Με την πραγματικότητα των υπέρογκων και ολοένα αυξανόμενων πηγών κειμένου στο διαδίκτυο, καθίστανται αναγκαία η ύπαρξη μηχανισμών οι οποίοι βοηθούν τους χρήστες ώστε να λάβουν γρήγορες απαντήσεις στα ερωτήματά τους. Η παρουσίαση προσωποποιημένου, συνοψισμένου και προκατηγοριοποιημένου περιεχομένου στους χρήστες, κρίνεται απαραίτητη σύμφωνα με τις επιταγές της συνδυαστικής έκρηξης της πληροφορίας που είναι ορατή σε κάθε "γωνία" του διαδικτύου. Ζητούνται άμεσες και αποτελεσματικές λύσεις ώστε να "τιθασευτεί" αυτό το χάος πληροφορίας που υπάρχει στον παγκόσμιο ιστό, λύσεις που είναι εφικτές μόνο μέσα από ανάλυση των προβλημάτων και εφαρμογή σύγχρονων μαθηματικών και υπολογιστικών μεθόδων για την αντιμετώπισή τους. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, δημιουργήθηκε ένας ολοκληρωμένος μηχανισμός ο οποίος μπορεί αυτόματα να αναλύει κείμενα του διαδικτύου προκειμένου να εξάγει λέξεις-κλειδιά. Μέσα από αυτή την ανάλυση προκύπτουν οι σημαντικότερες προτάσεις του κειμένου που το χαρακτηρίζουν και οι οποίες μπορούν, αν συνενωθούν, να αποτελέσουν μια σύντομη περίληψη του κειμένου. Ο μηχανισμός αξιοποιεί γνώσεις για την κατηγορία του κειμένου καθώς και για τις προτιμήσεις που παρουσιάζουν οι χρήστες του προκειμένου να βελτιώσει και να φιλτράρει τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται. Το σύστημα που κατασκευάστηκε έχει τα εξής βασικά υποσυστήματα: μηχανισμός ανάκτησης δεδομένων και εξαγωγής χρήσιμου κειμένου από τον παγκόσμιο ιστό, μηχανισμός εξαγωγής λέξεων-κλειδιών από το πηγαίο κείμενο, μηχανισμός κατηγοριοποίησης κειμένου, ο οποίος μπορεί να συμμετάσχει στη διαδικασία εξαγωγής περίληψης και να ενδυναμώσει τα αποτελέσματά της, μηχανισμοί προσωποποίησης περιεχομένου στο χρήστη και φυσικά, μηχανισμός εξαγωγής περίληψης. Οι παραπάνω μηχανισμοί είναι ενσωματωμένοι σε ένα σύστημα αποδελτίωσης, το PeRSSonal, το οποίο χρησιμοποιείται για την ανάκτηση / προεπεξεργασία / κατηγοριοποίηση / προσωποποίηση και περίληψη άρθρων από ειδησεογραφικούς τόπους του διαδικτύου. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ενίσχυση των υπαρχόντων διαδικασιών του μηχανισμού με καλύτερες και αποτελεσματικότερες μεθόδους και αλγορίθμους, καθώς και η δημιουργία μιας desktop εφαρμογής που θα αξιοποιεί στο έπακρο τις δυνατότητες παρουσίασης του συστήματος μέσω του κλασικού client-server μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα, αναβαθμίζονται όλα τα στάδια λειτουργίας του μηχανισμού. Έτσι, το στάδιο ανάκτησης δεδομένων από τον ιστό ενισχύεται με έναν νέο, πιο αποτελεσματικό crawler. Ο αλγόριθμος που υλοποιείται σε αυτό το στάδιο λαμβάνει υπ' όψιν του, μεταξύ άλλων, και τον ρυθμό μεταβολής των RSS Feeds που αναλύει προκειμένου να αποφανθεί αν θα επισκεφθεί τη σελίδα του νέου. Αποφεύγονται έτσι άσκοπες εκτελέσεις της διαδικασίας του crawling και ουσιαστικά εξοικονομούνται πόροι του συστήματος. Παράλληλα, οι αλγόριθμοι αναγνώρισης και εξαγωγής χρήσιμου κειμένου έχουν ενισχυθεί και βελτιστοποιηθεί ώστε να εκτελούνται ταχύτερα και να επιστρέφουν με υψηλότερη ακρίβεια το περιεχόμενο που ανταποκρίνεται στο ωφέλιμο κείμενο μιας ιστοσελίδας. Η διαδικασία προεπεξεργασίας του