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Intelligence Artificielle
De retour de 3 ans en Chine, regard sur
l’IA en France et en Europe
Françoise Soulié-Fogelman
(Hub France IA)
Mardi 11 décembre 2018
Institut des Actuaires – Groupe de travail Big Data
Agenda
•  Qu’est ce que l’IA
─  La définition
─  Les grands challenges
─  Quelques travaux personnels
•  La course à l’IA
─  Les grands plans IA dans le monde
─  Le plan IA en France et les premières actions
─  Le plan IA de l’Europe
•  Quelques remarques en guise de conclusion
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 2
Qu’est ce que l’IA
La définition
Histoire (brève) de l’IA
4
Premières applications industrielles
Connexionnisme
GOFAI
2012
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
L’IA: les mots pour le dire
•  Un mot chasse l’autre
─  Connexionnisme (numérique)
•  Data Mining à Machine Learning
•  Sur Google trends. Attention aux volumes 2004 vs 2018
5
https://trends.google.com/trends
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
L’IA: les mots pour le dire
•  Un mot chasse l’autre
─  Connexionnisme (numérique)
•  Neural Networks à Deep Learning
611/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
L’IA: les mots pour le dire
•  GOFAI (Good Old Fashion AI = Symbolique)
─  Lente décroissance … qui n’explique pas la croissance de AI
711/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Histoire (brève) de l’IA
Croissance de l’Intelligence Artificielle expliquée par:
Croissance des Big data
Connexionnisme (machine learning et deep learning))
malgré GOFAI (Good Old Fashion AI = Symbolique)
─  En fait
•  Avant 2012, « AI » = GOFAI Après 2012, « AI » = Connexionnisme
811/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Les différentes IA
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 9
https://www.iss.europa.eu/sites/default/files/EUISSFiles/Brief%2010%20AI.pdf
Qu’est ce que l’IA
Les grands challenges
Qu’est ce que le deep learning
•  Le sujet dont on parle
•  Le responsable de la récente
« mode » de l’IA
─  Succès de Hinton à la compétition ImageNet de 2012
http://papers.nips.cc/paper/4824-imagenet-classification-with-deep-convolutional-neural-networks
•  En fait, une ancienne technique
datant de la fin des années 80
─  Un réseau de neurones TDNN
•  Time Delay Neural Network
•  La différence: aujourd’hui on a
─  Les données
─  Les machines
─  Les logiciels
─  Les compétences formées
─  Des milliers de chercheurs
11
1990.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/
089360809090028J
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
LA technique unique en perception
« Cette année-là, comme chaque année depuis 2010, un concours de reconnaissance d’images,
ImageNet, est organisé. Il s’agit de reconnaître des milliers d’images, puisées sur le site Flickr, en
leur attribuant la bonne étiquette, parmi 1 000 catégories environ (chat persan, husky, loup de
mer, bison, accordéon, berceau, tracteur, etc.). En 2011, le taux d’erreur était d’environ 25 %,
notamment en ayant recours à une technique -concurrente des réseaux de neurones et populaire
dans les années 2000, les support vector machine, ou SVM. Mais, en 2012, l’équipe de Geoffrey
Hinton, à Toronto, présente le programme d’un étudiant en fin de thèse, Alex Krizhevsky, et
écrase tout le monde avec sa technique d’apprentissage profond : 16 % d’erreurs. La
communauté de la vision était ratatinée. Un vrai tremblement de terre », tranche Patrick Gallinari,
professeur à Sorbonne-Université. L’année suivante, tout le monde dans cette communauté
de la vision par ordinateur, qui s’était fermée à ces techniques d’apprentissage profond à
la fin des années 1990, se jette sur celles-ci. Depuis, le taux d’erreur a chuté à quelques pour
cent, et les meilleures en la matière sont des -universités chinoises »
12
https://www.lemonde.fr/sciences/article/2018/08/14/apres-soixante-ans-de-
hauts-et-de-bas-les-reseaux-de-neurones-
triomphent_5342330_1650684.html
Octobre 2012
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Qu’est ce qu’un neurone
•  Si on veut construire un algorithme d’apprentissage, on peut en
regarder un bon : notre cerveau
•  Un neurone artificiel (analogue à un neurone biologique)
─  Reçoit un exemple x sur ses inputs synapses
─  Calcule une somme pondérée de ces inputs W t . x
─  Passe la somme dans une fonction f dite fonction d’activation
─  Transfère le résultat y à ses voisins dendrite
13
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+= ∑
=
p
1j
jj0 xwwfy
http://www.robotspacebrain.com/wp-content/uploads/
2013/11/Santiago-Ramon-y-Cajal-Drawings.jpg
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Réseau de neurones
•  Un réseau est défini par:
─  Une structure de neurones interconnectés
─  Les fonctions d’activation des neurones
─  Un algorithme d’apprentissage
•  Il y a beaucoup de sortes de réseaux
─  Multilayer Perceptron (MLP)
─  RBF, RCN, CNN …
•  Le MLP est organisé en une suite de
couches
─  Le calcul se fait couche après couche
14
