Design, Implementation and Analysis of a Description Model for Complex Archaeological Objects

Elaboration, mise en œuvre et analyse d’un mod`ele de description d’objets arch´eologiques complexes

Aybuke Ozturk (1)

1 ERIC - Entrepôts, Représentation et Ingénierie des Connaissances

Ceramics are one of the most important archaeological materials to help in the reconstruction of past civilizations. Information about complex ceramic objects is composed of textual, numerical and multimedia data, which induce several research challenges addressed in this thesis. From a technical perspective, ceramic databases have different file formats, access protocols and query languages. From a data perspective, ceramic data are heterogeneous and experts have differentways of representing and storing data. There is no standardized content and terminology, especially in terms of description of ceramics. Moreover, data navigation and observation are difficult. Data integration is also difficult due to the presence of various dimensions from distant databases, which describe the same categories of objects in different ways.Therefore, the research project presented in this thesis aims to provide archaeologists and archaeological scientists with tools for enriching their knowledge by combining different information on ceramics. We divide our work into two complementary parts: (1) Modeling of Complex Archaeological Data and (2) Clustering Analysis of Complex Archaeological Data. The first part of this thesis is dedicated to the design of a complex archaeological database model for the storage of ceramic data. This database is also used to source a data warehouse for doing online analytical processing (OLAP). The second part of the thesis is dedicated to an in-depth clustering (categorization) analysis of ceramic objects. To do this, we propose a fuzzy approach, where ceramic objects may belong to more than one cluster (category). Such a fuzzy approach is well suited for collaborating with experts, by opening new discussions based on clustering results.We contribute to fuzzy clustering in three sub-tasks: (i) a novel fuzzy clustering initialization method that keeps the fuzzy approach linear; (ii) an innovative quality index that allows finding the optimal number of clusters; and (iii) the Multiple Clustering Analysis approach that builds smart links between visual, textual and numerical data, which assists in combining all types ofceramic information. Moreover, the methods we propose could also be adapted to other application domains such as economy or medicine.

La céramique est l'un des matériaux archéologiques les plus importants pour aider à la reconstruction des civilisations passées. Les informations à propos des objets céramiques complexes incluent des données textuelles, numériques et multimédias qui posent plusieurs défis de recherche abordés dans cette thèse. D'un point de vue technique, les bases de données de céramiques présentent différents formats de fichiers, protocoles d'accès et langages d'interrogation. Du point de vue des données, il existe une grande hétérogénéité et les experts ont différentes façons de représenter et de stocker les données. Il n'existe pas de contenu et de terminologie standard, surtout en ce qui concerne la description des céramiques. De plus, la navigation et l'observation des données sont difficiles. L'intégration des données est également complexe en raison de laprésence de différentes dimensions provenant de bases de données distantes, qui décrivent les mêmes catégories d'objets de manières différentes.En conséquence, ce projet de thèse vise à apporter aux archéologues et aux archéomètres des outils qui leur permettent d'enrichir leurs connaissances en combinant différentes informations sur les céramiques. Nous divisons notre travail en deux parties complémentaires : (1) Modélisation de données archéologiques complexes, et (2) Partitionnement de données (clustering) archéologiques complexes. La première partie de cette thèse est consacrée à la conception d'un modèle de données archéologiques complexes pour le stockage des données céramiques. Cette base de donnée alimente également un entrepôt de données permettant des analyses en ligne (OLAP). La deuxième partie de la thèse est consacrée au clustering (catégorisation) des objets céramiques. Pour ce faire, nous proposons une approche floue, dans laquelle un objet céramique peut appartenir à plus d'un cluster (d'une catégorie). Ce type d'approche convient bien à la collaboration avec des experts, enouvrant de nouvelles discussions basées sur les résultats du clustering.Nous contribuons au clustering flou (fuzzy clustering) au sein de trois sous-tâches : (i) une nouvelle méthode d'initialisation des clusters flous qui maintient linéaire la complexité de l'approche ; (ii) un indice de qualité innovant qui permet de trouver le nombre optimal de clusters ; et (iii) l'approche Multiple Clustering Analysis qui établit des liens intelligents entre les données visuelles, textuelles et numériques, ce qui permet de combiner tous les types d'informations sur les céramiques. Par ailleurs, les méthodes que nous proposons pourraient également être adaptées à d'autres domaines d'application tels que l'économie ou la médecine.

Mots clés: Complex Objects; Archaeology; Archaeometry; Ceramics; Databases; Data Warehouses; OLAP; Clustering; MaxMin Linear Initialization; Cluster Validity; Visual TSFD; Cluster Ensemble; Combined Partition Clustering

Mots clés: Objets complexes; Archéologie; Archéométrie; Céramique; Bases de données; Entrepôts de données; OLAP; Clustering; Initialisation linéaire MaxMin; Validité des clusters; Visual TSFD; Clustering ensembliste; Clustering de partitions combinées

Domaines: Base de données [cs.DB]

Aybuke Ozturk. Design, Implementation and Analysis of a Description Model for Complex Archaeological Objects. Databases [cs.DB]. Université de Lyon, 2018. English. ⟨NNT : 2018LYSE2048⟩. ⟨tel-01899481⟩