Numéro d’identification: ACADEMIE DE MONTPELLIER UNIVERSITE MONTPELLIER II Sciences et Techniques du Languedoc THESE pour obtenir le grade de : DOCTEUR DE L’UNIVERSITE MONTPELLIER II Discipline : Informatique Formation Doctorale : Informatique Ecole Doctorale : Information, Structures, Systèmes présentée et soutenue publiquement par : Philippe Lemoisson le 15 décembre 2006 COLLABORATIVE THEORY CONSTRUCTION TOWARDS A CONVERSATIONAL ABSTRACT MACHINE Composition du jury : NICOLLE Anne, Professeur, Université de Caen :…………... Rapporteur LUZEAUX Dominique, Ingénieur X, HDR : …………............ Rapporteur ANCEAU François, Professeur, CNAM : …………................. Examinateur BAGET Jean-François, CR, INRIALPES : …………............... Examinateur SALLANTIN Jean, DR, CNRS : …………............................... Directeur de Thèse CERRI Stefano A., Professeur, Université Montpellier II : ….. Codirecteur de Thèse Numéro d’identification: ACADEMIE DE MONTPELLIER UNIVERSITE MONTPELLIER II Sciences et Techniques du Languedoc THESE pour obtenir le grade de : DOCTEUR DE L’UNIVERSITE MONTPELLIER II Discipline : Informatique Formation Doctorale : Informatique Ecole Doctorale : Information, Structures, Systèmes présentée et soutenue publiquement par : Philippe Lemoisson le 15 décembre 2006 COLLABORATIVE THEORY CONSTRUCTION TOWARDS A CONVERSATIONAL ABSTRACT MACHINE Composition du jury : NICOLLE Anne, Professeur, Université de Caen :…………... Rapporteur LUZEAUX Dominique, Ingénieur X, HDR : …………............ Rapporteur ANCEAU François, Professeur, CNAM : …………................. Examinateur BAGET Jean-François, CR, INRIALPES : …………............... Examinateur SALLANTIN Jean, DR, CNRS : …………............................... Directeur de Thèse CERRI Stefano A., Professeur, Université Montpellier II : ….. Codirecteur de Thèse Remerciements Merci à Laurent Gille pour avoir soutenu il y a dix ans environ la conception et le développement d’un outil de modélisation/simulation qui portait en germe la plupart des idées assemblées ici ; maintenant que la réflexion a mûri je formule le vœu d’en partager un jour les fruits avec lui. Merci à mon Directeur de Thèse pour l’invitation au voyage vers les majestueux sommets surgis du choc tectonique entre Mathématique et Philosophie. En gardant le silence sur les ravins à franchir lors des marches d’approche, il a su protéger mon enthousiasme. Et si à ce stade du parcours je chemine encore lourdement loin de son altitude, ce n’est pas faute d’encouragements ou d’injonctions de sa part ; il a je crois usé de tous les moyens subtils pour tenter d’élever mon esprit. Il a aussi veillé à mon riz quotidien en ouvrant des opportunités pour mes talents d’ingénieur. Merci à mon Codirecteur de thèse pour sa profonde connaissance du paysage varié offert aujourd’hui par la Science Informatique, et pour ses talents de chef d’orchestre dans la musique des relations humaines. Je dois à l’énergie qu’il déploie sans compter pour constituer des équipes enthousiastes et sans frontières culturelles les rencontres les plus marquantes de ces années de recherche. Merci à Gilles Pindat pour sa curiosité envers mon travail et pour sa collaboration décisive sur le problème qui constitue l’illustration centrale de ce mémoire; un an s’est écoulé depuis sa proposition de mettre à l’épreuve la machine AUSTiN sur la construction à plusieurs d’une stratégie de résolution du Sudoku par le raisonnement. Merci à Christophe Bourrier, Emmanuel Castro et Cédric Crouzet sans lesquels le prototype actuel n’existerait pas. Merci aux professeurs et collègues du LIRMM pour leur attitude bienveillante durant ces années passées ensemble. Merci à tous les aînés dans la Recherche qui ont su expérimenter avec un esprit rationnel, puis élaborer avec art. Merci à ma femme et à mon fils pour avoir supporté si souvent l’air absent qui accompagne généralement les cogitations prolongées. Philippe Lemoisson Résumé détaillé Le chapitre 1 introduit notre motivation: aider un groupe confronté à une ‘situation réelle’ à collaborer pour en construire un ‘modèle abstrait’ intégrant les compréhensions individuelles respectives de façon compositionnelle ; chaque individu doit pouvoir formuler et tester empiriquement sa propre compréhension et sans aucun effort supplémentaire contribuer à une théorie partagée par le groupe. Le chapitre 2 articule dans un cadre unifié des éléments provenant d’explorations conduites dans diverses disciplines : - sur les mécanismes biologiques sous-tendant la cognition ; - sur le rôle du langage en tant que vecteur de partage et de formalisation ; - sur la place des faits expérimentaux dans la démarche de construction de théorie. Notre cadre conceptuel permet de distinguer des théories partielles générées de façon indépendante par des individus puis