www.asimovinstitute.org/neural-network-zoo
input output
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Apprentissage du MLP
• Passe avant: étant donné X, W(t-1)
─  Calculer X(l) pour toutes les couches
cachées de proche en proche,
─  Calculer l’output X(L)
• Passe arrière (Rétro-propagation du gradient)
─ Calculer les erreurs
•  Calculer l’erreur pour le neurone de sortie
•  Calculer le delta de sortie :
•  De l=L-1, L-2, …, 1 , calculer
─ Mettre à jour les poids
•  De l=L-1, L-2, …, 1
• Fin
─ Après un nombre fixe de passes / erreur en
apprentissage assez petite / erreur en validation
augmente
15
( )[ ]2L
XyE −=
( ) ( )( ) ( )( )LLL
1 S'f.Xy2 −−=δ
( )l
δ( )l
X
E
∂
∂
( )l
W
E
∂
∂
( )( ) ( )( ) ( ) ( )1llll
X.tW1tW −
−=+ δη
Avant X
Arrière Erreur
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Plusieurs façons de connecter
16
Connexions complètes
–  Poids : 2*6 = 12
Connexions locales
–  Poids : 2*3 = 6
Poids partagés (réseaux
de convolution)
–  Poids : 3
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-000033711990
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Deep learning
•  Un MLP avec beaucoup de couches
à Meilleure performance
•  Un réseau de convolution
─  MLP à poids partagés
─  En image, on utilise des bases de
filtres 2D
─  Un réseau de convolution apprend
les filtres
17
http://www.deeplearningbook.org/
contents/mlp.html
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Deep learning
•  Aujourd’hui, réseau avec > 30 couches, des milliards de paramètres
•  La technique pour
─  Reconnaissance d’images, de parole
─  Langue naturelle …
─  Mais il faut une « géométrie »
•  Cependant nouveaux développements tous les jours
•  Point d’attention: la technique est très gourmande en
─  Données : 3.5 Milliards d’images pour Facebook (https://code.fb.com/ml-applications/
advancing-state-of-the-art-image-recognition-with-deep-learning-on-hashtags/)
•  Peut-on apprendre avec peu de données ? Transfer learning, reinforcement learning
─  Moyens de calcul
•  Ferme de GPUs: Un modèle pour ImageNet demande 1 exaflops de calculs (https://
www.techrepublic.com/article/four-ways-machine-learning-is-evolving-according-to-
facebooks-ai-engineering-chief/)
•  Explicabilité
─  Aujourd’hui impossible: un gros problème pour certaines applications
•  L’IA ce n’est pas (que) le deep learning !!
1811/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Qu’est ce que l’IA
Quelques travaux personnels
Constats
•  Étudiants sans formation data mining … mais excellents
informaticiens
à « learning by doing »
•  Focus sur quelques thèmes
─  Bénéfices du Big Data à Feature engineering
─  « Curse of dimensionality » à Representation learning
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 20
Bénéfices du Big Data
•  La performance
─  Pour les modèles prédictifs : plus de données est toujours meilleur
•  Augmenter le volume Ÿ Augmenter la variété (feature engineering)
─  Fraude à la carte bancaire
21
http://online.liebertpub.com/doi/full/10.1089/big.2013.0037 https://www.kaggle.com/c/kkbox-music-recommendation-challenge/leaderboard
Plus d’observations
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
( ) ( ) ( )h,nRR empGen εθθ +≤
( )
( )
n
nl
h
n
h
n2nl1
h,n
η
ε −
+
=
Théorie de Vapnik
Modèle Couverture Pertinence
Baseline 1,40% 8,18%
Baseline + Agg 9,13% 19,00%
Baseline + Agg + Var Soc. 9,09% 40,58%
Seg 19 5,09% 28,21%
Seg 19 + Agg. 7,38% 28,82%
Seg 19 + Agg + Var Soc. 16,46% 60,89%
22F. Soulié Fogelman. Data	Sciences	pour	l'Actuariat	
La génération de features
•  Augmenter la variété
–  Calculer, à partir des variables existantes, de nouvelles variables
•  Significatives pour le métier mais difficiles à apprendre par un modèle
–  Difficile : coûteux en données, temps de calcul, complexité du modèle
•  Exemples : ratios, agrégats sur fenêtres glissantes temporelles,
géographiques…
–  Obtenir des variables supplémentaires de sources externes
•  Open data, partenaires, data providers
–  La variété augmente (et donc le volume)
•  Plus les sources sont différentes, mieux c’est
•  Différentes en sémantique/type (texte, réseau…)
•  C’est le facteur de succès le plus important
–  Cela permet de produire des modèles plus simples & plus performants
Domingos: http://www.centurion.link/w/_media/programming/a_few_useful_things_to_know_about_machine_learning.pdf
Formation Actuaire Data Scientist
Leçon inaugurale
Paris, 16 mars 2015
Feature Engineering
La chose à faire pour gagner une compétition Kaggle
•  “In practice, almost all winners in recent Kaggle competitions have
extensively used feature engineering”
─  “Winners in the Grupo Bimbo Inventory Prediction reported that they spent
95% of their time on feature engineering and only 5% on modeling”
─  “In the Outbrain Click Prediction kaggle challenge, it was possible to get 19th
position by the help of feature engineering”
•  Un processus manuel, d’essai-erreur, dépendant du domaine
Question
•  Est-il possible d’automatiser le processus, indépendamment du
domaine ?
•  Quels sont les meilleurs features ?
