ED Mathématiques et Informatique
Vers des dynamiques ouvertes en vie artificielle et en intelligence artificielle: une perspective eco-evo-devo
par Gautier HAMON (Institut national de recherche en informatique et en automatique - Bordeaux - Sud-Ouest)
Cette soutenance a lieu à 14h30 - Ada Lovelace 200 Av. de la Vieille Tour, Centre Inria de l'université de Bordeaux, 33405, Talence
devant le jury composé de
- Clément MOULIN-FRIER - Chargé de recherche - Centre Inria de l'université de Bordeaux - Directeur de these
- Nicolas BREDECHE - Professeur des universités - Sorbonne Université, Paris, France - Rapporteur
- Daniel POLANI - Professeur - University of Hertfordshire - Rapporteur
- Lisa SOROS - Roman Family Teaching and Research Fellow - Barnard College - Examinateur
- Antoine CULLY - Assistant professor - Imperial College London - Examinateur
- Nicolas ROUGIER - Directeur de recherche - Institut des Maladies Neurodégénératives, and Inria - Examinateur
L'évolution naturelle a, au fil de milliards d'années, généré progressivement l'impressionnante diversité de formes de vie complexes qui peuplent notre planète. Ce phénomène illustre ce que nous appelons un processus ouvert (open-ended): un système capable de générer continuellement des structures de plus en plus diversifiées et complexes. Inspiré par ce phénomène ainsi que par d'autres processus ouverts tels que l'apprentissage développemental humain et l'évolution culturelle, cette thèse explore les mécanismes clés qui supportent les processus ouverts et la complexité émergente. Située à l'intersection de la vie artificielle, de l'apprentissage automatique et de l'open-endedness, cette thèse explore, à travers des simulations, la complexité émergente à différents niveaux d'abstraction. Nous mettons l'accent sur l'importance de la dynamique de l'environnement et de son interaction avec les agents adaptatifs dans cette quête de dynamiques ouvertes. En particulier, nous mettons en lumière les effets majeurs des boucles de rétroaction dynamiques, telles que la co-adaptation au sein d'un groupe d'agents ou la causalité réciproque agent-environnement -- dans laquelle les agents s'adaptent à l'environnement tout en le modifiant par leur comportement, ce qui, à son tour, modifie l'environnement et façonne leur adaptation. Pour ce faire, nous nous appuyons sur des méthodes de pointe issues de la vie artificielle et de l'apprentissage automatique, notamment les automates cellulaires, la recherche de diversité, la neuroévolution, les systèmes multi-agents et le méta apprentissage par renforcement. La thèse explore la complexité émergente à différents niveaux d'abstraction. Tout d'abord, elle examine la genèse de l'individualité dans un environnement simulé initialement sans vie, composé d'éléments atomiques simples et de règles physiques locales, explorant aussi comment de tels environnements peuvent amorcer des dynamiques évolutives. Ensuite, en supposant l'existence d'agents et de processus évolutifs, l'accent est mis sur la manière dont les agents adaptatifs modifient activement leurs environnements -- potentiellement à leur avantage -- modifiant ainsi les pressions évolutives. Ces nouvelles pressions influencent à leur tour les adaptations ultérieures des agents et donc leurs actions sur l'environnement, créant des boucles de rétroaction qui entraînent perpétuellement de nouvelles adaptations de manière potentiellement ouverte. Enfin, la recherche explore comment ces changements environnementaux continus peuvent favoriser le développement de mécanismes d'adaptation plus rapides, permettant aux agents de faire face à cette grande variabilité environnementale. Plus précisément, nous examinons comment des environnements variables peuvent faciliter l'émergence de comportements exploratoires efficaces au sein de groupes d'agents. En investiguant ces phénomènes, cette recherche apporte des éléments pour concevoir des systèmes capables de démarrer et de maintenir des processus ouverts, reflétant ainsi la richesse et la complexité adaptative du monde naturel — de l'origine de la vie à l'évolution d'agents généralistes.
ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Conception et prototypage sur circuit FPGA d'un récepteur avancé basé sur la propagation d'espérance
par Ian FISCHER SCHILLING (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)
Cette soutenance a lieu à 10h15 - Amphi J. P. DOM A0.85 351 Cours de la Libération, Laboratoire IMS, Batiment A31, 33405 Talence Cedex, France
devant le jury composé de
- Christophe JEGO - Professeur des universités - ENSEIRB-MATMECA - Bordeaux INP - Directeur de these
- Jean-Pierre CANCES - Professeur des universités - ENSIL-ENSCI - Université de Limoges - Rapporteur
- Raphaël LE BIDAN - Maître de conférences - IMT Atlantique - Rapporteur
- Charly POULLIAT - Professeur des universités - ENSEEIHT - Toulouse INP - Examinateur
- Antonio CIPRIANO - Docteur - Thales SIX GTS - Examinateur
- Camille LEROUX - Maître de conférences - ENSEIRB-MATMECA - Bordeaux INP - CoDirecteur de these
La Propagation d'Espérance (Expectation Propagation, EP) est une technique puissante utilisée en inférence statistique pour approximer des distributions de probabilités complexes par des distributions plus simples de la famille exponentielle, grâce à un appariement des moments. Des travaux récents ont démontré que son application à la conception de récepteurs numériques offre un compromis intéressant entre complexité et performance. En affinant de manière itérative les estimations de signal via une approche de passage de messages, l'EP fournit un cadre robuste pour relever des défis dans les systèmes de communication numérique, tels que l'interférence inter-symboles (ISI) dans les canaux à large bande. Dans cette thèse, un égaliseur linéaire auto-itératif en domaine fréquentiel basé sur l'EP (Frequency Domain Self-Iterated Linear Equalizer, FD-SILE) est étudié. Il est composé d'un égaliseur, d'un démappeur souple et d'un mappeur souple. Ces composantes exploitent le retour d'information de l'EP dans un processus d'auto-itération. Bien que le FD-SILE basé sur l'EP présente un compromis complexité-performance favorable, sa complexité computationnelle reste prohibitive pour des implémentations matérielles, notamment pour des constellations d'ordre élevé. Afin de réduire cette complexité, des simplifications analytiques sont introduites pour les processus de mappage et de démappage souples. Ces simplifications permettent une réduction significative de la complexité tout en préservant les performances en termes de taux d'erreurs binaires (Bit Error Rate, BER). Dans le cadre de cette thèse, des versions en virgule fixe des mappeurs et démappeurs souples simplifiés sont développées pour permettre la conception d'architectures. Différentes architectures sont conçues pour les schémas de modulation BPSK, QPSK, 8-PSK et 16-QAM. Ces architectures sont ensuite optimisées par pipeline, ce qui réduit considérablement le nombre de cycles d'horloge par trame. Une architecture flexible et pipelinée, capable de changer dynamiquement de constellation à chaque trame, est ensuite conçue et implémentée sur un dispositif FPGA. La validation est effectuée à l'aide d'une configuration hardware-in-the-loop (HIL), qui intègre un environnement de simulation sur ordinateur avec l'architecture implémentée sur FPGA, déployée sur une plateforme Zynq MPSoC.