d’opérer leur composition logique unifiée sous forme de calcul ; nous prenons alors inspiration des idées exposées dans “Elephant 20001” pour rédiger le cahier des charges d’une machine abstraite conversationnelle : - qui réalise la composition logique de théories partielles ; - qui se substitue à l’homme pour la partie ‘déduction’ ; - telle que les composants du calcul interagissent à travers des ‘actes de langage’2. A titre d’exemple, nous abordons la résolution par un groupe d’un ‘Sudoku’, en montrant comment les stratégies des différents participants devront s’assembler au cours d’un ‘calcul conversationnel’ confluent. Le chapitre 3 détaille une machine abstraite conversationnelle basée sur trois actes de langage : les ‘assertives’2, les ‘directives’2 et les ‘commissives’2. Il débute par un rapide survol des principaux concepts et introduit sur un mode informel l’ensemble des notions qui seront formalisées ensuite : - les ‘énoncés’ représentant les connaissances ; - les ‘actes de langage’ ; 1 voir [McCarthy, 1998] et [2.1.2.2] 2 voir [2.1.2.1] pour les définitions - les ‘schémas conversationnels normalisés’ qui assurent le traitement de l’information sous forme d’algorithmes à étapes prenant en charge la réécriture automatique des énoncés; - les ‘conversations’ elles-mêmes comme successions de ‘transitions atomiques’ correspondant aux invocations, aux activations successives et aux révocations des différents ‘schémas conversationnels normalisés’. Toutes ces définitions sont assorties d’exemples. Nous présentons ensuite le contrôle de la conversation vue comme un calcul concurrent et donnons la démonstration de ses propriétés : terminaison en temps fini, confluence (le résultat n’est pas affecté par la concurrence), complexité raisonnable. Nous traitons la question de l’expressivité du modèle computationnel en montrant que chaque nœud peut contenir une Machine de Turing. Un glossaire récapitule les concepts nécessaires au calcul. Nous proposons enfin une grammaire générative inspirée des graphes conceptuels pour les ‘énoncés’. La ‘résolution collaborative de Sudoku’ est développée comme illustration du calcul basée sur cette grammaire. Le chapitre 4 adopte le point de vue de l’écriture sous forme de programmes des théories partielles générées par les membres du groupe : - les programmes AUSTIN sont définis, ainsi que leur composition ; - une condition d’acceptabilité par la machine abstraite est fournie ; - les techniques d’analyse des programmes, toutes basée sur de l’analyse de graphe, sont esquissées. Un prototype Java de la machine abstraite est utilisé pour la ‘résolution collaborative de Sudoku’ afin de montrer comment les choix du chapitre 3 implémentent le cahier des charges du chapitre 2. Le chapitre 5 fournit quelques arguments en faveur du compromis adopté à mi-chemin entre un ‘modèle déclaratif et contrôlable’ et un ‘modèle impératif et expressif’, et pose la discussion sur la machine conversationnelle AUSTIN autour de deux questions : - quelle sémantique logique pour le calcul conversationnel ? - quelle relation aux ‘systèmes multi-experts à architecture blackboard’ ? Le chapitre 6 fait une synthèse des divers aspects abordés et ouvre des perspectives pour des travaux ultérieurs. g Executive summary Chapter 1 introduces our motivation: assisting people in the collaborative building of an ‘abstract model’ of some ‘situation of the real world’ embedding their respective understandings in a compositional way. Each individual should be allowed to formulate and empirically test his own partial understanding, and without extra effort to contribute to a testable theory shared by the whole group. Chapter 2 articulates in a unified framework the elements of a multi-disciplinary survey touching on: - the underlying biological mechanisms supporting cognition; - linguistic communication as a means for sharing and formalizing; - the role of experimental facts based on real events in the theory building process. Our framework illustrates the interleaving between individual generation of partial theories and their computer-assisted logical composition. Taking our inspiration in the ideas described in “Elephant 20003”, we formulate requirements for a conversational abstract machine: - addressing the logical composition of partial theories; - substituting human deductive reasoning; - and where the components interact through speech acts. We then exemplify our proposition by the collaborative search of a deduction-based strategy for the ‘Sudoku filling problem’, where the candidate reasoning patterns interact through a confluent conversation. Chapter 3 presents the full details of a conversational abstract machine using three different illocutionary acts: ‘assertives’4, ‘directives’4 and ‘commissives’4. It starts