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 23
http://blog.kaggle.com/2016/09/27/grupo-bimbo-inventory-demand-winners-interviewclustifier-alex-andrey/
https://www.kaggle.com/c/outbrain-click-prediction
La compétition KKBox – WSDM 2018
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 24
https://www.kaggle.com/c/kkbox-music-recommendation-challenge/leaderboard
wsdm-cup-2018.kkbox.events/pdf/WSDM_KKboxs_Music_Recommendation_Challenge_6th_Solution.pdf
La compétition KKBox – WSDM 2018
• On génère167 nouvelles variables dont
─  92 features SVD, 1 feature score CF, 8 features de similarité
• On utilise donc181 features dans le modèle final ( 167
+ 14 variables initiales)
• Un ensemble de modèles LightGBM
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 25
La compétition KKBox – WSDM 2018
•  Résultats
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 26
Top 30 features les plus importants
Variation du score AUC sur le Public LB
•  A: SVD representation of user-song pairs
•  B: blending 10-fold cross-validation
•  C: Similarity features, CF score, SVD
representation of user-artist pairs
Automatic Feature Engineering Machine
Famille de features (global/local, order-k)
•  ​ ↓𝑠𝑡𝑎𝑡  statistical features
─  Global, order-1 : {max, min, sum, mean, var, std ...} or {count, count-
distinct, most frequent ...}
─  Global, order 2 such as {ratio, mean-difference ...}.
•  ​ ↓𝑡𝑖𝑚𝑒  time-based features
─  Global, order-1: {day-of-week, day-of-month, …, time-to-last, time-
since-last, ...};
─  Local from ​ ↓𝑠𝑡𝑎𝑡  : {max, min, sum, mean, var, std ...} or {count,
count-distinct, most frequent ...} in time windows {last-hour, last-day,
last-week, the-week-before-last-week, ...}.
•  ​ ↓𝑆𝑁  social graph-based features
─  Global features : {degree, clustering coefficient, community index ...};
─  Local from local ​ ↓𝑠𝑡𝑎𝑡  : {max, min, sum, mean, var, std ...} or
{count, unique, most frequent ...} in {first-circle, second-circle,
community...}.
•  ​ ↓𝑅𝑒𝑝  representation-based features: global features
obtained through embedding
─  SVD, PCA, AE (auto-encoder), MLP (multi-layer perceptron)
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 27
Automatic Feature Engineering Machine
KDD’14: whether a crowd-funded project will be
”exciting”.
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 28
Automatic Feature Engineering Machine	
•  Last.fm: predicting the rating that a user will gives to
an artist.
•  Question (travail en cours)
─  Peut-on faire du “transfer learning”
•  Apprendre quels sont les bons features sur un ensemble de datasets
•  Les utiliser sur un nouveau dataset
─  Oui ! Reinforcement learning
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 29
Representation learning
“Curse of dimensionality”
•  Beaucoup d’algos de Machine Learning algos utilisent des
distances
─  SVM, k-nn, Recommandation par filtrage Collaboratif
•  En grandes dimensions toutes les distances sont les mêmes
•  2 points sont proches si l’un est à une certaine (petite) distance de l’autre
•  En 2 D, le cercle couvre 78% du carré
52% en 3 D, …0.24% en 10-D
•  Quand la dimension augmente, les classifieurs
overfittent à il faut augmenter le nombre d’exemples
d’apprentissage
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 30
Representation learning
Idées pour Ψ
•  ACP, SVD, NMF,
•  Auto-encoder …
•  “Network embedding”
Recommandation
•  Users x items : matrice d’adjacence
•  Item-based Top-N
𝑆𝑐𝑜𝑟𝑒(𝑎, 𝑖)=∑𝑗∈ 𝑉(𝑖)↑▒​ 𝑟↓𝑎𝑗 × 𝑔[𝑆𝑖𝑚(𝑖, 𝑗)] 
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 31
Résultats
•  Datasets
•  MovieLens 1M Book-crossing Lastfm
•  Point rouge à (i,j) à grande similarité(i, j).
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 32
Dataset Preferences Implicit/Explicit Users Items Density
MovieLens1M 1,000,209 E binarized [15] 6,040 3,706 4.47%
Lastfm 82,053 I 1,867 6,953 0.63%
Book-crossing 134,319 I 4,006 3,127 1.07%
La course à l’IA
Les grands plans IA dans le monde
L’IA est la 3ème vague
34
Source: McKinsey (2018)
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Les plans IA dans le monde
•  Tous les pays lancent leurs plans IA à « la course à l’IA »
35
https://medium.com/politics-ai/an-overview-of-national-ai-strategies-2a70ec6edfd
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Les USA
•  Trump a-t-il utilisé Cambridge Analytica aux élections de 2016 ?
