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Cette thèse présente principalement des résultats sur la combinatoire des droites et segments qui apparaissent naturellement dans l'étude des problèmes de visibilité en trois dimensions. Nous exposons en premier lieu des résultats sur la taille de la silhouette d'un objet vu d'un point, c'est à dire sur la complexite de l'ensemble des droites ou segments tangents à l'objet et passant par le point. Nous présentons en particulier les premières bornes théoriques non triviales pour des polyèdres non-convexes, à savoir que, sous des hypothèses raisonnables, la complexité moyenne de la silhouette est au plus la racine carrée de la complexité du polyèdre, phénomène largement observé en infographie. Nous présentons aussi des bornes, en moyenne et dans le cas le pire, sur le nombre de droites et segments tangents à quatre objets dans une scène composée d'objets polyédriques ou sphériques. Ces bornes donnent en particulier l'espoir que la complexité des structures de données globales comme le complexe de visibilité ne soit pas nécessairement prohibitive. Les bornes sur les polytopes sont également les premières à tirer parti des propriétés structurelles des scènes composées de triangles organisés en polytopes de facon réaliste, c'est à dire non nécessairement disjoints. Ces bornes induisent enfin les premières bornes non triviales sur la complexité des ombres induites par des sources lumineuses non ponctuelles. Les résultats presentés dans cette thèse améliorent significativement l'état de l'art sur les propriétés combinatoires des structures de visibilité en trois dimensions et devraient favoriser les développements algorithmiques futurs pour ces problèmes.

Cette th`ese se concentre sur des bases th´eoriques utiles pour l'analyse d'algorithmes et de protocoles<br />pour des syst`emes r´epartis modernes. Deux caract´eristiques importantes des mod`eles pour<br />ces syst`emes sont les probabilit´es et la mobilit´e typ´ee : des probabilit´es peuvent ˆetre utilis´ees pour<br />quantifier des comportements incertains ou impr´evisibles, et des types peuvent ˆetre utilis´es pour<br />garantir des comportements sˆurs dans des syst`emes mobiles. Dans cette th`ese nous d´eveloppons<br />des techniques alg´ebriques et des techniques bas´ees sur les types pour l'´etude comportementale des<br />processus probabilistes et mobiles.<br /><br />Dans la premi`ere partie de la th`ese nous ´etudions la th´eorie alg´ebrique d'un calcul de processus<br />qui combine les comportements non-d´eterministe et probabiliste dans le mod`ele des automates probabilistes<br />propos´es par Segala et Lynch. Nous consid´erons diverses ´equivalences comportementales<br />fortes et faibles, et nous fournissons des axiomatisations compl`etes pour des processus `a ´etats finis,<br />limit´ees `a la r´ecursion gard´ee dans le cas des ´equivalences faibles.<br /><br />Dans la deuxi`eme partie de la th`ese nous ´etudions la th´eorie alg´ebrique du -calcul en pr´esence<br />des types de capacit´es, qui sont tr`es utiles dans les calculs de processus mobiles. Les types de<br />capacit´es distinguent la capacit´e de lire sur un canal, la capacit´e d'´ecrire sur un canal, et la capacit´e<br />de lire et d'´ecrire `a la fois. Ils introduisent ´egalement une relation de sous-typage naturelle et<br />puissante. Nous consid´erons deux variantes de la bisimilarit´e typ´ee, dans leurs versions retard´ees<br />et anticip´ees. Pour les deux variantes, nous donnons des axiomatisations compl`etes pour les termes<br />ferm´es. Pour une des deux variantes, nous fournissons une axiomatisation compl`ete pour tous les<br />termes finis.<br /><br />Dans la derni`ere partie de la th`ese nous d´eveloppons des techniques bas´ees sur les types pour<br />v´erifier la propri´et´e de terminaison de certains processus mobiles. Nous fournissons quatre syst`emes<br />de types pour garantir cette propri´et´e. Les syst`emes de types sont obtenus par des am´eliorations<br />successives des types du -calcul simplement typ´e. Les preuves de terminaison utilisent des techniques<br />employ´ees dans les syst`emes de r´e´ecriture. Ces syst`emes de types peuvent ˆetre utilis´es pour<br />raisonner sur le comportement de terminaison de quelques exemples non triviaux : les codages des<br />fonctions r´ecursives primitives, le protocole pour coder le choix s´epar´e en terme de composition<br />parall`ele, une table de symboles implement´ee comme une chaˆıne dynamique de cellules.<br /><br />Ces r´esultats ´etablissent des bases pour une future ´etude de mod`eles plus avanc´es qui peuvent<br />combiner des probabilit´es avec des types. Ils soulignent ´egalement la robustesse des techniques<br />alg´ebriques et de celles bas´ees sur les types pour le raisonnement comportemental.