κειμένου και εξαγωγής των λέξεων-κλειδιών από αυτό, έχει επίσης βελτιωθεί σημαντικά. Οι αλγόριθμοι πλέον δέχονται ρύθμιση μέσω παραμέτρων που μεταβάλλονται ανάλογα με το κείμενο και την πηγή του. Επιπλέον, το σύστημα μπορεί να αναγνωρίσει κείμενα όλων των βασικών γλωσσών με μια αρθρωτή (modular) αρχιτεκτονική. Παράλληλα, η διαδικασία εύρεσης λέξεων-κλειδιών έχει ενισχυθεί με την δυνατότητα εξαγωγής των ουσιαστικών του κειμένου, που συνήθως φέρουν το μεγαλύτερο ποσοστό ``νοήματος'' μιας πρότασης, και γενικότερα δυνατότητα αναγνώρισης των μερών του λόγου των προτάσεων. Ακολουθώντας, βρίσκονται οι μηχανισμοί κατηγοριοποίησης κειμένου και εξαγωγής της περίληψης αυτού οι οποίοι επίσης έχουν ενισχυθεί και παρουσιάζουν καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με την αρχική έκδοση του συστήματος. Η διαδικασία περίληψης έχει βελτιωθεί σημαντικά με τεχνικές που αξιοποιούν τη γνώση του συστήματος τόσο για το ίδιο το κείμενο όσο και για τον χρήστη που ζητάει την περίληψη. Η διαδικασία κατηγοριοποίησης επίσης επωφελείται από την περίληψη του κειμένου αξιοποιώντας τη, ως μικρότερη και συνοπτικότερη έκδοση του αρχικού κειμένου, προκειμένου να αποφανθεί σε περιπτώσεις που δεν είναι εντελώς ξεκάθαρο σε ποια κατηγορία ανήκει το κείμενο. Η διαδικασία ολοκληρώνεται με την προσωποποιημένη παρουσίαση των αποτελεσμάτων στη μεριά του χρήστη. Ο αλγόριθμος προσωποποίησης λαμβάνει υπ' όψιν του πολλές παραμέτρους, μεταξύ των οποίων το ιστορικό περιήγησης, οι χρόνοι που μένει ο χρήστης σε κάποιο άρθρο και οι επιλογές του στην εφαρμογή για να παράγει το προφίλ του. Ο αλγόριθμος προσωποποίησης που προτείνεται ουσιαστικά ``μαθαίνει'' από τις επιλογές του χρήστη και προσαρμόζεται στις πραγματικές προτιμήσεις του με το πέρασμα του χρόνου. Έτσι το σύστημα μπορεί να ανταποκρίνεται στις διαρκώς μεταβαλλόμενες προτιμήσεις των χρηστών. Στην τελική φάση της ροής της πληροφορίας, τα αποτελέσματα επιστρέφονται στην εφαρμογή που τρέχει ο χρήστης στην επιφάνεια εργασίας του και που αποτελεί μέρος της παρούσας εργασίας. Ο σκοπός της client-side εφαρμογής είναι να αξιοποιήσει και να παρουσιάσει την πληροφορία που εκτιμάται ότι ενδιαφέρει τον χρήστη, μορφοποιώντας την κατάλληλα ώστε να είναι πραγματικά χρήσιμη και ευανάγνωστη. Σκοπός δεν είναι να ``πλημμυριστεί'' ο χρήστης με ακόμη περισσότερη πληροφορία από αυτή που μπορεί να βρει μόνος του στο διαδίκτυο, αλλά να φιλτραριστεί αυτή ώστε να αντιπροσωπεύει πραγματικά τα ενδιαφέροντα του χρήστη. Η εφαρμογή που αναπτύχθηκε στηρίζεται σε standard πρωτόκολλα τόσο μετάδοσης όσο και μορφοποίησης της πληροφορίας και είναι εύκολα παραμετροποιήσιμη από τον χρήστη, ενώ παράλληλα προσφέρει πλήθος λειτουργιών που την καθιστούν ικανή να αντικαταστήσει τις κοινές μεθόδους καθημερινής ενημέρωσης που χρησιμοποιούν οι χρήστες του διαδικτύου. / The aim of the current thesis is the amendment of the existing procedures of the mechanism that was constructed with better and more effective methods and algorithms, as well as the development of a desktop application which shall exploit to the maximum the presentation capabilities of the system though the classic client-server model. More specifically, all