Le principal objectif de ce travail est d’étudier les cellules solaires organiques de type hétérojonction en volume à l’aide d’un modèle bidimensionnel spécifique incluant un état intermédiaire pour la dissociation des charges dans les matériaux organiques. Ce modèle est mis en place dans un logiciel de simulation par éléments finis. Après validation, il est comparé à deux approches existant dans la littérature. Le grand nombre de paramètres requis pour décrire le mécanisme complexe de génération de charges nécessite un algorithme robuste, basé sur l’exploitation de chaînes de Markov, pour extraire ces paramètres physiques à partir de données expérimentales. Le modèle ainsi que la procédure d’extraction de paramètres sont utilisés dans un premier temps pour étudier le mécanisme de dissociation associé à une cellule comportant une nouvelle molécule. Ensuite le comportement en température de cellules à base de P3HT : PCBM est simulé et comparé à des mesures expérimentales. / The main objective of this work is to study bulk heterojunction organic solar cells with a specific two dimensional model that takes into account an intermediate state specific to organic materials. The model is solved numerically by a finite element software. After its validation, it is compared to two existing approaches in the literature. The large number of parameters needed to describe the complex charge generation mechanism requires a robust parameter extraction algorithm, based on the operation of Markov chains, in order to extract these physical parameters from experimental characterizations. The model and the parameter extraction method are then used to study the charge dissociation mechanism of a cell with a newly synthesized molecule. Finally, the temperature evolution of P3HT : PCBM solar cells are simulated and compared to experimental measurements.

L'iris est considérée comme une des modalités les plus robustes et les plus performantes en biométrie à cause de ses faibles taux d'erreurs. Ces performances ont été observées dans des situations contrôlées, qui imposent des contraintes lors de l'acquisition pour l'obtention d'images de bonne qualité. Relâcher ces contraintes, au moins partiellement, implique des dégradations de la qualité des images acquises et par conséquent une réduction des performances de ces systèmes. Une des principales solutions proposées dans la littérature pour remédier à ces limites est d'améliorer l'étape de segmentation de l'iris. L'objectif principal de ce travail de thèse a été de proposer des méthodes originales pour la segmentation des images dégradées de l'iris. Les chaînes de Markov ont été déjà proposées dans la littérature pour résoudre des problèmes de segmentation d'images. Dans ce cadre, une étude de faisabilité d'une segmentation non supervisée des images dégradées d'iris en régions par les chaînes de Markov a été réalisée, en vue d'une future application en temps réel. Différentes transformations de l'image et différentes méthodes de segmentation grossière pour l'initialisation des paramètres ont été étudiées et comparées. Les modélisations optimales ont été introduites dans un système de reconnaissance de l'iris (avec des images en niveaux de gris) afin de produire une comparaison avec les méthodes existantes. Finalement une extension de la modélisation basée sur les chaînes de Markov cachées, pour une segmentation non supervisée des images d'iris acquises en visible, a été mise en place / Iris is considered as one of the most robust and efficient modalities in biometrics because of its low error rates. These performances were observed in controlled situations, which impose constraints during the acquisition in order to have good quality images. The renouncement of these constraints, at least partially, implies degradations in the quality of the acquired images and it is therefore a degradation of these systems’ performances. One of the main proposed solutions in the literature to take into account these limits is to propose a robust approach for iris segmentation. The main objective of this thesis is to propose original methods for the segmentation of degraded images of the iris. Markov chains have been well solicited to solve image segmentation problems. In this context, a feasibility study of unsupervised segmentation into regions of degraded iris images by Markov chains was performed. Different image transformations and different segmentation methods for parameters initialization have been studied and compared. Optimal modeling has been inserted in iris recognition system (with grayscale images) to produce a comparison with the existing methods. Finally, an extension of the modeling based on the hidden Markov chains has been developed in order to realize an unsupervised segmentation of the iris images acquired in visible light

