Modèles et algorithmes d’apprentissage profond pour de la donnée séquentielle : applications aux modèles de langage et à la quantification d’incertitude

In this thesis, we develop new models and algorithms to solve deep learning tasks on sequential data problems, with the perspective of tackling the pitfalls of current approaches for learning language models based on neural networks. A first research work develops a new deep generative model for sequential data based on Sequential Monte Carlo Methods, that enables to better model diversity in language modelling tasks, and better quantify uncertainty in sequential regression problems. A second research work aims to facilitate the use of SMC techniques within deep learning architectures, by developing a new online smoothing algorithm with reduced computational cost, and applicable on a wider scope of state-space models, including deep generative models. Finally, a third research work proposes the first reinforcement learning that enables to learn conditional language models from scratch (i.e without supervised datasets), based on a truncation mechanism of the natural language action space with a pretrained language model.Dans ce manuscrit de thèse, nous développons de nouveaux algorithmes et modèles pour résoudre les problèmes d'apprentissage profond sur de la donnée séquentielle, en partant des problématiques posées par l'apprentissage des modèles de langage basés sur des réseaux de neurones. Un premier axe de recherche développe de nouveaux modèles génératifs profonds basés sur des méthodes de Monte Carlo Séquentielles (SMC), qui permettent de mieux modéliser la diversité du langage, ou de mieux quantifier l'incertitude pour des problèmes de régression séquentiels. Un deuxième axe de recherche vise à faciliter l'utilisation de techniques de SMC dans le cadre de l'apprentissage profond, en développant un nouvel algorithme de lissage à coût computationnel largement réduit, et qui s'applique à un scope plus large de modèles à espace d'états, notamment aux modèles génératifs profonds. Finalement, un troisième axe de recherche propose le premier algorithme d'apprentissage par renforcement permettant d'apprendre des modèles de langage conditionnels "ex-nihilo" (i.e sans jeu de données supervisé), basé sur un mécanisme de troncation de l'espace d'actions par un modèle de langage pré-entrainé