Caractérisation et plongement de sous-graphes colorés : application à la construction de modèles structures à activité (QSAR) - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2019

Characterization and embeddings of colored subgraphs : application to quantitative structure-activity relationship (QSAR) models

Caractérisation et plongement de sous-graphes colorés : application à la construction de modèles structures à activité (QSAR)

Abstract

In the field of chemistry, it is interesting to be able to estimate the physicochemical properties of molecules, especially for industrial applications. These are difficult to estimate by physical simulations, as their implementation often present prohibitive time complexity. However, the emergence of data (public or private) opens new perspectives for the treatment of these problems by statistical methods and machine learning. The main difficulty lies in the characterization of molecules: these are more like a network of atoms (in other words a colored graph) than a vector. Unfortunately, statistical modeling methods usually deal with observations encoded as such, hence the need for specific methods able to deal with graphs- encoded observations, called structure-activity relationships. The aim of this thesis is to take advantage of public corpora to learn the best possible representations of these structures, and to transfer this global knowledge to smaller datasets. We adapted methods used in automatic processing of natural languages to achieve this goal. To implement them, more theoretical work was needed, especially on the graph isomorphism problem. The results obtained on classification / regression tasks are at least competitive with the state of the art, and even sometimes better, in particular on restricted data sets, attesting some opportunities for transfer learning in this field.
Dans le domaine de la chimie, il est intéressant de pouvoir estimer des propriétés physico- chimiques de molécules, notamment pour des applications industrielles. Celles-ci sont difficiles à estimer par simulations physique, présentant une complexité temporelle prohibitive. L'émergence des données (publiques ou privées) ouvre toutefois de nouvelles perspectives pour le traitement de ces problèmes par des méthodes statistiques et d'apprentissage automatique. La principale difficulté réside dans la caractérisation des molécules : celles-ci s'apparentent davantage à un réseau d'atomes (autrement dit un graphe coloré) qu'à un vecteur. Or, les méthodes de modélisation statistiques traitent usuellement avec des observations encodées comme telles, d'où la nécessité de méthodes spécifiques, nommées relations structures-activité, traitant des observations encodées sous forme de graphes. Le but de cette thèse est de tirer parti des corpus publics pour apprendre les meilleures représentations possibles de ces structures, et de transférer cette connaissance globale vers des jeux de données plus restreints. Nous nous inspirons pour ce faire de méthodes utilisées en traitement automatique des langages naturels. Pour les mettre en œuvre, des travaux d'ordre plus théorique ont été nécessaires, notamment sur le problème d'isomorphisme de graphes. Les résultats obtenus sur des tâches de classification/régression sont au moins compétitifs avec l'état de l'art, voire meilleurs, en particulier sur des jeux de données restreints, attestant des possibilités d'apprentissage par transfert sur ce domaine.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-02499167 , version 1 (05-03-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02499167 , version 1

Cite

Nicolas Bloyet. Caractérisation et plongement de sous-graphes colorés : application à la construction de modèles structures à activité (QSAR). Autre [cs.OH]. Université de Bretagne Sud, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LORIS546⟩. ⟨tel-02499167⟩
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