the operation stages of the mechanism are upgraded. Thus, the data retrieval stage is improved with a new, more effective web crawler. The implemented algorithm at this stage takes into consideration, among others, the modification rate of the RSS Feeds that are analyzed in order to decide if the article's page should be fetched. In this manner, unneeded crawling executions are bypassed and system resources are conserved. Furthermore, the recognition and useful text extraction algorithms are enhanced in order to run faster and return with higher precision the content which responds to the useful text of an article's page. The text preprocessing keyword extraction unneeded are also significantly improved. The algorithms now are parametrized and are adjusted according to the text and its origin. Moreover, the system can recognize the texts language through a modular architecture. In addition, the keyword extraction procedure is enhanced with noun retrieval capabilities. Nouns usually baring the most semantic meaning of the text are now identified and can be weighted accordingly. This subsystem is also designed to support multimedia content which will be correlated with keywords. One step more, the categorization and summarization mechanism are improved with heuristics that deliver better results than the initial version of the system. The summarization procedure has improved significantly with techniques that utilize the system's knowledge not only for the text itself, but also for the user requesting the summary. The categorization procedure is also benefitted by the text's summary using it as a shorter, more meaningful version of the initial text, in order to decide in occasions that the categorization of the full text does not give clear results. The procedure concludes with the personalized presentation of the results on the user's side. The personalization algorithm takes into consideration many parameters, along which the browsing history, the times spent by the user at a text's summary or full body, etc. The algorithm is also "leaning" by the user choices and adjusts itself to the real user preferences as time passes. Thus the system can actually respond positively to the continually changing user preferences. In the φnal stage of the show of information, the results are returned to the application that the user is running on his/her desktop and the development of which is part of this thesis. The aim of the client side application is to utilize and properly present the information that the system has decided to be user-interesting. This information is suitably formatted so as to be really useful and readable on the desktop application. We are not targetting to the "information flooding" of the user, but contrary, to the filtering of information in order to truly represent the user's interests. The developed application is based on standard protocols for the transmission and formatting of information and is easily adjustable by the user, while it also offers many functions which make it able to replace the common methods for the user's everyday internet news reading needs.

