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Modélisation cognitive computationnelle de trajets oculomoteurs lors d'une tâche de recherche d'information Myriam Chanceaux 24 novembre 2009 Mme Anne.

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1 Modélisation cognitive computationnelle de trajets oculomoteurs lors d'une tâche de recherche d'information Myriam Chanceaux 24 novembre 2009 Mme Anne Guérin-Dugué M. Benoît Lemaire Mme Mireille Bétrancourt Mme Karine Doré-Mazars M. Frédéric Alexandre M. Thierry Baccino M. Jean Caelen Directeurs : Rapporteurs : Examinateurs :

2 Application à un environnement complexe Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Plan Soutenance Myriam Chanceaux2 / 42 24/11/2009

3 Soutenance Myriam Chanceaux3 / 42 24/11/2009 Processus ascendants Processus descendants Proche- Orient Tâche de recherche dinformation

4 Soutenance Myriam Chanceaux4 / 42 24/11/2009 Modélisation cognitive Modéliser pour comprendre les processus cognitifs impliqués Modéliser pour prédire le comportement des utilisateurs Simulation de trajets oculomoteurs Recherche guidée par un but

5 Soutenance Myriam Chanceaux5 / 42 24/11/2009 Contexte Image Saillance visuelle (Treisman & Gelade, 1980) (Itti & Koch, 2000) Recherche visuelle Guided search 4.0 (Wolfe, 2007) Area activation model (Pomplun, 2007) (Navalpakkam & Itti, 2007) Texte Lecture EZ-Reader (Reichle et al, 1998) SWIFT (Engbert et al., 2002) LSA (Landauer, 2007) Navigation CoLiDeS (Kitajima et al, 2000) Snif-Act (Pirolli & Fu, 2003) EZ-ReaderSWIFT Exemple de tâche : trouver un site avec la date d'une pièce de théâtre Simulation des actions Liens cliqués Pages abandonnées Chaque lien a une valeur informative (Information Scent) Chaque page a une valeur informative moyenne

6 Analyse de la sémantique latente (LSA) Landauer, 2007 Modèle cognitif computationnel de représentation des connaissances sémantiques en mémoire à long terme A partir de grand corpus de texte 24 Millions de mots issus des articles du Monde de lannée 1999 Matrice de co-occurrence entre les termes et les documents et décomposition en valeurs singulières Représentation vectorielle des mots dans un espace denviron 300 dimensions Similarité entre mots ou groupes de mots mesurée par le cosinus entre les vecteurs Proximité sémantique calculée avec LSA proche du jugement humain Soutenance Myriam Chanceaux6 / 42 24/11/2009 soupe citron chocolat pharmacie apport plante vigne gibier saveur extrait litre poison marmite tonneau floraison jardinier mouche cruche feuillage sueur jardin chasse linge réserve sommeil faiblesse prairie militaire chagrin commerce jument merveille Corpus de textes LSA

7 Soutenance Myriam Chanceaux7 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

8 Soutenance Myriam Chanceaux8 / 42 24/11/2009 Interaction des processus

9 Soutenance Myriam Chanceaux9 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

10 Soutenance Myriam Chanceaux10 / 42 24/11/2009 Exemple de page Objectif : Trouver linstrument de musique le plus petit

11 Objectif : Trouver le poisson le plus dangereux Fixation courante sur baleine Soutenance Myriam Chanceaux11 / 42 24/11/2009 Processus modélisés Visuel Acuité Saillance Sémantique Plus les éléments sont proches spatialement plus ils le sont sémantiquement Mémoire Mécanisme doubli Intégration Somme pondérée ++=

12 Soutenance Myriam Chanceaux12 / 42 24/11/2009 Variable Memory Model Arani, 1984 ; Horowitz, paramètres Encodage θ Récupération φ À la i ème époque le modèle se souvient de litem vu à la k ième époque avec la probabilité P i,k = θ φ i-k Tâche de recherche visuelle θ=0.82 φ=0.86

13 Soutenance Myriam Chanceaux13 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

14 Soutenance Myriam Chanceaux14 / 42 24/11/2009 Expérimentations Méthode 18 pages (recherches) par participant 3 conditions visuelles (intra-sujet) 2 conditions sémantiques (inter-sujet) Deux versions Mots de taille variable (de 13 à 19 ) 43 participants Mots de couleur variable (rouge et noir) 29 participants

15 Soutenance Myriam Chanceaux15 / 42 24/11/2009 Processus expérimental

16 Soutenance Myriam Chanceaux16 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

17 Soutenance Myriam Chanceaux17 / 42 24/11/2009 Besoin de variables « haut- niveau » pour comparer les données et ajuster les paramètres du modèle Nombre de mots vus avant datteindre la cible Taux de saccades progressives (saccades se rapprochant de la cible) Exemple Quelle est la plante la plus piquante? Cible : Cactus 7 mots Tx : mots Tx : mots Tx : 0.71

18 Soutenance Myriam Chanceaux18 / 42 24/11/2009 Ajustement des paramètres Pondération des processus α V (visuel), α M (mémoire) et α S (sémantique) tels que α V + α M + α S =1 Paramétrisation de la mémoire θ (encodage) et Ф (récupération)

19 24/11/2009 Soutenance Myriam Chanceaux19 / 42 Résultats des comparaisons Expé Taille Expé Couleur

20 Soutenance Myriam Chanceaux20 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

21 Soutenance Myriam Chanceaux21 / 42 24/11/2009 Matériel expérimental Paragraphes de texte Deux organisations des blocs En lignes et en colonnes En pêle-mêle Avec titre Sans titre

