Raisonnement temporel qualitatif et espaces conceptuels

1. Motivation : Représentation du temps linguistique

a. Notions, temps et aspect
b. Chaînes polytypées
c. Sites temporels
d. Un exemple d'utilisation : représentation des scènes

2. Le raisonnement temporel qualitatif

a. Intervalles et relations d'Allen
b. Opérations sur les relations
c. Intervalles généralisés
d. Réseaux et propagation de contraintes
e. Problèmes de complexité

3. Du symbolique au conceptuel

a. Espaces conceptuels, notions naturelles
b. Application au domaine temporel
c. Exemples

4. Apport des représentations conceptuelles

a. Convexité des relations
b. Notions de préconvexité
c. Caractérisation de classes traitables
d. Visualisation et maximalité

5. Extensions

a. Formalismes hybrides
b. Raisonnement spatial

Comme l'indique son titre, ce cours présente une approche de la formalisation du temps sensiblement différente des approches purement logiques :

s'agissant de représentation du temps en général, et du temps linguistique en particulier, ce cours s'attache à présenter un domaine de l'Intelligence Artificielle souvent désigné par l'expression " raisonnement spatio-temporel qualitatif ", domaine dont l'origine est constituée par l'introduction de la " logique d'Allen " au début des années quatre-vingts. Ainsi que l'a montré Allen dès cette époque, un avantage de ce type de formalisme est sa mise en relation naturelle avec des techniques de propagation de contraintes, qui présentent l'avantage se se prêter naturellement à l'implémentation, et qui par ailleurs sont développées et perfectionnées par une communauté très active (domaine dit des CSP ou " problèmes de propagation des contraintes "). Dans l'ensemble considérable de travaux relevant des formalismes issus de celui d'Allen, nous examinerons plus particulièrement certains d'entre eux qui étendent le formalisme d'Allen à des fins d'applications faisant intervenir des chaînes d'intervalles plutôt que des intervalles simples. L'introduction des notions correspondantes a été motivée par la représentation de données temporelles textuelles, et nous évoquerons des travaux récents faisant usage de ces formalismes.

L'intelligence artificielle dont il est question ici relève du domaine des représentations symboliques. Du point de vue logique, les formalismes symboliques ont des modèles de type ensembliste, donc formellement très pauvres. Or le domaine temporel (ou spatial) possède des propriétés géométriques et topologiques dont les représentations purement symboliques rendent compte de manière malaisée. Ces propriétés donnent naissance, au niveau des relations entre entités temporelles qui nous intéressent, à des structures géométriques et topologiques qui, du point cognitif, forment partie intégrante des conceptualisations que nous faisons des notions temporelles. Nous proposons d'interpréter l'introduction de ces structures en termes des " espaces conceptuels " proposés par Gärdenfors.

Une fois mises en place les descriptions des " espaces conceptuels " attachés aux différents formalismes temporels, nous montrons les avantages qu'apportent les notions géométriques et topologiques à l'étude des formalismes, en particulier pour ce qui touche à leurs propriétés de complexité. Nous obtenons ainsi des justifications, ou du moins des motivations intuitives de résultats qui peuvent en partie être décrits également de manière purement syntaxique. Nous pensons que ce type de résultat fournit, indépendamment des arguments liés à la cognition, une justification supplémentaire de l'introduction du niveau conceptuel.

Enfin, dans la dernière partie du cours, nous signalons les nombreuses applications qui ont été faites des notions " conceptuelles " dans des domaines voisins, en particulier concernant les raisonnements hybrides (qualitatifs et quantitatifs), et le raisonnement spatial. Pour ce qui est des premiers, il est clair que de nombreuses applications liées au linguistique pourront tirer bénéfice de leur développement.

Bibliographie

Représentation du temps :

H. BESTOUGEFF, G. LIGOZAT Outils logiques pour le traitement du temps : de la linguistique à l'intelligence artificielle, (278p.), Masson, 1989, collection: "Études et recherches en informatique".

G. LIGOZAT, "Espace et Temps : Un nouveau domaine en sciences cognitives ?," dans Cognito, 1998.

G. LIGOZAT Invitation au raisonnement temporel, Ecole Thématique sur Documents et Evolution, Marseille, France, Cépaduès Editions, Toulouse, France, 2000.

Espaces conceptuels :

P. GÄRDENFORS, Conceptual spaces, The geometry of thought, MIT Press, 2000.

Applications des intervalles généralisés :

D. BATTISTELLI, Passer du texte à une séquence d'images : analyse spatio-temporelle de textes, modélisation et réalisation informatique (système SPAT), Thèse Université Paris IV, 2000.

C. VALLIEZ, Contribution à un système de visualisation de textes par des images, Thèse Université Paris IV, 2001.

Propriétés des formalismes :

G. LIGOZAT On Generalized Interval Calculi, Proceedings of the 9th Conference on Artificial Intelligence, (AAAI-91), July 14 -19, Anaheim, CA., p. 234-240, 1991.

G. LIGOZAT Temporal Reasoning Made Simpler. In Proceedings of The Seventh Conference on Industrial and Engineering Applications of Artificial Intelligence (IEA / AIE 94), May 31 - June 3, 1994, Austin, Texas.

G. LIGOZAT A New Proof of Tractability for ORD-Horn Relations," National Conference on Artificial Intelligence (AAAI-96), Portland, Oregon, 1996.

G. LIGOZAT Figures for Thought: Temporal reasoning with Pictures", AAAI-97 Workshop on Spatial and Temporal Reasoning, 14th National Conference on Artificial Intelligence, Providence, RI, 1997.

G. LIGOZAT Time, space and natural language processing," Working Papers in Natural Language Processing, A. Ralli, M. Grigoriadou, G. Philokyprou, D. Christodoulakis, and E. Galiotou, Eds. Diavlos, Athens, Greece, 1997, pp. 155-174.

G. LIGOZAT Generalized Intervals: A Guided Tour, ECAI-98 Workshop on Spatial and Temporal Reasoning (W22), Brighton, UK, 1998.

Ph. BALBIANI, J.-F. CONDOTTA, G. LIGOZAT, "Reasoning about generalized intervals; preconvex relations and tractability", Proceedings of the TIME-2000 Conference, 2000.