•  En mai 2018, le White House summit on AI réduit la voilure
─  Il ne reste plus grand-chose de la stratégie IA (Committee on AI non financé)
─  “the government will focus on removing regulatory barriers to innovation”
•  La DARPA maintient un programme ambitieux à "symbiose " ($11Md)
36
https://misciwriters.com/2017/04/18/did-big-data-win-the-election-for-trump/
https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2018/05/Summary-Report-of-White-House-AI-Summit.pdf
https://www.wired.com/story/the-us-needs-an-ai-strategy/ https://www.darpa.mil/work-with-us/ai-next-campaign
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
La Chine
• Next Generation Artificial Intelligence Development Plan
(08/07/2017)
─  Moteur de la croissance économique à Être le leader mondial en 2030
• Puis un plan d’action sur 3 ans 2018-2020 (14/12/2017)
─  Théorie : Big data intelligence theory, Autonomous coordination Systèmes
technologiques : robots, VR, chips et NLP
─  Plateformes d’innovation: hardware & software
─  Formation et recrutement de talents à l’étranger
• Gros investissements
─  23 - 51 Md € à 2020
─  Achats de technologies (234 Md$ en 2018)
37
http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm, http://news.xinhuanet.com/english/2017-06/01/
c_136330954.htm, http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1653018/c5979643/content.html
The core of AI development lies in the massive amounts of data ... We believe
that AI presents the most favorable opportunity for us to lead the world”
(Kai-Fu Lee, chairman and CEO of Sinovation Ventures)
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
•  Investissements massifs + accès aux données + support du
gouvernement à Des succès foudroyants, e.g. en reconnaissance
faciale, reconnaissance de la parole
─  SenseTime, Megvii (Face++ open platform for facial recognition), Yitu Tech
https://www.actuia.com/actualite/la-licorne-sensetime-boucle-un-tour-de-table-de-600-millions-de-dollars-pour-sa-technologie-de-
reconnaissance-faciale-ia/, https://www.prnewswire.com/news-releases/yitu-technology-won-first-place-in-prestigious-global-facial-
recognition-benchmark-test-300513646.html, https://www.scmp.com/tech/article/2156457/alibaba-joins-us600-million-fundraising-round-ai-
startup-megvii-sources-say, https://mobileidworld.com/vivo-megvii-3d-face-scanning-907051/
La Chine
3811/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
La Chine
•  Speech synthesis + face animation on TV
11/12/2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 39
https://www.abc.net.au/news/2018-11-09/chinese-news-agency-unveils-virtual-newsreader/10481170
•  Des services à Confiance des citoyens (65 %)
─  Santé (Ali-Health, Ping An Good Doctor…)
─  e-commerce (robot livreur)
─  Sécurité (comportements dangereux, score social)
http://www.alihealth.cn/, http://video.lefigaro.fr/figaro/video/chine-des-robots-livreurs-en-circulation/
5810553085001/, https://www.nouvelobs.com/monde/20180712.OBS9563/chine-derriere-une-societe-
hyperconnectee-le-reve-du-controle-total.html, https://mp.weixin.qq.com/s/7fojkm6o8oxzRxsAIbpkiQ,
http://www.lefigaro.fr/secteur/high-tech/2017/12/27/32001-20171227ARTFIG00197-la-chine-met-en-place-
un-systeme-de-notation-de-ses-citoyens-pour-2020.php, https://mp.weixin.qq.com/s/
H2WlDe_STWelzqk1mhounw
La Chine
4011/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
La course à l’IA
Le plan IA en France et les premières actions
2 Plans IA en France
•  (Obama / Trump à Hollande / Macron)
•  France Intelligence Artificielle - Rapport de synthèse (mars 2017)
─  17 groupes de travail (559 contributeurs) à recommandations
•  Mission Cédric Villani (mars 2018)
─  420 auditions d'experts
─  Peu de recommandations concernant l’industrie
─  Macron annonce un financement de €1,5 Md
42
https://www.economie.gouv.fr/files/files/PDF/2017/Rapport_synthese_France_IA_.pdf
https://www.aiforhumanity.fr/pdfs/9782111457089_Rapport_Villani_accessible.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Plan IA en France – Premières actions
•  Coordinateur interministériel dédié à l'IA
─  Bertrand Pailhès est nommé en septembre 2018
─  AMI mutualisation de données pour l’IA
•  Création d'instituts 3IA
─  4 instituts présélectionnés (et non pas 5, comme annoncé initialement)
•  Formation
─  3 000 à 5 000 étudiants (?)
•  Financements
─  €100 M pour l'amorçage et la croissance des start-up IA
─  Début en 2019 avec la BPI (?)
•  Défense et innovation
─  Agence de l'innovation de la défense (Emmanuel Chiva) créé le 1/09/2018
•  Voiture autonome
─  On avance lentement (loi Pacte)
43
https://www.lesechos.fr/amp/08/2215708.php, https://www.entreprises.gouv.fr/files/files/directions_services/numerique/grands-dossiers/
intelligence-artificielle/AMI-mutualisation-donnees.pdf, https://www.lesechos.fr/intelligence-artificielle/veille-technologique/0600097985060-la-
france-aura-quatre-instituts-dintelligence-artificielle-2219480.php#xtor=CS1-3046
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
La course à l’IA
Le plan IA de l’Europe
L’IA pour le bien de tous
45
www.ijcai-18.org/wp-content/uploads/2018/07/1_20180717_IJCAI_ECAI_Cecile-Huet.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Investissements
46
www.ijcai-18.org/wp-content/uploads/2018/07/1_20180717_IJCAI_ECAI_Cecile-Huet.pdf
AI 4 EU
(Thales)
Teralab (IMT)
CapDigital
Systematic …
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Importance de l’éthique
47
www.ijcai-18.org/wp-content/uploads/2018/07/1_20180717_IJCAI_ECAI_Cecile-Huet.pdf
52 membres
dont 9 français
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Quelques remarques
en guise de conclusion
Nos handicaps en France
•  Peu d’enthousiasme
49
https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Nos handicaps en France
•  Les choses vont peu changer pensent les français
50
https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Nos handicaps en France
•  Peu d’utilisation
51
https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Nos handicaps en France
•  Des craintes pour l’emploi
52
https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Quelles sont les clés du succès?