22 Soutenance Myriam Chanceaux22 / 42 24/11/2009 Modélisation à deux niveaux Au niveau des blocs Quel sera le prochain bloc? Premières visites Revisites Au niveau des mots Quand quitte-t-on le bloc? Lecture du texte

23 Soutenance Myriam Chanceaux23 / 42 24/11/2009 Niveau des blocs : 1 ères visites Parcours planifié Gist Visite séquentielle de tous les blocs 2 paramètres pour simuler les préférences culturelles Préférence vers le bas Préférence vers la droite

24 Soutenance Myriam Chanceaux24 / 42 24/11/2009 Niveau des blocs : revisites Plusieurs processus en compétition à intégrer Processus sémantico-mnésique - SMem Mécanisme doubli (IOR, VMM) Tendance à retourner vers les blocs oubliés Intérêt des blocs (LSA) Tendance à retourner vers les blocs intéressants Processus visuel - Vis Acuité visuelle Tendance à aller vers les blocs proches spatialement

25 Soutenance Myriam Chanceaux25 / 42 24/11/2009 Niveau des mots Modèle simple de lecture mot à mot du bloc Étiquetage morpho-syntaxique des mots avec Tree-Tagger : omission des mots-outils Continuer ou arrêter la lecture? Similarité LSA entre la séquence de mots traités et le thème de la recherche Abandon du paragraphe sil est très proche du thème ou pas pertinent du tout Thème : Victoire des footballeurs

26 Niveau des mots : Titre Organisateur paratextuel Oriente la lecture Prise en compte du titre dans le modèle en doublant son poids Calcul de similarité entre le thème « Hausse de la bourse » et « Finance Finance bourse tokyo, etc » Soutenance Myriam Chanceaux26 /42 24/11/2009

27 Soutenance Myriam Chanceaux27 / 42 24/11/2009 Exemple de trajet simulé Thème de recherche : Observation des planètes

28 Soutenance Myriam Chanceaux28 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

29 Soutenance Myriam Chanceaux29 / 42 24/11/2009 Matériel expérimental Sélection de 20 thèmes de recherche Observation des planètes, aide aux réfugiés, réchauffement climatique, conflit en Irak, réforme de la justice, etc. 7 paragraphes par page 2 paragraphes fortement associés au thème (Association Forte, AF) 2 paragraphes moyennement associés (Association Faible, Afa) 3 paragraphes sans lien (Aucune Association, AA) Une photographie (reliée à un AF ou AA) 2 organisations : Lignes et colonnes (3 blocs avec un fond coloré) 38 participants Pêle-mêle 27 participants (15 Avec Titre et 12 Sans Titre)

30 Soutenance Myriam Chanceaux30 / 42 24/11/2009 Processus expérimental

31 Premières analyses Soutenance Myriam Chanceaux31 / 42 24/11/2009

32 Soutenance Myriam Chanceaux32 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

33 Soutenance Myriam Chanceaux33 / 42 24/11/2009 Optimisation des intervalles de variation des paramètres à partir de calculs de distance de Levenshtein Préférence vers le bas Préférence vers la droite Ajustement des paramètres (1) N U Z N2 U2 Z2

34 Soutenance Myriam Chanceaux34 / 42 24/11/2009 Ajustement des paramètres (2) Prise en compte du titre 2 paramètres : 1 ère fixation 2 nde fixation

35 Soutenance Myriam Chanceaux35 / 42 24/11/2009 Matrices de transition ParticipantsModèle Comparaisons données empiriques et simulées Au niveau des blocs : Lignes & colonnes

36 Soutenance Myriam Chanceaux36 / 42 24/11/2009 Comparaisons données empiriques et simulées Au niveau des blocs : Pêle-mêle Directions des transitions

37 Soutenance Myriam Chanceaux37 / 42 24/11/2009 En lignes et en colonnesPêle-mêle Comparaisons données empiriques et simulées Au niveau des blocs : Revisites Taux de blocs revisités selon le type de bloc (Association Forte, Association Faible ou Aucune Association)

38 Soutenance Myriam Chanceaux38 / 42 24/11/2009 Sans Titre Avec Titre 10 fixations, 31 mots tx = 0.32 Comparaisons données empiriques et simulées Au niveau des mots Taux de lecture (nombre de fixations / nombre de mots) selon le type de bloc (Association Forte, Association Faible ou Aucune Association)

39 Soutenance Myriam Chanceaux39 / 42 24/11/2009 Contexte et Problématique Modélisation Conclusions et Perspectives Application à un environnement simple Application à un environnement complexe Expérimentations Ajustement des paramètres et validation Expérimentations Ajustement des paramètres et validation

40 Soutenance Myriam Chanceaux40 / 42 24/11/2009 Conclusions Modèle qui permet de simuler la scrutation dune page lors dune tâche de recherche dinformation Prise en compte de différents types dinformation Travail pluridisciplinaire Premières simulations permettant une base solide pour de futurs travaux

41 Soutenance Myriam Chanceaux41 / 42 24/11/2009 Modélisation des durées des fixations Saccades exploratoires Prise en compte de processus décisionnels, permettant larrêt de la recherche Intégration des différences inter-individuelles Ajout dun système de saillance visuelle plus complexe et traitement de la photo Application à des environnements encore plus complexes et plus proches de réelles pages Web Perspectives

42 Merci de votre attention


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