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Approche qualitative
Jimmy Perron
Patrick Pelletier
Benjamin Rivalland
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Plan général de l’exposé
 Raisonnement qualitatif
 Représentation qualitative de l’espace
 Raisonnement qualitatif sp...
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Raisonnement qualitatif
 Définition
 Pourquoi ?
 Objectifs
 Différentes approches
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Raisonnement qualitatif
 Abstraction d’une réalité
 Discrétisation des valeurs continues
 Dérivation des comportement...
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Pourquoi ?
 Perception humaine qualitative
 + naturel de modéliser qualitativement
 Manque de données quantitatives
...
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Objectifs
 Dégager les modèles qualitatifs des lois
physiques, économiques…
 Prédire des comportements à partir
d'une ...
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Objectifs
 Fournir des modèles pour l’IA
 Fournir des modèles de fonctionnement
pour les systèmes experts
 Combiner l...
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Raisonnement qualitatif
 Définition
 Pourquoi ?
 Objectifs
 Différentes approches
 Approche centrée contraintes
 A...
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Approche centrée contraintes
 Abstraction du système
 paramètres + contraintes
 Algorithme QSIM
 déterminer les tran...
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États & transitions
Exemple : boule de neige lancée vers le haut
 QS(x,(ti,ti+1)) P QS(x, ti+1) I QS(x,
(ti+1,ti+2))
...
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Les contraintes arithmétiques
 ADD(f, g, h)
 MULT(f, g, h)
 MINUS(f, g)
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Les contraintes fonctionnelles
 M+(f, g)
 f(t) = H(g(t))
 H'(t) > 0 ∀ t
 M-(f, g)
 f(t) = H(g(t))
 H'(t) < 0 ∀ t
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Les contraintes dérivées
 DERIV(f, g)
 f'(t) = g(t) ∀ t
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Approche centrée composants
 Modèle qualitatif de la physique
 Composants + connexions
 Principes :
 No-function-in...
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Approche centrée composants
 Comportement dérivé par l’interaction
des comportements des composants
 Notion de causal...
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Approche centrée processus
 Vues individuelles
 États possibles du système
 3 attributs
 composants de la vue
 con...
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Approche centrée processus
 I+(q, n)
 q influe positivement sur la quantité n
 I-(q, n)
 q influe négativement sur ...
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Approche centrée processus
 Prédiction
 Instanciation et activation d'une vue
individuelle lorsqu'un ensemble d'indiv...
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Comparaisons & limitations
 Espace des quantités
 Même espace qualitatif discret
 Perte d’information  ?!
 Abstrac...
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Comparaisons & limitations
 Approche centrée contraintes
 délaisse la modélisation
 2 autres approches
 modélisatio...
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Application pour les SE
 Heuristiques
 Limitation dans les explications
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Systèmes experts de
seconde génération
 Ajout de métaconnaissance
 Intégration de la causalité
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Plan général de l’exposé
 Raisonnement qualitatif
 Représentation qualitative de l’espace
 Raisonnement qualitatif s...
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Plan de la section
 Propriétés du monde réel
 Notion de point de vue
 Facteurs déterminant la position
 Topologie
...
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Le monde à représenter
 Propriétés de l’espace physique :
 Continue et homogène
 Les objets ont une extension positi...
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Représentation qualitative
Point de vue
 Point de vue
A
B
C
Chaque observateur perçoit différemment la scène
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Représentation qualitative
« Frame » de référence
 L’expression d’une position relative
comprend :
 L’objet primaire
...
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Représentation qualitative
« Frame » de référence
 Déictique
 Décrit la relation à partir de l’observateur
 Intrinsè...
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Représentation qualitative
« Frame » de référence
 Extrinsèque ou Environnementale
 Décrit la relation à partir de fa...
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Plan de la section
 Propriétés du monde réel
 Notion de point de vue
 Facteurs déterminant la position
 Topologie
...
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Facteurs déterminant la
position relative d’un objet
Relations Topologiques
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Relations topologiques
 Description de la relation entre les contours
 Ils sont loin
 Ils sont près
 Ils se touchen...
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Relations topologiques
Egenhofer et Franzosa (1991)
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Facteurs déterminant la
position relative d’un objet
Relation d’orientation
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Relation d’orientation
Orientation de niveau 1
 Limitée à 2 orientations : gauche ou droite
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Relation d’orientation
 Orientation de Niveau 3
 Beaucoup plus explicite
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Relation d’orientation
Exemple
 Lorsqu’on entre dans la pièce, la première chose que
nous voyons est une table de bill...
