Thèse de doctorat présentée par :

Sébastien Rey-Coyrehourcq

Sous la direction de Denise Pumain

et la co-direction d'Anne Ruas

13 octobre 2015

http://these.sebastienreycoyrehourcq.fr

Maitrise informatique

(UPPA)

Master 2 Géomatique

(Paris 1, Paris 7, ENSG)

Modèles

Simpop

Thèse de géographie (Paris 1)

OpenMOLE

GeoDiverCity

SimPuzzle

SimFamilly

- 1 - 

Modèle

SimpopLocal

Mathématique des

SD non linéaires

Automates cellulaires

Analyses statistiques

Système d'Information Géographique

Systèmes multi-agents

géographes et géomaticiens

Visualisation

- 3 - 

 ... pourtant

plateforme

autonome

écart

1980 - 2010 

Campagnes d'explorations modèles

 manuelles

Analyse de

sensibilité

Calibrage

... autres  méthodes ...

contexte UMR 

- 4 - 

plateforme

autonome

(manuelle)

(manuel)

automatiser

1993 - 2010

- 5 - 

plateforme

autonome

étend

capitalise

générique

appliquée

accessible

intègre

respecte

les pratiques

facilite

les technologies

2010 

SimpopLocal

Clara Schmitt

Sébastien Rey-Coyrehourcq

- 6 - 

plateforme

autonome

le cahier des charges initial

- 7 - 

Théorie

Explications ?

plateforme

autonome

Thèse de Clara Schmitt 

(2010 - 2014)

Une famille de

modèles parcimonieux

Mécanismes

Création

Partage

Dynamique de Croissance  

Impact des innovations

Est-ce que les mécanismes d'innovations sont nécessaires et suffisants à la hiérarchisation du système ?

Dynamiques d'innovations

- 8 - 

plateforme

autonome

Répondre à la question thématique posée

Monter en généralité sur la méthodologie appliquée

- 9 - 

plateforme

autonome

Calibrer puis explorer SimpopLocal

Construire SimpopLocal

plateforme

intégrée

- 11 - 

Composer des "chaînes de traitements"

parallélisables, reproductibles, flexibles, extensibles

( = workflows)

val i = Val[Double]
val res = Val[Double]

val exploration = 
ExplorationTask(i in (0.0 to 100.0 by 1.0))

val model =
  ScalaTask("val res = i * 2") set (
    inputs += i,
    outputs += (i, res)
  )

val env = LocalEnvironment(4)

exploration -< (model on env hook ToStringHook())

plan d'expérience, 

analyses sensibilités, etc. 

Netlogo, Gama, etc.

Scala, R, Python, etc.

plateforme

intégrée

- 13 - 

E

M

T0

T1

plateforme

intégrée

Quelles méthodologies pour la

construction et l'exploration ?

construction avec exploration manuelle

(1) inductive

(2) déductive

plateforme

intégrée

construction avec exploration systématique

simpopLocal

- 15 - 

Tinkering de M. Resnick 

- 16 - 

Nécessaire mais insuffisante !

plateforme

intégrée

SimpopLocal Netlogo

raisonnements biaisés

exploration limitée

calibrage impossible

- 17 - 

( dès juin 2010 )

plateforme

intégrée

workflow

distribue 

rapatrie

plan

d'expérience

• 30 réplications 

• 5 paramètres

• discrétisation en 10 pas

3 Millions de graphiques 

Incertitude, et calibrage a posteriori du modèle difficile

100 000

graphiques

résumés

- 18 - 

plateforme

intégrée

Mathieu
Leclaire

Romain Reuillon

Que voulez-vous mesurer / observer et

prouver / réfuter 

exactement avec

SimpopLocal ?

logique d'exploration inverse

- 19 - 

plateforme

intégrée

On évalue la capacité du modèle (structure, paramètres) à produire des données ou des faits stylisés (patterns) mobilisés a priori

modèle

(mécanismes, paramètres)

données et faits stylisés

formaliser la 

question !