Cette thèse s'articule autour du problème de la synchronisation d'une ligne d'automates. Elle propose une solution économe en nombre d'états en utilisant le schéma de Minsky: temps de synchronisation 3n et nombre d'états 7. Elle s'attache aussi à décrire le comportement de certains automates particuliers découverts lors de la quête automatisée de solutions minimales.

The source system is the real or virtual environment that we are interested in modeling. It is viewed as a source of observable data, in the form of time-indexed trajectories of variables. The data that has been gathered from observing or experimenting with a system is called the system behavior data base. The time indexed trajectories of variables provide an important clue to compose the DEVS (discrete event specification) model. Once event set is derived from the time indexed trajectories of variable, the DEVS model formalism can be extracted from the given event set. The process must not be a simple model generation but a meaningful model structuring of a request. The source data and query designed with SES are converted to XML Meta data by XML converting process. The SES serves as a compact representation for organizing all possible hierarchical composition of system so that it performs an important role to design the structural representation of query and source data to be saved. For the real data application, the model structuring with the US Climate Normals is introduced. Moreover, complex systems are able to be developed at different levels of resolution. When the huge size of source data in US Climate Normals are implemented for the DEVS model, the model complexity is unavoidable. This issue is dealt with the creation of the equivalent lumped model based on the concept of morphism. Two methods to define the resolution level are discussed, fixed and dynamic definition. Aggregation is also discussed as the one of approaches for the model abstraction. Finally, this paper will introduce the process to integrate the DEVSML(DEVS Modeling Language) engine with the DEVS model creation engine for the Web Service Oriented Architecture.

Résoudre des problèmes d'optimisation est un point clé dans l'amélioration constante de la productivité des entreprises. Quand les méthodes traditionnelles échouent, il devient alors naturel de se tourner vers des techniques de résolution approchée. Les métaheuristiques jouent, aujourd'hui, un rôle primordial dans la résolution des problèmes d'optimisation. Ces techniques sont devenues, en quelques années, des outils incoutournables et performants. Dans cette synthèse, nous présentons un panorama des métaheuristiques classiques (méthodes de descente, recuit simulé, recherche tabou, algorithmes génétiques), de certaines moins connues (recherche à voisinages variables, GRASP, iterated local search, guided local search, colonies de fourmis) et de techniques avancées (algorithmes mémétiques, scatter search, GA|PM). Pour toutes ces méthodes, nous analysons les facteurs d'intensification et de diversification présents, les particularités de chacune d'elle et notre retour d'expérience sur les applications que nous avons traités. De cette analyse, nous pouvons proposer ce que sont, selon nous, les caractéristiques indispensables à une bonne métaheuristique.