L'analyse et l'optimisation au niveau de système sont indispensables pour la progression de performance des réseaux de communication. Ils sont nécessaires afin de faire fonctionner de façon optimale des réseaux actuels et de planifier des réseaux futurs. La modélisation et l'analyse au niveau de système des réseaux cellulaires ont été facilitées grâce à la maîtrise de l'outil mathématique de la géométrie stochastique et, plus précisément, la théorie des processus ponctuels spatiaux. Du point de vue de système, il a été empiriquement validé que les emplacements des stations cellulaires de base peuvent être considérés comme des points d'un processus ponctuel de Poisson homogène dont l'intensité coïncide avec le nombre moyen de stations par unité de surface. Dans ce contexte, des contributions de ce travail se trouvent dans le développement de nouvelles méthodologies analytiques pour l'analyse et l'optimisation des déploiements de réseaux cellulaires émergents.La première contribution consiste à introduire une approche pour évaluer la faisabilité de réseaux cellulaires multi-antennes, dans lesquels les dispositifs mobiles à faible énergie décodent les données et récupèrent l'énergie à partir d’un même signal reçu. Des outils de géométrie stochastique sont utilisés pour quantifier le taux d'information par rapport au compromis de puissance captée. Les conclusions montrent que les réseaux d'antennes à grande échelle et les déploiements ultra-denses de stations base sont tous les deux nécessaires pour capter une quantité d'énergie suffisamment élevée et fiable. En outre, la faisabilité de la diversité des récepteurs pour l'application aux réseaux cellulaires descendants est également étudiée. Diverses options basées sur la combinaison de sélection et la combinaison de taux maximal sont donc comparées. Notre analyse montre qu'aucun système n’est plus performant que les autres pour chaque configuration de système : les dispositifs à basse énergie doivent fonctionner de manière adaptative, en choisissant le schéma de diversité des récepteurs en fonction des exigences imposées.La deuxième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour la modélisation et l'optimisation de l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.Contrairement aux approches analytiques actuellement disponibles qui fournissent des expressions analytiques trop simples ou trop complexes de la probabilité de couverture et de l'efficacité spectrale des réseaux cellulaires, l'approche proposée est formulée par une solution de forme fermée qui se révèle en même temps simple et significative. Une nouvelle expression de l'efficacité énergétique du réseau cellulaire descendant est proposée à partir d’une nouvelle formule de l'efficacité spectrale. Cette expression est utilisée pour l’optimisation de la puissance d'émission et la densité des stations cellulaires de base. Il est prouvé mathématiquement que l'efficacité énergétique est une fonction uni-modale et strictement pseudo-concave de la puissance d'émission en fixant la densité des stations de base, et de la densité des stations de base en fixant la puissance d'émission. La puissance d'émission optimale et la densité des stations de base s'avèrent donc être la solution des équations non linéaires simples.La troisième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour analyser les performances des réseaux cellulaires hétérogènes équipés des sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires. L'approche proposée permet de tenir compte de la distribution spatiale des stations de base en utilisant la théorie des processus ponctuels, ainsi que l'apparition aléatoire et la disponibilité de l'énergie en utilisant la théorie des chaînes de Markov. En utilisant l'approche proposée, l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires peut être quantifiée et l'interaction entre la densité des stations de base et le taux d'énergie d'apparition peut être quantifiée et optimisée. / In communication networks, system-level analysis and optimization are useful when one is interested in optimizing the system performance across the entire network. System-level analysis and optimization, therefore, are relevant for optimally operating current networks, and for deploying and planning future networks. In the last few years, the system-level modeling and analysis of cellular networks have been facilitated by capitalizing on the mathematical tool of stochastic geometry and, more precisely, on the theory of spatial point processes. It has been empirically validated that, from the system-level standpoint, the locations of cellular base stations can be abstracted as points of a homogeneous Poisson point process whose intensity coincides with the average number of based stations per unit area.In this context, the contribution of the present Ph.D. thesis lies in developing new analytical methodologies for analyzing and optimizing emerging cellular network deployments. The present Ph.D. thesis, in particular, provides three main contributions to the analysis and optimization of energy-efficient cellular networks.The first contribution consists of introducing a tractable approach for assessing the feasibility of multiple-antenna cellular networks, where low-energy mobile devices decode data and harvest power from the same received signal. Tools from stochastic geometry are used to quantify the information rate vs. harvested power tradeoff. Our study unveils that large-scale antenna arrays and ultra-dense deployments of base stations are both necessary to harvest, with high reliability, a sufficiently high amount of power. Furthermore, the feasibility of receiver diversity for application to downlink cellular networks is investigated. Several options that are based on selection combining and maximum ratio combining are compared against each other. Our analysis shows that no scheme outperforms the others for every system setup. It suggests, on the other hand, that the low-energy devices need to operate in an adaptive fashion, by choosing the receiver diversity scheme as a function of the imposed requirements.The second contribution consists of introducing a new tractable approach for modeling and optimizing the energy efficiency of cellular networks. Unlike currently available analytical approaches that provide either simple but meaningless or meaningful but complex analytical expressions of the coverage probability and spectral efficiency of cellular networks, the proposed approach is conveniently formulated in a closed-form expression that is proved to be simple and meaningful at the same time. By relying on the new proposed formulation of the spectral efficiency, a new tractable closed-form expression of the energy efficiency of downlink cellular network is proposed, which is used for optimizing the transmit power and the density of cellular base stations. It is mathematically proved, in particular, that the energy efficiency is a unimodal and strictly pseudo-concave function in the transmit power, given the density of the base stations, and in the density of the base stations, given the transmit power. The optimal transmit power and density of base stations are proved to be the solution of simple non-linear equations.The third contribution consists of introducing a new tractable approach for analyzing the performance of multi-tier cellular networks equipped with renewable energy sources, such as solar panels. The proposed approach allows one to account for the spatial distribution of the base stations by using the theory of point processes, as well as for the random arrival and availability of energy by using Markov chain theory. By using the proposed approach, the energy efficiency of cellular networks can be quantified and the interplay between the density of base stations and energy arrival rate can be quantified and optimized.

