Bilan semaine 50 2025 : 08 décembre - 12 décembre

colBiSBM
inférence
GNN
Auteur·rice
Affiliation

Louis Lacoste

MIA Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech, Université Paris-Saclay

Date de publication

12 décembre 2025

Modifié

11 mai 2026

1 TODO List

  • ⚠️ IL Y A UNE TYPO SUR LE SIGNE DE L’ENTROPIE POUR LE PAPIER: - \mathcal{H} au lieu de +\mathcal{H}

  • Codes pour le papier :

    • Nettoyer les scripts
    • Faire un joli README
    • ❓Faire des notebooks
  • Faire tourner clustering sur Trojelsgaard

  • Réussir à reproduire résultat de Abramov et al. (s. d.)

  • Maitriser graphtools de Peixoto pour essayer d’utiliser l’arbre taxonomique sur graphe de cooccurence inférer par SparCC

  • Maitriser SparCC

  • Faire LBM sur niveau taxonomique grossier, initialiser avec le résultat pour un niveau plus fin et ainsi de suite.

  • Clustering unipartite j’ai cassé une fonction de distance à vérifier et réparer

  • Pour clustering de collections sur données réelles :
    → L’intuition de Pierre semble être confirmé, les dissimilarités semblent arrêter de varier sensiblement pour de grandes valeurs (Q_1,Q_2).

  • 👶 (délégué à Mona) Clustering sur Doré :

    • Regarder pour les couples date+nom les études et le nombre de réseaux analysables (Possible demander à Élisa)

      • ⌛ Chamberlain et al semble intéressant à regarder ! Voir le Rmarkdown
    • Clusteriser sur la base des noms et voir parmi les réseaux Européens (désagrégés ?)

    • Si M > 10, alors voir si je retrouve les mêmes résultats que dans les études.

    • Regarder Largest gap sur réseaux Doré

    • ⌛ Essayer clustering sur supinfo

      • CAH et Kmeans tendent vers faire K = 13 clusters sur les supinfos
      • Enrichir avec des métriques sur les réseaux (nestedness, connectance autres ?)
      • Demander à Elisa pour la signification des métadonnées
      • Demander à Elisa une fois vu cohérences de groupe voir pour interprétation écologiques ?
      • Algo de clustering sur les groupes trouvés

1.1 Inférence et microbes

1.1.1 Modèle avec covariables sur probas d’appartenances aux groupes

Toujours modèle LBM mais avec probas d’appartenance pour les colonnes variables:

\begin{align*} Z_i &\sim \mathcal{M}(1; \pi_1, \dots, \pi_Q), \sum_{q=1}^{Q} \pi_q = 1\\ W_j &\sim \mathcal{M}(1; \rho_1^j, \dots, \rho_R^j), \sum_{r=1}^{R} \rho_r^j = 1\\ Y_{i,j}&\mid Z_i = q, W_j = r \sim \mathcal{F}(\alpha_{qr}) \end{align*}

Inférence variationnelle donc \ell(Y;\pmb{\theta}) \geq \mathcal{J}(\mathcal{R},\pmb{\theta}) avec

\mathcal{J}(\mathcal{R},\pmb{\theta})= \sum_{i = 1}^{n_1}\sum_{j=1}^{n_2}\sum_{q \in \mathcal{Q}_1} \sum_{r \in \mathcal{Q}_2} \tau_{iq}^{1} \tau_{jr}^{2} \log f(Y_{ij}; \alpha_{qr}) + \sum_{i=1}^{n_1} \sum_{q \in \mathcal{Q}_1} \tau_{iq}^{1} \log \pi_{\color{black}q} + \sum_{j=1}^{n_2} \sum_{r \in \mathcal{Q}_2} \tau_{jr}^{2} \log \rho_{\color{black}r} \\ - \sum_{i=1}^{n_1} \tau_{iq}^{1} \log \tau_{iq}^{1} - \sum_{j=1}^{n_2} \tau_{jr}^{2} \log \tau_{jr}^{2}

Plusieurs possibilités pour la définition de \rho_r^j

1.1.1.1 Modèle 1 (Tabouy)

Dénominateur pas correct, ne somme pas à 1.