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Relation d’orientation
Exemple
• <B, [d, r], M>
• <B, [d, f], BB, {intrinsèque}>
• <P, [d, l], M>
• <Ds, [d, b], P>
• <...
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Plan de la section
 Propriétés du monde réel
 Notion de point de vue
 Facteurs déterminant la position
 Topologie
...
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Objets avec extension
Avec extension Sans extension
Des ambiguïtés peuvent se produire
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Objets avec extension
Solution 1
Les espaces d’orientation s’entrecoupent
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Objets avec extension
Solution 2
Un objet peut avoir plus d’une orientation
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Objets avec extension
Solution 3
Les zones d’orientations se modifient selon la forme de l’objet
Cette méthode ne perme...
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Plan de la section
 Propriétés du monde réel
 Notion de point de vue
 Facteurs déterminant la position
 Topologie
...
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Extension du Modèle
 Taille
 Distance
 Forme
 2D
 3D
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Taille
 A << B : A est beaucoup plus petit que B
 A -< B : A est modérément plus petit que B
 A ~< B : A est un peu ...
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Distance
 Très Près
 Près
 Loin
 Très loin
R A
B
• A est près de R
• B est loin de A
 B est loin de R
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Formes 2D
 Formes primitives
 Cercle
 Rectangle
 Triangle
 Ces formes peuvent être transformées :
 Représentation...
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Formes 2D
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Formes 3D
 Composées de plusieurs formes 2D
Relations entre les primitives qui composent l’objet  qualitatif
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Plan général de l’exposé
 Raisonnement qualitatif
 Représentation qualitative de l’espace
 Raisonnement qualitatif s...
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Plan de la section
 Composition de relations spatiales
 Transformation entre « frames » de références
 Composition d...
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Composition de relations spatiales
 Transformation entre frames de références
 L’orientation de l’objet parent peut ê...
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Composition de relations spatiales
 Composition de relations topologiques
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Composition de relations spatiales
 Composition de relations d'orientations
A[]B B[]C
b lb l lf f rf r rb
b {b} {b,lb}...
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Composition de relations spatiales
 Composition de relations
topologique/orientation
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Composition de relations spatiales
 Composition de relations
topologique/orientation
A[]B B[]C
[t,b] [t,l] [t,f] [t,r]...
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E
E
E
C
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Composition de relations spatiales
 Composition de relations
topologique/orientation
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Composition de relations spatiales
 Raisonnement à partir de relations
 La table (T) est au niveau de la fenêtre (F)
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Composition de relations spatiales
 Raisonnement à partir de relations
R1
TF
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Composition de relations spatiales
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 Raisonnement à partir de relations
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Composition de relations spatiales
 Raisonnement à partir de relations
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CF R2
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TF R1
ECR1
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EF
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Composition de relations spatiales
 Raisonnement à partir de relations
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ET R1
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Plan de la section
 Composition de relations spatiales
 Transformation entre « frames » de références
 Composition d...
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Classifications des verbes
 Classifications antérieures
 Mouvement positionnel (ex arriver)
 Forme de mouvement (ex ...
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Classifications des verbes
 Les verbes de déplacement
 La polarité
 Initial (quitter, évacuer) : I
 Médiane (arpent...
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Classifications des verbes
 Les verbes de déplacement
 Le transitionnel (+ / -)
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Classifications des verbes
 Les verbes de déplacement
 Structure de données
évacuer
event
ARG1 : cible
Event_Str ARG2...
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Classifications des verbes
 Les verbes de déplacement
 Structure de données
Pour les verbes médian :
monter
polarité ...
70
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Approche qualitative en intelligence artificielle

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Approche qualitative en intelligence artificielle

  1. 1. 1 Approche qualitative Jimmy Perron Patrick Pelletier Benjamin Rivalland
  2. 2. 2 Plan général de l’exposé  Raisonnement qualitatif  Représentation qualitative de l’espace  Raisonnement qualitatif spatial  Démonstration
  3. 3. 3 Raisonnement qualitatif  Définition  Pourquoi ?  Objectifs  Différentes approches
  4. 4. 4 Raisonnement qualitatif  Abstraction d’une réalité  Discrétisation des valeurs continues  Dérivation des comportements à partir de l’abstraction
  5. 5. 5 Pourquoi ?  Perception humaine qualitative  + naturel de modéliser qualitativement  Manque de données quantitatives  Traitement des données trop coûteux  Construction d’un modèle quantitatif complet impossible  Manque de raisonnement de bon sens {
  6. 6. 6 Objectifs  Dégager les modèles qualitatifs des lois physiques, économiques…  Prédire des comportements à partir d'une description qualitative  Expliciter les relations causales dans les systèmes physiques
  7. 7. 7 Objectifs  Fournir des modèles pour l’IA  Fournir des modèles de fonctionnement pour les systèmes experts  Combiner les modèles qualitatifs et quantitatifs.