Kronecker structured representations are used to cope with the state space explosion problem in Markovian modeling and analysis. Currently an open research problem is that of devising strong preconditioners to be used with projection methods for the computation of the stationary vector of Markov chains (MCs) underlying such representations. This paper proposes a block SOR (BSOR) preconditioner for hierarchical Markovian Models (HMMs) that are composed of multiple low level models and a high level model that defines the interaction among low level models. The Kronecker structure of an HMM yields nested block partitionings in its underlying continuous-time MC which may be used in the BSOR preconditioner. The computation of the BSOR preconditioned residual in each iteration of a preconditioned projection method becoms the problem of solving multiple nonsingular linear systems whose coefficient matrices are the diagonal blocks of the chosen partitioning. The proposed BSOR preconditioner solvers these systems using sparse LU or real Schur factors of diagonal blocks. The fill-in of sparse LU factorized diagonal blocks is reduced using the column approximate minimum degree algorithm (COLAMD). A set of numerical experiments are presented to show the merits of the proposed BSOR preconditioner.

Hierarchical Markovian Models (HMMs) are composed of multiple low level models (LLMs) and high level model (HLM) that defines the interaction among LLMs. The essence of the HMM approach is to model the system at hand in the form of interacting components so that its (larger) underlying continous-time Markov chain (CTMC) is not generated but implicitly represented as a sum of Kronecker products of (smaller) component matrices. The Kronecker structure of an HMM induces nested block partitionings in its underlying CTMC. These partitionings may be used in block versions of classical iterative methods based on splittings, such as block SOR (BSOR), to solve the underlying CTMC for its stationary vector. Therein the problem becomes that of solving multiple nonsingular linear systems whose coefficient matrices are the diagonal blocks of a particular partitioning. This paper shows that in each HLM state there may be diagonal blocks with identical off-diagonal parts and diagonals differing from each other by a multiple of the identity matrix. Such diagonal blocks are named candidate blocks. The paper explains how candidate blocks can be detected and how the can mutually benefit from a single real Schur factorization. It gives sufficient conditions for the existence of diagonal blocks with real eigenvalues and shows how these conditions can be checked using component matrices. It describes how the sparse real Schur factors of candidate blocks satisfying these conditions can be constructed from component matrices and their real Schur factors. It also demonstrates how fill in- of LU factorized (non-candidate) diagonal blocks can be reduced by using the column approximate minimum degree algorithm (COLAMD). Then it presents a three-level BSOR solver in which the diagonal blocks at the first level are solved using block Gauss-Seidel (BGS) at the second and the methods of real Schur and LU factorizations at the third level. Finally, on a set of numerical experiments it shows how these ideas can be used to reduce the storage required by the factors of the diagonal blocks at the third level and to improve the solution time compared to an all LU factorization implementation of the three-level BSOR solver.