- 20 - 

plateforme

intégrée

déterminer et implémenter les fonctions objectifs

- 21 - 

plateforme

intégrée

valeurs paramètres

mécanismes 

condition initiale 

connaissances 

SimpopLocal

Objectifs

réplications

problème d'optimisation

paramètres

possible ?

impossible ?

comment ?

combien ?

bug ?

- 22 - 

plateforme

intégrée

plateforme

intégrée

refonte architecture

implémentations 

AE

canoniques

composants

Framework MGO

dépend

?

?

Décomposition

Algorithmes Evolutionnaires (AE) 

[Odersky 2005]

" Cake Pattern "

- 24 - 

Expression des dépendances

Flexibilité

Compatibilité OpenMOLE

plateforme

intégrée

~ 400 lignes de code !

accessible

appliqué

générique

solutions spécifiques

algorithmes EA adaptés

robuste

support d'innovation

reproductible

- 25 - 

Encapsulation

Simplification

plateforme

intégrée

~ 30 lignes

Workflow EA générationel ou steady state

Half a billion simulations: evolutionary algorithms and distributed computing for calibrating the SimpopLocal geographical mode 

EPB 2015

ouvre la voie à des nouveaux AE

- 26 - 

plateforme

intégrée

réconcilie construction et exploration systématique

Clara Schmitt,

Sébastien Rey-Coyrehourcq,

Romain Reuillon,

Denise Pumain

accessible aux géographes

générique

modèle

(mécanismes, paramètres)

données et faits stylisés

- 27 - 

choix

choix

Connaissances ?

équifinalité

dilemne observationnel

auto-organisation

plateforme

intégrée

[Batty 1976]

[Bertalanffy 1949]

[Ashby 1947]

sous-détermination

[Prigogine 1969]

[Quine 1953]

[Foerster 1960]

écart

Des discussions interdisciplinaires récentes ...

à celles d'ancrages plus anciennes ...

[Bulle 2005]

[Richardson 2002]

[Amblard 2006]

[Livet 2014]

[Phan 2010]

[OSullivan 2014]

[Grimm 2005, 2014]

[Millington 2012]

[Batty 2001, 2005]

[Augusiak 2014]

[Premo 2007, 2010]

[Naylor 1967, 1969, 1972]

[Hermann 1967]

y compris en géographie ...

[Forrester 1969 ]

[Batty 1976]

[Guetzkow 1972]

[Marble 1972 ]

[Sanders 2013]

[Dutton1971]

[Beshers 1965]

[Gilbert 2009]

[Varenne 2001, 2013, 2014]

...

[Rouchier 2013]

[Manzo 2005, 2014]

récurrences historiques

enjeux méthodologiques et techniques, passés et à venir

Investir pleinement la littérature de la "Validation"

- 29 - 

histoire

épistémologie

expliciter l'équifinalité

Epistémologique

sortir de la logique de preuve

[Cottineau 2014]

reproductibilité du raisonnement

formaliser autrement les théories

dimension collective de l'évaluation

- 30 - 

systématiser l'évaluation

réintégrer le poids du temps 

multi-modélisation

automatiser l'évaluation

construire = évaluer

conséquences

histoire

épistémologie

SimPuzzle 

SimFamilly

reproductibilité, passage à l'échelle

multi-modélisation

construction  et

évaluation 

automatique

MGO

Algorithmes

Visualisation

grille de calcul

- 31 - 

histoire

épistémologie

Slides supplémentaires

GeoDiverCity

ISC-PIF

ERC

Sébastien

Rey

Mathieu

Leclaire

Romain

Reuillon

Cyril

Jayet

Benjamin Bernard

Thomas

Louail

Robin

Cura

Clara

Schmitt

Denise

Pumain

Arnaud

Banos

Collaboration Geographie-cités et Institut des Systèmes Complexes Paris Ile de France  

ERC GeoDiverCity

accès aux ressources ISC-PIF

investissement UMR

-7- 

Collaborations cumulées 2010 - 2015

- 9 - 

- 29 - 

histoire

épistémologie

Axe construction

Axe exploration

développements