  8. 8. 8 Raisonnement qualitatif  Définition  Pourquoi ?  Objectifs  Différentes approches  Approche centrée contraintes  Approche centrée composants  Approche centrée processus  Comparaisons & limitations
  9. 9. 9 Approche centrée contraintes  Abstraction du système  paramètres + contraintes  Algorithme QSIM  déterminer les transitions légales des états qualitatifs de chacun des paramètres  filtre les combinaisons résultantes à l’aide des contraintes  calcule incrémentalement les instants limites  séquence alternée d'instants et d'intervalles ouverts d'instants consécutifs
  10. 10. 10 États & transitions Exemple : boule de neige lancée vers le haut  QS(x,(ti,ti+1)) P QS(x, ti+1) I QS(x, (ti+1,ti+2))  <qval,qdir>  <qval,qdir>  <qval,qdir>  <(h,h+1),inc>  <h+1,std>  <(h+1,h),dec> QS(x, ti+2) I QS(x, (ti+2,ti+3)) <(h,h-1),dec>  <(h-1),std>
  11. 11. 11 Les contraintes arithmétiques  ADD(f, g, h)  MULT(f, g, h)  MINUS(f, g)
  12. 12. 12 Les contraintes fonctionnelles  M+(f, g)  f(t) = H(g(t))  H'(t) > 0 ∀ t  M-(f, g)  f(t) = H(g(t))  H'(t) < 0 ∀ t
  13. 13. 13 Les contraintes dérivées  DERIV(f, g)  f'(t) = g(t) ∀ t
  14. 14. 14 Approche centrée composants  Modèle qualitatif de la physique  Composants + connexions  Principes :  No-function-in-structure  Localité  Hypothèses de la classe générale
  15. 15. 15 Approche centrée composants  Comportement dérivé par l’interaction des comportements des composants  Notion de causalité
  16. 16. 16 Approche centrée processus  Vues individuelles  États possibles du système  3 attributs  composants de la vue  conditions internes ou externes  relations entre les composants  Processus  Vue individuelle  Description des influences qui causent les changements d’une quantité
  17. 17. 17 Approche centrée processus  I+(q, n)  q influe positivement sur la quantité n  I-(q, n)  q influe négativement sur la quantité n  I±(q, n)  q influence n sans en spécifier le sens
  18. 18. 18 Approche centrée processus  Prédiction  Instanciation et activation d'une vue individuelle lorsqu'un ensemble d'individus satisfait les conditions individuelles  Changements d’états par des processus  Effets sur les composants
  19. 19. 19 Comparaisons & limitations  Espace des quantités  Même espace qualitatif discret  Perte d’information  ?!  Abstractions différentes  Paramètres + contraintes  Composants + connexions  Vues individuelles
  20. 20. 20 Comparaisons & limitations  Approche centrée contraintes  délaisse la modélisation  2 autres approches  modélisation mieux structurée  3è : difficile d’identifier les processus  Limitation du raisonnement sur le temps
  21. 21. 21 Application pour les SE  Heuristiques  Limitation dans les explications
  22. 22. 22 Systèmes experts de seconde génération  Ajout de métaconnaissance  Intégration de la causalité
  23. 23. 23 Plan général de l’exposé  Raisonnement qualitatif  Représentation qualitative de l’espace  Raisonnement qualitatif spatial
  24. 24. 24 Plan de la section  Propriétés du monde réel  Notion de point de vue  Facteurs déterminant la position  Topologie  Orientation  Objets avec extension  Extension du modèle
  25. 25. 25 Le monde à représenter  Propriétés de l’espace physique :  Continue et homogène  Les objets ont une extension positive  Concept d’identité  Concept de localisation  Mouvements possibles : seulement dans les environs de l’objet
  26. 26. 26 Représentation qualitative Point de vue  Point de vue A B C Chaque observateur perçoit différemment la scène
  27. 27. 27 Représentation qualitative « Frame » de référence  L’expression d’une position relative comprend :  L’objet primaire  L’objet de référence  Le point de vue
  28. 28. 28 Représentation qualitative « Frame » de référence  Déictique  Décrit la relation à partir de l’observateur  Intrinsèque  Décrit la relation à partir d’une propriété de l’objet de référence