•  Il faut former et
recruter
massivement
53
https://www.bcg.com/Images/
Reshaping%20Business%20with%20Artificial%20I
ntelligence_tcm9-177882.pdf
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
Discussion
Pour en savoir plus
•  Un livre à charger gratuitement,
pas technique, mais très riche sur
les applications de l’IA, les
logiciels, les start-ups
https://www.oezratty.net/Files/usagesia/
Usages%20intelligence%20artificielle%20
2018%20Olivier%20Ezratty.docx
11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 55

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  • 1. Intelligence Artificielle De retour de 3 ans en Chine, regard sur l’IA en France et en Europe Françoise Soulié-Fogelman (Hub France IA) Mardi 11 décembre 2018 Institut des Actuaires – Groupe de travail Big Data
  • 2. Agenda •  Qu’est ce que l’IA ─  La définition ─  Les grands challenges ─  Quelques travaux personnels •  La course à l’IA ─  Les grands plans IA dans le monde ─  Le plan IA en France et les premières actions ─  Le plan IA de l’Europe •  Quelques remarques en guise de conclusion 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 2
  • 3. Qu’est ce que l’IA La définition
  • 4. Histoire (brève) de l’IA 4 Premières applications industrielles Connexionnisme GOFAI 2012 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 5. L’IA: les mots pour le dire •  Un mot chasse l’autre ─  Connexionnisme (numérique) •  Data Mining à Machine Learning •  Sur Google trends. Attention aux volumes 2004 vs 2018 5 https://trends.google.com/trends 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 6. L’IA: les mots pour le dire •  Un mot chasse l’autre ─  Connexionnisme (numérique) •  Neural Networks à Deep Learning 611/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 7. L’IA: les mots pour le dire •  GOFAI (Good Old Fashion AI = Symbolique) ─  Lente décroissance … qui n’explique pas la croissance de AI 711/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 8. Histoire (brève) de l’IA Croissance de l’Intelligence Artificielle expliquée par: Croissance des Big data Connexionnisme (machine learning et deep learning)) malgré GOFAI (Good Old Fashion AI = Symbolique) ─  En fait •  Avant 2012, « AI » = GOFAI Après 2012, « AI » = Connexionnisme 811/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 9. Les différentes IA 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 9 https://www.iss.europa.eu/sites/default/files/EUISSFiles/Brief%2010%20AI.pdf
  • 10. Qu’est ce que l’IA Les grands challenges
  • 11. Qu’est ce que le deep learning •  Le sujet dont on parle •  Le responsable de la récente « mode » de l’IA ─  Succès de Hinton à la compétition ImageNet de 2012 http://papers.nips.cc/paper/4824-imagenet-classification-with-deep-convolutional-neural-networks •  En fait, une ancienne technique datant de la fin des années 80 ─  Un réseau de neurones TDNN •  Time Delay Neural Network •  La différence: aujourd’hui on a ─  Les données ─  Les machines ─  Les logiciels ─  Les compétences formées ─  Des milliers de chercheurs 11 1990.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ 089360809090028J 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 12. LA technique unique en perception « Cette année-là, comme chaque année depuis 2010, un concours de reconnaissance d’images, ImageNet, est organisé. Il s’agit de reconnaître des milliers d’images, puisées sur le site Flickr, en leur attribuant la bonne étiquette, parmi 1 000 catégories environ (chat persan, husky, loup de mer, bison, accordéon, berceau, tracteur, etc.). En 2011, le taux d’erreur était d’environ 25 %, notamment en ayant recours à une technique -concurrente des réseaux de neurones et populaire dans les années 2000, les support vector machine, ou SVM. Mais, en 2012, l’équipe de Geoffrey Hinton, à Toronto, présente le programme d’un étudiant en fin de thèse, Alex Krizhevsky, et écrase tout le monde avec sa technique d’apprentissage profond : 16 % d’erreurs. La communauté de la vision était ratatinée. Un vrai tremblement de terre », tranche Patrick Gallinari, professeur à Sorbonne-Université. L’année suivante, tout le monde dans cette communauté de la vision par ordinateur, qui s’était fermée à ces techniques d’apprentissage profond à la fin des années 1990, se jette sur celles-ci. Depuis, le taux d’erreur a chuté à quelques pour cent, et les meilleures en la matière sont des -universités chinoises » 12 https://www.lemonde.fr/sciences/article/2018/08/14/apres-soixante-ans-de- hauts-et-de-bas-les-reseaux-de-neurones- triomphent_5342330_1650684.html Octobre 2012 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 13. Qu’est ce qu’un neurone •  Si on veut construire un algorithme d’apprentissage, on peut en regarder un bon : notre cerveau •  Un neurone artificiel (analogue à un neurone biologique) ─  Reçoit un exemple x sur ses inputs synapses ─  Calcule une somme pondérée de ces inputs W t . x ─  Passe la somme dans une fonction f dite fonction d’activation ─  Transfère le résultat y à ses voisins dendrite 13 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ += ∑ = p 1j jj0 xwwfy http://www.robotspacebrain.com/wp-content/uploads/ 2013/11/Santiago-Ramon-y-Cajal-Drawings.jpg 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 14. Réseau de neurones •  Un réseau est défini par: ─  Une structure de neurones interconnectés ─  Les fonctions d’activation des neurones ─  Un algorithme d’apprentissage •  Il y a beaucoup de sortes de réseaux ─  Multilayer