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Faculté des Sciences appliquées
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Graph neural networks for models of active matter

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Pierre, Jérôme ULiège
Promoteur(s) : Louppe, Gilles ULiège
Date de soutenance : 5-sep-2024/6-sep-2024 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/21020
Détails
Titre : Graph neural networks for models of active matter
Titre traduit : [fr] Réseaux de neurones graphiques interprétables pour les systèmes cellulaires
Auteur : Pierre, Jérôme ULiège
Date de soutenance  : 5-sep-2024/6-sep-2024
Promoteur(s) : Louppe, Gilles ULiège
Membre(s) du jury : Huynh-Thu, Vân Anh ULiège
Geurts, Pierre ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 71
Mots-clés : [en] Graph neural network
[en] Interpretability
[en] Symbolic regression
[en] Cellular migration
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie civile
Public cible : Chercheurs
Professionnels du domaine
Etudiants
Grand public
Autre
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master : ingénieur civil en science des données, à finalité spécialisée
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Cell migration is a critical process that plays a fundamental role in a wide range of
biological phenomena, including embryogenesis, wound healing, and immune responses.
Despite its significance, accurately modeling the complex dynamics of cellular migration
remains challenging.

This thesis investigates the use of graph neural networks (GNNs) to simulate the
dynamics of cellular migration systems. In particular, this work explores the efficacy of
several message-passing GNN architectures including a GaT and classical message-passing
GNNs. The performances of these models are evaluated with a focus on their ability to
replicate ground truth statistics.

Beyond simulation, a key objective of this thesis is to enhance the interpretability
of the models by recovering the underlying mathematical expressions of the interactions
governing cellular interactions. To achieve this, L1 sparsity regularization is applied to
the messages of a single-layer GNN. This results in a dimension reduction that enables
the use of genetic programming for symbolic regression.

Recognizing the challenges posed by symbolic regression in the context of highly
complex analytic equations, this thesis introduces a methodology that decomposes the
messages into a weighted sum of basis functions. Applying symbolic regression on the
weights provides a more tractable means to recover the governing equations.


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Auteur

  • Pierre, Jérôme ULiège Université de Liège > Mast. ing. civ. sc. don. fin. spéc.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Huynh-Thu, Vân Anh ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Algorith. des syst. en interaction avec le monde physique
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Geurts, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Algorith. des syst. en interaction avec le monde physique
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
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