  29. 29. 29 Représentation qualitative « Frame » de référence  Extrinsèque ou Environnementale  Décrit la relation à partir de facteurs externes :  Point cardinaux : Nord, Sud, Est, Ouest  Mouvement d’un autre objet  Direction de la gravité de la terre
  30. 30. 30 Plan de la section  Propriétés du monde réel  Notion de point de vue  Facteurs déterminant la position  Topologie  Orientation  Objets avec extension  Extension du modèle
  31. 31. 31 Facteurs déterminant la position relative d’un objet Relations Topologiques
  32. 32. 32 Relations topologiques  Description de la relation entre les contours  Ils sont loin  Ils sont près  Ils se touchent  Il se recouvrent  L’un est inclus dans l’autre La relation décrivant deux objets égaux n’apparaît pas
  33. 33. 33 Relations topologiques Egenhofer et Franzosa (1991)
  34. 34. 34 Facteurs déterminant la position relative d’un objet Relation d’orientation
  35. 35. 35 Relation d’orientation Orientation de niveau 1  Limitée à 2 orientations : gauche ou droite
  36. 36. 36 Relation d’orientation  Orientation de Niveau 3  Beaucoup plus explicite
  37. 37. 37 Relation d’orientation Exemple  Lorsqu’on entre dans la pièce, la première chose que nous voyons est une table de billard (B) sur la droite et en face, un tableau (BB).  Sur la gauche, à l’arrière d’un paravent (P), il y a un groupe de bureaux (Ds).  Un photocopieur (C) sur le côté des bureaux.
  38. 38. 38 Relation d’orientation Exemple • <B, [d, r], M> • <B, [d, f], BB, {intrinsèque}> • <P, [d, l], M> • <Ds, [d, b], P> • <C, [{d, t}, {r, l}], Ds> Ici nous avons une ambiguïté
  39. 39. 39 Plan de la section  Propriétés du monde réel  Notion de point de vue  Facteurs déterminant la position  Topologie  Orientation  Objets avec extension  Extension du modèle
  40. 40. 40 Objets avec extension Avec extension Sans extension Des ambiguïtés peuvent se produire
  41. 41. 41 Objets avec extension Solution 1 Les espaces d’orientation s’entrecoupent
  42. 42. 42 Objets avec extension Solution 2 Un objet peut avoir plus d’une orientation
  43. 43. 43 Objets avec extension Solution 3 Les zones d’orientations se modifient selon la forme de l’objet Cette méthode ne permet pas la superposition des objets
  44. 44. 44 Plan de la section  Propriétés du monde réel  Notion de point de vue  Facteurs déterminant la position  Topologie  Orientation  Objets avec extension  Extension du modèle
  45. 45. 45 Extension du Modèle  Taille  Distance  Forme  2D  3D
  46. 46. 46 Taille  A << B : A est beaucoup plus petit que B  A -< B : A est modérément plus petit que B  A ~< B : A est un peu plus petit que B  A == B : A est égal à B  A >~ B : A est un peu plus grand que B  A >- B : A est modérément plus grand que B  A >> B : A est beaucoup plus grand que B
  47. 47. 47 Distance  Très Près  Près  Loin  Très loin R A B • A est près de R • B est loin de A  B est loin de R
  48. 48. 48 Formes 2D  Formes primitives  Cercle  Rectangle  Triangle  Ces formes peuvent être transformées :  Représentation axiale  Angle de croisement des axes  Position de l’intersection des axes
  49. 49. 49 Formes 2D
  50. 50. 50 Formes 3D  Composées de plusieurs formes 2D Relations entre les primitives qui composent l’objet  qualitatif
  51. 51. 51 Plan général de l’exposé  Raisonnement qualitatif  Représentation qualitative de l’espace  Raisonnement qualitatif spatial
  52. 52. 52 Plan de la section  Composition de relations spatiales  Transformation entre « frames » de références  Composition de relations topologiques  Composition de relations d'orientations  Composition de relation topologique / orientation  Raisonnement à partir de relations  Classification des verbes  Classifications antérieurs  Les verbes de déplacement
  53. 53. 53 Composition de relations spatiales  Transformation entre frames de références  L’orientation de l’objet parent peut être intrinsèque, extrinsèque ou déictique.  La « frame » de référence implicite est donné par l’orientation de l’objet parent.