Perceptron (MLP) ─  RBF, RCN, CNN … •  Le MLP est organisé en une suite de couches ─  Le calcul se fait couche après couche 14 www.asimovinstitute.org/neural-network-zoo input output 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 15. Apprentissage du MLP • Passe avant: étant donné X, W(t-1) ─  Calculer X(l) pour toutes les couches cachées de proche en proche, ─  Calculer l’output X(L) • Passe arrière (Rétro-propagation du gradient) ─ Calculer les erreurs •  Calculer l’erreur pour le neurone de sortie •  Calculer le delta de sortie : •  De l=L-1, L-2, …, 1 , calculer ─ Mettre à jour les poids •  De l=L-1, L-2, …, 1 • Fin ─ Après un nombre fixe de passes / erreur en apprentissage assez petite / erreur en validation augmente 15 ( )[ ]2L XyE −= ( ) ( )( ) ( )( )LLL 1 S'f.Xy2 −−=δ ( )l δ( )l X E ∂ ∂ ( )l W E ∂ ∂ ( )( ) ( )( ) ( ) ( )1llll X.tW1tW − −=+ δη Avant X Arrière Erreur 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 16. Plusieurs façons de connecter 16 Connexions complètes –  Poids : 2*6 = 12 Connexions locales –  Poids : 2*3 = 6 Poids partagés (réseaux de convolution) –  Poids : 3 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-000033711990 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 17. Deep learning •  Un MLP avec beaucoup de couches à Meilleure performance •  Un réseau de convolution ─  MLP à poids partagés ─  En image, on utilise des bases de filtres 2D ─  Un réseau de convolution apprend les filtres 17 http://www.deeplearningbook.org/ contents/mlp.html 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 18. Deep learning •  Aujourd’hui, réseau avec > 30 couches, des milliards de paramètres •  La technique pour ─  Reconnaissance d’images, de parole ─  Langue naturelle … ─  Mais il faut une « géométrie » •  Cependant nouveaux développements tous les jours •  Point d’attention: la technique est très gourmande en ─  Données : 3.5 Milliards d’images pour Facebook (https://code.fb.com/ml-applications/ advancing-state-of-the-art-image-recognition-with-deep-learning-on-hashtags/) •  Peut-on apprendre avec peu de données ? Transfer learning, reinforcement learning ─  Moyens de calcul •  Ferme de GPUs: Un modèle pour ImageNet demande 1 exaflops de calculs (https:// www.techrepublic.com/article/four-ways-machine-learning-is-evolving-according-to- facebooks-ai-engineering-chief/) •  Explicabilité ─  Aujourd’hui impossible: un gros problème pour certaines applications •  L’IA ce n’est pas (que) le deep learning !! 1811/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 19. Qu’est ce que l’IA Quelques travaux personnels
  • 20. Constats •  Étudiants sans formation data mining … mais excellents informaticiens à « learning by doing » •  Focus sur quelques thèmes ─  Bénéfices du Big Data à Feature engineering ─  « Curse of dimensionality » à Representation learning 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 20
  • 21. Bénéfices du Big Data •  La performance ─  Pour les modèles prédictifs : plus de données est toujours meilleur •  Augmenter le volume Ÿ Augmenter la variété (feature engineering) ─  Fraude à la carte bancaire 21 http://online.liebertpub.com/doi/full/10.1089/big.2013.0037 https://www.kaggle.com/c/kkbox-music-recommendation-challenge/leaderboard Plus d’observations 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe ( ) ( ) ( )h,nRR empGen εθθ +≤ ( ) ( ) n nl h n h n2nl1 h,n η ε − + = Théorie de Vapnik Modèle Couverture Pertinence Baseline 1,40% 8,18% Baseline + Agg 9,13% 19,00% Baseline + Agg + Var Soc. 9,09% 40,58% Seg 19 5,09% 28,21% Seg 19 + Agg. 7,38% 28,82% Seg 19 + Agg + Var Soc. 16,46% 60,89%
  • 22. 22F. Soulié Fogelman. Data Sciences pour l'Actuariat La génération de features •  Augmenter la variété –  Calculer, à partir des variables existantes, de nouvelles variables •  Significatives pour le métier mais difficiles à apprendre par un modèle –  Difficile : coûteux en données, temps de calcul, complexité du modèle •  Exemples : ratios, agrégats sur fenêtres glissantes temporelles, géographiques… –  Obtenir des variables supplémentaires de sources externes •  Open data, partenaires, data providers –  La variété augmente (et donc le volume) •  Plus les sources sont différentes, mieux c’est •  Différentes en sémantique/type (texte, réseau…) •  C’est le facteur de succès le plus important –  Cela permet de produire des modèles plus simples & plus performants Domingos: http://www.centurion.link/w/_media/programming/a_few_useful_things_to_know_about_machine_learning.pdf Formation Actuaire Data Scientist Leçon inaugurale Paris, 16 mars 2015
  • 23. Feature Engineering La chose à faire pour gagner une compétition Kaggle •  “In practice, almost all winners in recent Kaggle competitions have extensively used feature engineering” ─  “Winners in the Grupo Bimbo Inventory Prediction reported that they spent 95% of their time on feature engineering and only 5% on modeling” ─  “In the Outbrain Click Prediction kaggle challenge, it was possible to get 19th position by the help of feature engineering” •  Un processus manuel, d’essai-erreur, dépendant du domaine Question •  Est-il possible d’automatiser le processus, indépendamment du domaine ? •  Quels sont les meilleurs features ? 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 23 http://blog.kaggle.com/2016/09/27/grupo-bimbo-inventory-demand-winners-interviewclustifier-alex-andrey/ https://www.kaggle.com/c/outbrain-click-prediction