Application of (geo)demographic methods in education Abstract This master's thesis presents the possibilities of application of demographic, geodemographic and statistical methods on data published by the educational sector. The methods of demographic analysis are represented by the usage of rates, the concept of multistate demography (Markov chains) and the application of life tables. The enrollment ratio at particular levels of education, the average length of schooling and the number of dropouts from school grades are evaluated by these procedures. Markov chains which are based on the probabilities of transition between grades are also examined in terms of their use for forecasting purposes. These methods analyze the situation at the preschool, primary and secondary levels and are used on data from the annual Statistical Yearbooks on Education. In the field of geodemography, the so called preferential model of migration flows is presented. This model examines how applicants for tertiary education prefer or reject the regions of the Czech Republic for their tertiary education studies. The last method is the binary logistic regression which analyzes the inequalities in access to tertiary education. Both preferential model and logistic regression are based on data files on the admission process at...

För att minnas långa lösenord är det inte ovanligt att användare rekommenderas att skapa en mening som sedan sätts ihop till ett långt lösenord, en lösenordsfras. Informationsteoretiskt sett är dock ett språk väldigt begränsat och förutsägbart, varför enligt Shannons definition av informationsteori en språkriktig lösenordsfras bör vara relativt lätt att knäcka. Detta arbete riktar in sig på knäckning av språkriktiga lösenordsfraser, dels i syfte att avgöra i vilken grad det är tillrådligt att basera en lösenordspolicy på lösenordsfraser för skydd av data, dels för att allmänt tillgängliga effektiva metoder idag saknas för att knäcka så långa lösenord. Inom arbetet genererades fraser för vidare användning av tillgängliga knäckningsprogram, och språket i fraserna modelleras med hjälp av en Markov-process. I denna process byggs fraserna upp genom att det används antal observerade förekomster av följder av bokstäver eller ord i en källtext, så kallade n-gram, för att avgöra möjliga/troliga nästkommande bokstav/ord i fraserna. Arbetet visar att genom att skapa modeller över språket kan språkriktiga lösenordsfraser knäckas på ett praktiskt användbart sätt jämfört med uttömmande sökning. / In order to remember long passwords, it is not uncommon users are recommended to create a sentence which then is assembled to form a long password, a passphrase. However, theoretically a language is very limited and predictable, why a linguistically correct passphrase according to Shannon's definition of information theory should be relatively easy to crack. This work focuses on cracking linguistically correct passphrases, partly to determine to what extent it is advisable to base a password policy on such phrases for protection of data, and partly because today, widely available effective methods to crack these long passwords are missing.  Within the work of this thesis, phrases were generated for further processing by available cracking applications, and the language of the phrases were modeled using a Markov process. In this process, phrases were built up by using the number of observed instances of subsequent characters or words in a source text, known as n-grams, to determine the possible/probable next character/word in the phrases. The work shows that by creating models of language, linguistically correct passphrases can be broken in a practical way compared to an exhaustive search.