The growing use of computers in modern control systems has led to the develop- ment of complex dynamic systems known as hybrid systems, which integrates both discrete and continuous systems. Given that hybrid systems are systems that operates in real time allowing for changes in continuous state over time periods, and discrete state changes across zero time, their modelling, analysis and verification becomes very difficult. The formal verifications of such systems based on specifications that can guar- antee their behaviour is very important especially as it pertains to safety critical applications. Accordingly, addressing such verifications issues are important and is the focus of this thesis. In this thesis, in order to actualise the specification and verification of hybrid systems, Interval Temporal Logic(ITL) was adopted as the underlying formalism given its inherent characteristics of providing methods that are flexible for both propositional and first-order reasoning regarding periods found in hardware and software system’s descriptions. Given that an interval specifies the behaviour of a system, specifications of such systems are therefore represented as a set of intervals that can be used to gain an understanding of the possible behaviour of the system in terms of its composition whether in sequential or parallel form. ITL is a powerful tool that can handle both forms of composition given that it offers very strong and extensive proof and specification techniques to decipher essential system properties including safety, liveliness and time projections. However, a limitation of ITL is that the intervals within its framework are considered to be a sequence of discrete states. Against this back- drop, the current research provides an extension to ITL with the view to deal with verification and other related issues that centres around hybrid systems. The novelty within this new proposition is new logic termed SPLINE Interval Temporal Logic (SPITL) in which not only a discrete behaviour can be expressed, but also a continuous behaviour can be represented in the form of a spline i.e. the interval is considered to be a sequence of continuous phases instead of a sequence of discrete states. The syntax and semantics of the newly developed SPITL are provided in this thesis and the new extension of the interval temporal logic using a hybrid system as a case study. The overall framework adopted for the overall structure of SPITL is based on three fundamental steps namely the formal specification of hybrid systems is expressed in SPLINE Interval Temporal Logic, followed by the executable subset of ITL, called Tempura, which is used to develop and test a hybrid system specification that is written in SPITL and finally a runtime verification tool for ITL called AnaTempura which is linked with Matlab in order to use them as an integrated tool for the verification of hybrid systems specification. Overall, the current work contributes to the growing body of knowledge in hybrid systems based on the following three major milestones namely: i. the proposition of a new logic termed SPITL; ii. executable subset, Tempura, integrated with SPITL specification for hybrid systems; and iii. the development of a tool termed Ana Tempura which is integrated with Matlab to ensure accurate runtime verification of results.

As computer systems become increasingly complex and diverse, so too do the architectures they implement. This leads to an increase in complexity in the tools used to design new hardware and software. One particularly important tool in hardware and software design is the Instruction Set Simulator, which is used to prototype new architectures and hardware features, verify hardware, and test and debug software. Many Architecture Description Languages exist which facilitate the description of new architectural or hardware features, and generate a tools such as simulators. However, these typically suffer from poor performance, are difficult to test effectively, and may be limited in functionality. This thesis considers three objectives when developing Instruction Set Simulators: performance, correctness, and completeness, and presents techniques which contribute to each of these. Performance is obtained by combining Dynamic Binary Translation techniques with a novel analysis of high level architecture descriptions. This makes use of partial evaluation techniques in order to both improve the translation system, and to improve the quality of the translated code, leading a performance improvement of over 2.5x compared to a naïve implementation. This thesis also presents techniques which contribute to the correctness objective. Each possible behaviour of each described instruction is used to guide the generation of a test case. Constraint satisfaction techniques are used to determine the necessary instruction encoding and context for each behaviour to be produced. It is shown that this is a significant improvement over benchmark-driven testing, and this technique has led to the discovery of several bugs and inconsistencies in multiple state of the art instruction set simulators. Finally, several challenges in ‘Full System’ simulation are addressed, contributing to both the performance and completeness objectives. Full System simulation generally carries significant performance costs compared with other simulation strategies. Crucially, instructions which access memory require virtual to physical address translation and can now cause exceptions. Both of these processes must be correctly and efficiently handled by the simulator. This thesis presents novel techniques to address this issue which provide up to a 1.65x speedup over a state of the art solution.