  54. 54. 54 Composition de relations spatiales  Composition de relations topologiques
  55. 55. 55 Composition de relations spatiales  Composition de relations d'orientations A[]B B[]C b lb l lf f rf r rb b {b} {b,lb} {b,lb,l} {b,lb,l,lf} { ?} {b,rb,r,rf} {b,rb,r} {b,rb} lb {lb,b} {lb} {lb,l} {lb,l,lf} {lb,l,lf,f} { ?} {lb,b,rb,r} {lb,b,rb} l {l,lb,b} {l,lb} {l} {l,lf} {l,lf,f} {l,lf,f,rf} { ?} {l,lb,b,rb} lf {lf,l,lb,b} {lf,l,lb} {lf ,l} {lf} {lf,f} {lf,f,rf} {lf,f,rf,r} { ?} f { ?} {f,lf,l,lb} {f,lf,l} {f,lf} {f} {f,rf} {f,rf,r} {f,rf,r,rb} rf {rf,r,rb,b} { ?} {rf,f,lf,l} {rf,f,lf} {rf,f} {rf} {rf,r} {rf,r,rb} r {r,rb,b} {r,rb,b,lb} { ?} {r,rf,f,lf} {r,rf,f} {r,rf} {r} {r,rb} rb {rb,b} {rb,b,lb} {rb,b,lb,l} { ?} {rb,r,rf,f} {rb,r,rf} {rb,r} {rb}
  56. 56. 56 Composition de relations spatiales  Composition de relations topologique/orientation
  57. 57. 57 Composition de relations spatiales  Composition de relations topologique/orientation A[]B B[]C [t,b] [t,l] [t,f] [t,r] [d,b] [d,b] [{d,t,o},{b,l}] [{d,t,o},{l,b,r}] [{d,t,o},{b,r}] [d,l] [{d,t,o},{l,b}] [d,l] [{d,t,o},{l,f}] [{d,t,o},{l,f,b}] [d,f] [{d,t,o},{l,f,r}] [{d,t,o},{l,f}] [d,f] [{d,t,o},{f,r}] [d,r] [{d,t,o},{r,b}] [{d,t,o},{r,f,b}] [{d,t,o},{f,r}] [d,r]
  58. 58. 58 E E E C D E D A C Composition de relations spatiales  Composition de relations topologique/orientation
  59. 59. 59 Composition de relations spatiales  Raisonnement à partir de relations  La table (T) est au niveau de la fenêtre (F)  Devant la table il y a une chaise (C)  Une étagère est placé à côté de la table (E)  <T, [t, f], F>  <C, {[d, f], [t, f]}, T>  <E, {[d, l], [d, r]}, T>
  60. 60. 60 Composition de relations spatiales  Raisonnement à partir de relations R1 TF R1 EF R1 CF R1 ET R1 CT
  61. 61. 61 Composition de relations spatiales R1 CT R1 CF R2 ET R1 TF R1 ECR1 ET R1 EF R2 EF  Raisonnement à partir de relations
  62. 62. 62 Composition de relations spatiales  Raisonnement à partir de relations R1 CT R1 CF R2 ET R1 TF R1 ECR1 ET R1 EF R2 EF
  63. 63. 63 Composition de relations spatiales  Raisonnement à partir de relations R1 ET R1 CTR1 ET R1 EF
  64. 64. 64 Plan de la section  Composition de relations spatiales  Transformation entre « frames » de références  Composition de relations topologiques  Composition de relations d'orientations  Composition de relation topologique / orientation  Raisonnement à partir de relations  Classifications des verbes  Classifications antérieurs  Les verbes de déplacement
  65. 65. 65 Classifications des verbes  Classifications antérieures  Mouvement positionnel (ex arriver)  Forme de mouvement (ex zigzaguer)  Evolution (accélérer)  Changement de lieu  Changement de position  Changement de posture (ex s'asseoir)  accomplissement et achèvement (pour exprimer des constructions progressives) Jayes (1993) Asher et  Sablayrelles  (1995)
  66. 66. 66 Classifications des verbes  Les verbes de déplacement  La polarité  Initial (quitter, évacuer) : I  Médiane (arpenter, traverser, franchir, approcher) : M  Finale (atteindre, envahir) : F  Relations de localisations  Interne : I  Contact : C  Spécifique : S  Neutre : N
  67. 67. 67 Classifications des verbes  Les verbes de déplacement  Le transitionnel (+ / -)
  68. 68. 68 Classifications des verbes  Les verbes de déplacement  Structure de données évacuer event ARG1 : cible Event_Str ARG2 : site procès : évacuer polarité : initiale Mvt_Str loc. rel. : interne transitionnel +
  69. 69. 69 Classifications des verbes  Les verbes de déplacement  Structure de données Pour les verbes médian : monter polarité : médian Mvt_Str loc. rel. : [spécifique [ tupe : <le_bas_de, le_haut_de>] transitionnel +
  70. 70. 70 Démonstration

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