\rho_r^j = \frac{\exp{\beta_r X_j\mathbf{1}_{\{r\neq R\}}}}{1+\sum_{s=1}^{R-1} \beta_s X_j}, \beta_R = 0 et \rho_R^{j} = \frac{1}{1+\sum_{s=1}^{R-1} \beta_s X_j} (pas de compréhension intuitive)

La partie pertinente de l’ELBO devient: P((\beta_r)_{r=1,\dots,R}, (X_j)_{j=1,\dots,n_2}, (\tau_{jr})_{\substack{j=1,\dots,n_2\\r=1,\dots,R}} ) = \sum_{j=1}^{n_2} \sum_{r=1}^{R} [\tau_{jr} (\beta_r X_j \mathbb{1}_{r\neq R} - \log (1+\sum_{s=1}^{R-1} \beta_s X_j))]

Et on obtient la dérivée partielle par rapport à \beta_t comme: \begin{align*} \dfrac{\partial P}{\partial \beta_t}&((\beta_r)_{r=1,\dots,R}, (X_j)_{j=1,\dots,n_2}, (\tau_{jr})_{\substack{j=1,\dots,n_2\\r=1,\dots,R}} ) = \sum_{j=1}^{n_2} \biggl[ \tau_{jt} X_j - \frac{X_j}{1+\sum_{s=1}^{R-1} \exp{\beta_s X_j}} \biggr]\\ & = \sum_{j=1}^{n_2} \biggl[\bigl(\tau_{jt} - \frac{1}{1+\sum_{s=1}^{R-1} \beta_s X_j} \bigr) X_j\biggr] = \sum_{j=1}^{n_2} \biggl[\bigl(\tau_{jt} - \rho_R^j \bigr) X_j\biggr] \end{align*}

❓ Gradient mesure l’écart entre probas a posteriori et la proba a priori du groupe de référence ?

Conclusion: Il manque l’exponentielle cette formulation ne somme pas à 1.

1.1.1.2 Modèle Sophie

Avec \rho_r^j = \frac{\exp{\beta_r X_j}}{\sum_{s=1}^{R} \exp{\beta_s X_j}} = \sigma(\pmb{\beta} \pmb{X})_{r,j}, où \sigma désigne le softmax. Mais il y a besoin de poser une contrainte sur l’un des (\beta_r)_{r=1,\dots,R}, ici \beta_R = 0.

La partie pertinente de l’ELBO devient: P((\beta_r)_{r=1,\dots,R}, (X_j)_{j=1,\dots,n_2}, (\tau_{jr})_{\substack{j=1,\dots,n_2\\r=1,\dots,R}} ) = \sum_{j=1}^{n_2} \sum_{r=1}^{R} [\tau_{jr} (\beta_r X_j - \log (\sum_{s=1}^{R} \exp{\beta_s X_j}))]

Et on obtient la dérivée partielle par rapport à \beta_t comme: \begin{align*} \dfrac{\partial P}{\partial \beta_t}&((\beta_r)_{r=1,\dots,R}, (X_j)_{j=1,\dots,n_2}, (\tau_{jr})_{\substack{j=1,\dots,n_2\\r=1,\dots,R}} ) = \sum_{j=1}^{n_2} \biggl[ \tau_{jt} X_j - \frac{X_j \exp{\beta_t X_j}}{\sum_{s=1}^{R} \exp{\beta_s X_j}} \biggr]\\ & = \sum_{j=1}^{n_2} \biggl[\bigl(\tau_{jt} - \sigma(\pmb{\beta} \pmb{X})_{t,j}\bigr) X_j\biggr] = \sum_{j=1}^{n_2} \biggl[\bigl(\tau_{jt} - \rho_t^j \bigr) X_j\biggr] \end{align*}

1.1.2 Bibliographie: à lire, à faire

  • Lire article multi-niveaux Saint-Clair
  • 🆕 🔎 Trouver des papiers:
    • LBM Negative Binomial
    • Network inference through sample comparison
  • Idée des groupes sur la base de distance phylogénétique:
    • En train de comprendre les distances que phyloseq permet de calculer sur notre exemple
    • En train de lire sur Principle coordinate analysis : https://openplantpathology.github.io/OPP_Workshop_Multivariate/2-MV_PCO.html
    • Parametric t-SNE pour avoir une unique représentation latente (inconvénient utilise du Deep Learning)
    • Lire Papier UniFrac