  • 24. La compétition KKBox – WSDM 2018 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 24 https://www.kaggle.com/c/kkbox-music-recommendation-challenge/leaderboard wsdm-cup-2018.kkbox.events/pdf/WSDM_KKboxs_Music_Recommendation_Challenge_6th_Solution.pdf
  • 25. La compétition KKBox – WSDM 2018 • On génère167 nouvelles variables dont ─  92 features SVD, 1 feature score CF, 8 features de similarité • On utilise donc181 features dans le modèle final ( 167 + 14 variables initiales) • Un ensemble de modèles LightGBM 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 25
  • 26. La compétition KKBox – WSDM 2018 •  Résultats 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 26 Top 30 features les plus importants Variation du score AUC sur le Public LB •  A: SVD representation of user-song pairs •  B: blending 10-fold cross-validation •  C: Similarity features, CF score, SVD representation of user-artist pairs
  • 27. Automatic Feature Engineering Machine Famille de features (global/local, order-k) •  ​ ↓𝑠𝑡𝑎𝑡  statistical features ─  Global, order-1 : {max, min, sum, mean, var, std ...} or {count, count- distinct, most frequent ...} ─  Global, order 2 such as {ratio, mean-difference ...}. •  ​ ↓𝑡𝑖𝑚𝑒  time-based features ─  Global, order-1: {day-of-week, day-of-month, …, time-to-last, time- since-last, ...}; ─  Local from ​ ↓𝑠𝑡𝑎𝑡  : {max, min, sum, mean, var, std ...} or {count, count-distinct, most frequent ...} in time windows {last-hour, last-day, last-week, the-week-before-last-week, ...}. •  ​ ↓𝑆𝑁  social graph-based features ─  Global features : {degree, clustering coefficient, community index ...}; ─  Local from local ​ ↓𝑠𝑡𝑎𝑡  : {max, min, sum, mean, var, std ...} or {count, unique, most frequent ...} in {first-circle, second-circle, community...}. •  ​ ↓𝑅𝑒𝑝  representation-based features: global features obtained through embedding ─  SVD, PCA, AE (auto-encoder), MLP (multi-layer perceptron) 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 27
  • 28. Automatic Feature Engineering Machine KDD’14: whether a crowd-funded project will be ”exciting”. 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 28
  • 29. Automatic Feature Engineering Machine •  Last.fm: predicting the rating that a user will gives to an artist. •  Question (travail en cours) ─  Peut-on faire du “transfer learning” •  Apprendre quels sont les bons features sur un ensemble de datasets •  Les utiliser sur un nouveau dataset ─  Oui ! Reinforcement learning 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 29
  • 30. Representation learning “Curse of dimensionality” •  Beaucoup d’algos de Machine Learning algos utilisent des distances ─  SVM, k-nn, Recommandation par filtrage Collaboratif •  En grandes dimensions toutes les distances sont les mêmes •  2 points sont proches si l’un est à une certaine (petite) distance de l’autre •  En 2 D, le cercle couvre 78% du carré 52% en 3 D, …0.24% en 10-D •  Quand la dimension augmente, les classifieurs overfittent à il faut augmenter le nombre d’exemples d’apprentissage 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 30
  • 31. Representation learning Idées pour Ψ •  ACP, SVD, NMF, •  Auto-encoder … •  “Network embedding” Recommandation •  Users x items : matrice d’adjacence •  Item-based Top-N 𝑆𝑐𝑜𝑟𝑒(𝑎, 𝑖)=∑𝑗∈ 𝑉(𝑖)↑▒​ 𝑟↓𝑎𝑗 × 𝑔[𝑆𝑖𝑚(𝑖, 𝑗)]  11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 31
  • 32. Résultats •  Datasets •  MovieLens 1M Book-crossing Lastfm •  Point rouge à (i,j) à grande similarité(i, j). 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 32 Dataset Preferences Implicit/Explicit Users Items Density MovieLens1M 1,000,209 E binarized [15] 6,040 3,706 4.47% Lastfm 82,053 I 1,867 6,953 0.63% Book-crossing 134,319 I 4,006 3,127 1.07%
  • 33. La course à l’IA Les grands plans IA dans le monde
  • 34. L’IA est la 3ème vague 34 Source: McKinsey (2018) 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 35. Les plans IA dans le monde •  Tous les pays lancent leurs plans IA à « la course à l’IA » 35 https://medium.com/politics-ai/an-overview-of-national-ai-strategies-2a70ec6edfd 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 36. Les USA •  Trump a-t-il utilisé Cambridge Analytica aux élections de 2016 ? •  En mai 2018, le White House summit on AI réduit la voilure ─  Il ne reste plus grand-chose de la stratégie IA (Committee on AI non financé) ─  “the government will focus on removing regulatory barriers to innovation” •  La DARPA maintient un programme ambitieux à "symbiose " ($11Md) 36 https://misciwriters.com/2017/04/18/did-big-data-win-the-election-for-trump/ https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2018/05/Summary-Report-of-White-House-AI-Summit.pdf https://www.wired.com/story/the-us-needs-an-ai-strategy/ https://www.darpa.mil/work-with-us/ai-next-campaign 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 37. La Chine • Next Generation Artificial Intelligence Development Plan (08/07/2017) ─  Moteur de la croissance économique à Être le leader mondial en 2030 • Puis un plan d’action sur 3 ans 2018-2020 (14/12/2017) ─  Théorie : Big data intelligence theory, Autonomous coordination Systèmes technologiques : robots, VR, chips et NLP ─  Plateformes d’innovation: hardware & software ─  Formation et recrutement de talents à l’étranger • Gros investissements ─  23 - 51 Md € à 2020 ─  Achats de technologies (234 Md$ en 2018) 37 http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm, http://news.xinhuanet.com/english/2017-06/01/ c_136330954.htm, http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1653018/c5979643/content.html The core of AI development lies in the massive amounts of data ... We believe that AI presents the most favorable opportunity for us to lead the world” (Kai-Fu Lee, chairman and CEO of Sinovation Ventures) 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 38. •  Investissements massifs + accès aux données + support du gouvernement à Des succès foudroyants, e.g. en reconnaissance faciale, reconnaissance de la parole ─  SenseTime, Megvii (Face++ open platform for facial recognition), Yitu Tech https://www.actuia.com/actualite/la-licorne-sensetime-boucle-un-tour-de-table-de-600-millions-de-dollars-pour-sa-technologie-de- reconnaissance-faciale-ia/, https://www.prnewswire.com/news-releases/yitu-technology-won-first-place-in-prestigious-global-facial- recognition-benchmark-test-300513646.html, https://www.scmp.com/tech/article/2156457/alibaba-joins-us600-million-fundraising-round-ai- startup-megvii-sources-say, https://mobileidworld.com/vivo-megvii-3d-face-scanning-907051/ La Chine 3811/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 39. La Chine •  Speech synthesis + face animation on TV 11/12/2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 39 https://www.abc.net.au/news/2018-11-09/chinese-news-agency-unveils-virtual-newsreader/10481170
  • 40. •  Des services à Confiance des citoyens (65 %) ─  Santé (Ali-Health, Ping An Good Doctor…) ─  e-commerce (robot livreur) ─  Sécurité (comportements dangereux, score social) http://www.alihealth.cn/, http://video.lefigaro.fr/figaro/video/chine-des-robots-livreurs-en-circulation/ 5810553085001/, https://www.nouvelobs.com/monde/20180712.OBS9563/chine-derriere-une-societe- hyperconnectee-le-reve-du-controle-total.html, https://mp.weixin.qq.com/s/7fojkm6o8oxzRxsAIbpkiQ, http://www.lefigaro.fr/secteur/high-tech/2017/12/27/32001-20171227ARTFIG00197-la-chine-met-en-place- un-systeme-de-notation-de-ses-citoyens-pour-2020.php, https://mp.weixin.qq.com/s/ H2WlDe_STWelzqk1mhounw La Chine 4011/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 41. La course à l’IA Le plan IA en France et les premières actions
  • 42. 2 Plans IA en France •  (Obama / Trump à Hollande / Macron) •  France Intelligence Artificielle - Rapport de synthèse (mars 2017) ─  17 groupes de travail (559 contributeurs) à recommandations •  Mission Cédric Villani (mars 2018) ─  420 auditions d'experts ─  Peu de recommandations concernant l’industrie ─  Macron annonce un financement de €1,5 Md 42 https://www.economie.gouv.fr/files/files/PDF/2017/Rapport_synthese_France_IA_.pdf https://www.aiforhumanity.fr/pdfs/9782111457089_Rapport_Villani_accessible.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 43. Plan IA en France – Premières actions •  Coordinateur interministériel dédié à l'IA ─  Bertrand Pailhès est nommé en septembre 2018 ─  AMI mutualisation de données pour l’IA •  Création d'instituts 3IA ─  4 instituts présélectionnés (et non pas 5, comme annoncé initialement) •  Formation ─  3 000 à 5 000 étudiants (?) •  Financements ─  €100 M pour l'amorçage et la croissance des start-up IA ─  Début en 2019 avec la BPI (?) •  Défense et innovation ─  Agence de l'innovation de la défense (Emmanuel Chiva) créé le 1/09/2018 •  Voiture autonome ─  On avance lentement (loi Pacte) 43 https://www.lesechos.fr/amp/08/2215708.php, https://www.entreprises.gouv.fr/files/files/directions_services/numerique/grands-dossiers/ intelligence-artificielle/AMI-mutualisation-donnees.pdf, https://www.lesechos.fr/intelligence-artificielle/veille-technologique/0600097985060-la- france-aura-quatre-instituts-dintelligence-artificielle-2219480.php#xtor=CS1-3046 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 44. La course à l’IA Le plan IA de l’Europe
  • 45. L’IA pour le bien de tous 45 www.ijcai-18.org/wp-content/uploads/2018/07/1_20180717_IJCAI_ECAI_Cecile-Huet.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 46. Investissements 46 www.ijcai-18.org/wp-content/uploads/2018/07/1_20180717_IJCAI_ECAI_Cecile-Huet.pdf AI 4 EU (Thales) Teralab (IMT) CapDigital Systematic … 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 47. Importance de l’éthique 47 www.ijcai-18.org/wp-content/uploads/2018/07/1_20180717_IJCAI_ECAI_Cecile-Huet.pdf 52 membres dont 9 français 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 49. Nos handicaps en France •  Peu d’enthousiasme 49 https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 50. Nos handicaps en France •  Les choses vont peu changer pensent les français 50 https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 51. Nos handicaps en France •  Peu d’utilisation 51 https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 52. Nos handicaps en France •  Des craintes pour l’emploi 52 https://www.ipsos.com/sites/default/files/ct/publication/documents/2018-06/revolution_of_ai_at_work-2018.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 53. Quelles sont les clés du succès? •  Il faut former et recruter massivement 53 https://www.bcg.com/Images/ Reshaping%20Business%20with%20Artificial%20I ntelligence_tcm9-177882.pdf 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe
  • 55. Pour en savoir plus •  Un livre à charger gratuitement, pas technique, mais très riche sur les applications de l’IA, les logiciels, les start-ups https://www.oezratty.net/Files/usagesia/ Usages%20intelligence%20artificielle%20 2018%20Olivier%20Ezratty.docx 11/12//2018 Regard sur l’IA en France et en Europe 55