 - SVM et classificateurs statistiques

Machines à vecteurs de support (SVM)

Algorithmes k-plus-proches-voisins (k-NN)

Classificateur bayésien naïf

8

10 à 12

Laboratoire 3 - Analyse et représentation de données

K-moyennes

Analyse en composante principale (PCA)

6

Total          

26




Utilisation d'outils d'ingénierie

QUIPEMENTS UTILISÉS AU LABORATOIRE :

  • PCs
  • Logiciels de simulation de réseaux de neurones : python, scikit-learn et pytorch



Évaluation

Activités

Pondération

1.   Laboratoires (3 laboratoires de 10% chacun)

30%

2.  Exercices en classe 10%

3.   Examen intra

25%

4.   Examen final

35%

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 28 octobre 2024



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : https://www.etsmtl.ca/programmes-et-formations/horaire-des-examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.
 




Absence à une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).




Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-nature-academique) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



Documentation obligatoire

Aucune.




Ouvrages de références
  • DUDA, R., P. HART et D. STORK (2012). Pattern classification, 2e éd., John Wiley & Sons.
  • BISHOP, C. M. (2006). Pattern recognition and machine learning. Springer.
  • LEPAGE, R. et  B. SOLAIMAN (2003). Les réseaux de neurones artificiels et leurs applications en imagerie et en vision par ordinateur, Coop ÉTS.
  • DREYFUS, G., J.-M. MARTINEZ, M. SAMUELIDES, M.B. GORDON, F. BADRAN, S. THIRIA et L. HÉRAULT (2002). Réseaux de neurones : Méthodologie et applications, Eyrolles
  • HAYKIN, S. (2009). Neural Networks and Learning Machines, 3e éd., Pearson Education.
  • MEHROTRA, K., K.M. CHILUKURI et S. RANKA (1997). Elements of Artificial Neural Networks, The MIT Press.
  • SKAPURA, D. M. (1996). Building Neural Networks, Addison-Wesley.
  • GRAUPE, D. (2013). Principles of Artificial Neural Networks, 3e éd., World Scientific Publishing.
  • KOPEC, D., S. SHETTY et C. PILEGGI (2014). Artificial Intelligence Problems and Their Solutions, Mercury Learning. Disponible à la bibliothèque dans la collection books24x7  http://library.books24x7.com/toc.aspx?bookid=64365



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles



Autres informations

Mohamad Forouzanfar (Enseignant)

Email : mohamad.forouzanfar@etsmtl.ca

L'objet du courriel doit toujours commencer par "GPA671".

Geordi-Gabriel Renaud Dumoulin (chargé de laboratoire)

Email : geordi-gabriel.renaud-dumoulin.1@ens.etsmtl.ca