1.1.3 Réflexion

  • easy16s : se renseigner sur
    • \alpha, \beta diversité
    • Heatmap
  • Regarder SPARTA Rennes
  • Ecrire et étudier les modèles pour différents niveaux taxonomiques.
  • 🆕 Regarder NetComi
  • 🆕 Regarder OneNet car aggrégation plus robuste
  • 🆕 Réfléchir sens d’aggréger les données ou de les diviser

1.1.4 Écrire et faire tourner

  • Lancer colBiSBM sur OTU\times Sample → problème du chargement en mémoire des données à voir
  • Lancer colSBM sur OTU\times OTU
  • TabNet pratiquer les exercices
  • 🆕 SparCC à différent niveaux
  • 🆕 SBM à différent niveaux
  • 🆕⌛ Tree-PLN à différents niveaux

1.1.5 Causalité

Plus sur le temps long, à regarder

  • GT causalité
  • Daria Bystrova lire présentation Bystrova (s. d.) (Meek rules, V-structure)

2 A discuter

  • 🆕 Voir pour des Réseaux / GDR ou aller
  • 🆕 Chercher des cours à suivre

3 Biblio à faire

  • Regarder Transport optimal graphes bipartite.

4 Lectures en cours 📚

4.1 HDR Vincent Brault

  • ⌛ Chap 2 : Creuser l’idée de maximiser l’énergie libre, très intéressant regarder le critère CARI et lire Robert et al 2021. Actuellement p32 du manuscrit
  • Chap 3

4.2 OT

  • Mazelet, Flamary, et Thirion (s. d.) Intéressant pour le transport optimal entre graphes de tailles différentes | Regarder si regularization entropique ne marche pas bien pour le graphe.
  • Nenna (s. d.b) Pour comprendre le problème d’OT régularisé pour l’entropie.
  • Nenna (s. d.a)

4.3 Inférence de graphes

  • Aitchison (1982), en cours

  • ❗📖 Payne et al. (2023) sur MixMPLN

4.4 Causalité

4.5 Largest Gaps

  • ❗📖 Brault et Channarond (2023)
  • ❗📖 Channarond, Daudin, et Robin (2012) le papier qui introduit le Largest Gaps

Les références

Abramov, Kesem, Barry Biton, Geut Galai, Rami Puzis, et Shai Pilosof. s. d. « Structure Knows Best: Predicting Ecological Interactions Across Space Through Pairwise Integration of Latent Network Patterns ».
Aitchison, J. 1982. « The Statistical Analysis of Compositional Data ». Journal of the Royal Statistical Society. Series B (Methodological) 44 (2): 139‑77. https://www.jstor.org/stable/2345821.
Brault, Vincent, et Antoine Channarond. 2023. « Fast and Consistent Algorithm for the Latent Block Model ». 9 mars 2023. https://doi.org/10.48550/arXiv.1610.09005.
Bystrova, Daria. s. d. « Causal Discovery ».
Channarond, Antoine, Jean-Jacques Daudin, et Stéphane Robin. 2012. « Classification and Estimation in the Stochastic Blockmodel Based on the Empirical Degrees ». Electronic Journal of Statistics 6 (janvier). https://doi.org/10.1214/12-ejs753.
Mazelet, Sonia, Rémi Flamary, et Bertrand Thirion. s. d. « Unsupervised Learning for Optimal Transport Plan Prediction Between Unbalanced Graphs ».
Nenna, Luca. s. d.a. « Lecture 1 Monge and Kantorovich Problems: From Primal to Dual ».
———. s. d.b. « Lecture 2: Entropic Optimal Transport ».
Payne, Andrea, Anjali Silva, Steven J. Rothstein, Paul D. McNicholas, et Sanjeena Subedi. 2023. « Finite Mixtures of Multivariate Poisson-Log Normal Factor Analyzers for Clustering Count Data ». 13 novembre 2023. https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.07762.