Nous nous intéressons à l'analyse des exigences de performabilité des systèmes communicants mobiles par model checking. Nous modélisons ces systèmes à l'aide d'un formalisme de haut niveau issu du π-calcul, permettant de considérer des comportements stochastiques, temporels, déterministes, ou indéterministes. Cependant, dans le π-calcul, la primitive de communication de base des systèmes est la communication en point-à-point synchrone. Or, les systèmes mobiles, qui utilisent des réseaux sans fil, communiquent essentiellement par diffusion locale. C'est pourquoi, dans un premier temps, nous définissons la communication par diffusion dans le π-calcul, afin de mieux modéliser les systèmes que nous étudions. Nous proposons d'utiliser des versions probabilistes et stochastiques de l'algèbre que nous avons défini, pour permettre des études de performance. Nous en définissons une version temporelle permettant de considérer le temps dans les modèles. Mais l'absence d'outils d'analyse des propriétés sur des modèles spécifiés en une algèbre issue du π-calcul est un obstacle majeur à notre travail. La définition de règles de traduction en langage PRISM, nous permet de traduire nos modèles, en modèles de bas niveau supports du model checking, à savoir des chaînes de Markov à temps discret, à temps continu, des automates temporisés, ou des automates temporisés probabilistes. Nous avons choisi l'outil PRISM car, à notre connaissance, dans sa dernière version, il est le seul outil à supporter les formalismes de bas niveau que nous venons de citer, et ainsi il permet de réaliser des études de performabilité complètes. Cette façon de procéder nous permet de pallier à l'absence d'outils d'analyse pour nos modèles. Par la suite, nous appliquons ces concepts théoriques aux réseaux de capteurs sans fil mobiles. / We are interested in analyzing the performability requirements of mobile communication systems by using model checking techniques. We model these systems using a high-level formalism derived from the π-calculus, for considering stochastic, timed, deterministic or indeterministic behaviors. However, in the π-calculus, the basic communication primitive of systems is the synchronous point-to-point communication. However, mobile systems that use wireless networks, mostly communicate by local broadcast. Therefore, we first define the broadcast communication into the π-calculus, to better model the systems we study. We propose to use probabilistic and stochastic versions of the algebra we have defined to allow performance studies. We define a temporal version to consider time in the models. But the lack of tools for analyzing properties of models specified with π-calculus is a major obstacle to our work and its objectives. The definition of translation rules into the PRISM language allows us to translate our models in low-level models which can support model checking, namely discrete time, or continuous time Markov chains, timed automata, or probabilistic timed automata. We chose the PRISM model checker because, in our best knowledge, in its latest version, it is the only tool that supports the low-level formalisms that we have previously cited, and thus, makes it possible to realize complete performability studies. This approach allows us to overcome the lack of model checkers for our models. Subsequently, we apply these theoretical concepts to analyse performability of mobile wireless sensor networks.

[pt] Este trabalho faz uma introdução básica aos temas Cadeias de Markov e Matriz de Leontief visando mostrar aplicações práticas de sistemas lineares e matrizes com foco na aplicação no Ensino Médio brasileiro. Para tal, revisou-se as bases teóricas necessárias para o aluno ser capaz de entender e resolver problemas com estes temas. Em complemento, apresenta-se uma proposta de introdução à álgebra linear com geometria analítica, assim como a forma de cobrança da álgebra linear em concursos militares no Brasil. Com o uso de vídeos e ferramentas online, criando caminhos mais amistosos em assunto tão teórico, demonstra-se como o Youtube pode ser uma ferramenta poderosa na visualização de problemas abstratos envolvendo a álgebra linear. / [en] This work makes a basic introduction to the themes Markov Chains and Leontief Matrix aiming to show practical applications of linear systems and matrices with a focus on its application in Brazilian High School. To achieve this goal, the theoretical bases necessary for the student to be able to understand and solve problems with these themes has been revised. In addition, we present a proposal to introduce linear algebra with analytical geometry, as well as the way of taking linear algebra in military tests in Brazil. With the use of videos and online tools and creating friendlier paths on such a theoretical theme, it is demonstrated how Youtube can be a powerful tool in visualizing abstract problems involving linear algebra.

Cryptographically secure random number generators usually require an outside seed to be initialized. Other solutions instead use a continuous entropy stream to ensure that the internal state of the generator always remains unpredictable. This thesis analyses four such generators with entropy inputs. Furthermore, different ways to estimate entropy is presented and a new method useful for the generator analysis is developed. The developed entropy estimator performs well in tests and is used to analyse entropy gathered from the different generators. Furthermore, all the analysed generators exhibit some seemingly unintentional behaviour, but most should still be safe for use. / Kryptografiskt säkra slumptalsgeneratorer behöver ofta initialiseras med ett oförutsägbart frö. En annan lösning är att istället konstant ge slumptalsgeneratorer entropi. Detta gör det möjligt att garantera att det interna tillståndet i generatorn hålls oförutsägbart. I den här rapporten analyseras fyra sådana generatorer som matas med entropi. Dessutom presenteras olika sätt att skatta entropi och en ny skattningsmetod utvecklas för att användas till analysen av generatorerna. Den framtagna metoden för entropiskattning lyckas bra i tester och används för att analysera entropin i de olika generatorerna. Alla analyserade generatorer uppvisar beteenden som inte verkar optimala för generatorns funktionalitet. De flesta av de analyserade generatorerna verkar dock oftast säkra att använda.