Avec l'expansion de l'informatique dans tous les domaines de la vie courante, les interactions avec des agents virtuels sont devenues courantes. Par ailleurs, nous savons que les émotions influencent les interactions entre individus. Dans cette thèse, nous nous plaçons dans le cas de la marche expressive non contrainte pour étudier, dans un premier temps, l'influence des émotions sur les interactions entre deux marcheurs réels. Puis, dans un deuxième temps, nous nous intéressons aux interactions entre un marcheur expressif virtuel et un sujet réel. La première étape de ce travail a consisté à concevoir et valider un protocole expérimental permettant l'analyse de marches expressives non contraintes. Nous avons ainsi capturé les mouvements de deux acteurs dans des tâches de marche seul ou en groupe. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié les données de marche en groupe afin de mettre en évidence l'émergence d'un comportement de synchronisation entre les marcheurs de type meneur-suiveur. Nous avons également montré que les caractéristiques des émotions (comme le dialogue par exemple) peuvent avoir une influence sur cette synchronisation. Enfin, dans la troisième et dernière partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence des émotions sur les interactions entre un humain virtuel et un humain réel. Pour cela, nous avons adopté une démarche en trois étapes : conception et analyse d'une base de données de marches expressives entre deux acteurs réels en ligne droite ; validation de la base de données par une étude en perception ; animation d'un humain virtuel grâce aux données de la base de données puis analyse de la marche entre des sujets réels et l'humain virtuel. Les résultats obtenus ont montré une forte similarité entre les deux situations.

Agent-based modeling (ABM) is a modeling and simulation paradigm well-suited to social systems where agents interact and have some degree of autonomy. In their most basic sense, ABMs consist of agents (generally, individuals) interacting in an environment according to a set of behavioural rules. The foundational premise and the conceptual depth of ABM is that simple rules of individual behaviour will aggregate to illuminate complex and/or emergent group-level phenomena that are not specifically encoded by the modeler and that cannot be predicted or explained by the agent-level rules. In essence, ABM has the potential to reveal a whole that is greater than the sum of its parts. In this thesis, ABMs have been utilized as a modeling framework for three specific healthcare applications, including: • the development of an ABM of an emergency department within a hospital allowing the modeling of contact-based infectious diseases such as influenza, and simulating various mitigation strategies; • the development of an ABM to model the effectiveness of a real-time location system (RTLS) using radio frequency identification (RFID) in an emergency department, used for patient tracking as one measure of hospital efficiency; and, • the development of an ABM to test strategies for disaster preparedness (high volume, high risk patients) using a fictitious case of zombies in an emergency department. Although each ABM was purposeful and meaningful for its custom application, each ABM also represented an iteration toward the development of a generic ABM framework. Finally, a thorough critique of ABMs and the modifications required to create a more robust framework are provided. / February 2016

abstract: This thesis summarizes the research work carried out on design, modeling and simulation of semiconductor nanophotonic devices. The research includes design of nanowire (NW) lasers, modeling of active plasmonic waveguides, design of plasmonic nano-lasers, and design of all-semiconductor plasmonic systems. For the NW part, a comparative study of electrical injection in the longitudinal p-i-n and coaxial p-n core-shell NWs was performed. It is found that high density carriers can be efficiently injected into and confined in the core-shell structure. The required bias voltage and doping concentrations in the core-shell structure are smaller than those in the longitudinal p-i-n structure. A new device structure with core-shell configuration at the p and n contact regions for electrically driven single NW laser was proposed. Through a comprehensive design trade-off between threshold gain and threshold voltage, room temperature lasing has been proved in the laser with low threshold current and large output efficiency. For the plasmonic part, the propagation of surface plasmon polariton (SPP) in a metal-semiconductor-metal structure where semiconductor is highly excited to have an optical gain was investigated. It is shown that near the resonance the SPP mode experiences an unexpected giant modal gain that is 1000 times of the material gain in the semiconductor and the corresponding confinement factor is as high as 105. The physical origin of the giant modal gain is the slowing down of the average energy propagation in the structure. Secondly, SPP modes lasing in a metal-insulator-semiconductor multi-layer structure was investigated. It is shown that the lasing threshold can be reduced by structural optimization. A specific design example was optimized using AlGaAs/GaAs/AlGaAs single quantum well sandwiched between silver layers. This cavity has a physical volume of 1.5×10-4 &lambda;03 which is the smallest nanolaser reported so far. Finally, the all-semiconductor based plasmonics was studied. It is found that InAs is superior to other common semiconductors for plasmonic application in mid-infrared range. A plasmonic system made of InAs, GaSb and AlSb layers, consisting of a plasmonic source, waveguide and detector was proposed. This on-chip integrated system is realizable in a single epitaxial growth process. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Electrical Engineering 2012