L'utilisation des systèmes informatiques est aujourd'hui en pleine évolution. Le modèle classique qui consiste à associer à chaque utilisateur une machine physique qu'il possède et dont il va exploiter les ressources devient de plus en plus obsolète. Aujourd'hui, les ressources informatiques que l'on utilise peuvent être distribuées n'importe où dans l'Internet et les postes de travail du quotidien ne sont plus systématiquement des machines réelles. Cette constatation met en avant deux phénomènes importants qui sont à l'origine de l'évolution de notre utilisation de l'informatique : le Cloud computing et la virtualisation. Le Cloud computing (ou informatique en nuage en français) permet à un utilisateur d'exploiter des ressources informatiques, de granularités potentiellement très différentes, pendant une durée variable, qui sont à disposition dans un nuage de ressources. L'utilisation de ces ressources est ensuite facturée à l'utilisateur. Ce modèle peut être bien sûr avantageux pour une entreprise qui peut s'appuyer sur des ressources informatiques potentiellement illimitées, qu'elle n'a pas nécessairement à administrer et gérer elle-même. Elle peut ainsi en tirer un gain de productivité et un gain financier. Du point de vue du propriétaire des machines physiques, le gain financier lié à la location des puissances de calcul est accentué par une maximisation de l'exploitation de ces machines par différents clients.L'informatique en nuage doit donc pouvoir s'adapter à la demande et facilement se reconfigurer. Une manière d'atteindre ces objectifs nécessite notamment l'utilisation de machines virtuelles et des techniques de virtualisation associées. Même si la virtualisation de ressources informatiques n'est pas née avec le Cloud, l'avènement du Cloud a considérablement augmenté son utilisation. L'ensemble des fournisseurs d'informatique en nuage s'appuient aujourd'hui sur des machines virtuelles, qui sont beaucoup plus facilement déployables et migrables que des machines réelles.Ainsi, s'il est indéniable que l'utilisation de la virtualisation apporte un véritable intérêt pour l'informatique d'aujourd'hui, il est par ailleurs évident que sa mise en œuvre ajoute une complexité aux systèmes informatiques, complexité à la fois logicielle (gestionnaire de machines virtuelles) et matérielle (nouveaux mécanismes d'assistance à la virtualisation intégrés dans les processeurs). A partir de ce constat, il est légitime de se poser la question de la sécurité informatique dans ce contexte où l'architecture des processeurs devient de plus en plus complexe, avec des modes de plus en plus privilégiés. Etant donné la complexité des systèmes informatiques, l'exploitation de vulnérabilités présentes dans les couches privilégiées ne risque-t-elle pas d'être très sérieuse pour le système global ? Étant donné la présence de plusieurs machines virtuelles, qui ne se font pas mutuellement confiance, au sein d'une même machine physique, est-il possible que l'exploitation d'une vulnérabilité soit réalisée par une machine virtuelle compromise ? N'est-il pas nécessaire d'envisager de nouvelles architectures de sécurité prenant en compte ces risques ?C'est à ces questions que cette thèse propose de répondre. En particulier, nous présentons un panorama des différents problèmes de sécurité dans des environnements virtualisés et des architectures matérielles actuelles. A partir de ce panorama, nous proposons dans nos travaux une architecture originale permettant de s'assurer de l'intégrité d'un logiciel s'exécutant sur un système informatique, quel que soit son niveau de privilège. Cette architecture est basée sur une utilisation mixte de logiciel (un hyperviseur de sécurité développé par nos soins, s'exécutant sur le processeur) et de matériel (un périphérique de confiance, autonome, que nous avons également développé). / Computer system are nowadays evolving quickly. The classical model which consists in associating a physical machine to every users is becoming obsolete. Today, computer resources we are using can be distributed any place on the Internet and usual workstations are not systematically a physical machine anymore. This fact is enlightening two important phenomenons which are leading the evolution of the usage we make of computers: the Cloud computing and hardware virtualization. The cloud computing enable users to exploit computers resources, with a fine grained granularity, with a non-predefined amount of time, which are available into a cloud of resources. The resource usage is then financially charged to the user. This model can be obviously profitable for a company which wants to lean on a potentially unlimited amount of resources, without administrating and managing it. A company can thereby increase its productivity and furthermore save money. From the physical machine owner point of view, the financial gain related to the leasing of computing power is multiplied by the optimization of machine usage by different clients. The cloud computing must be able to adapt quickly to a fluctuating demand a being able to reconfigure itself quickly. One way to reach these goals is dependant of the usage of virtual machines and the associated virtualization techniques. Even if computer resource virtualization has not been introduced by the cloud, the arrival of the cloud it substantially increased its usage. Nowadays, each cloud provider is using virtual machines, which are much more deployable and movable than physical machines. Virtualization of computer resources was before essentially based on software techniques. But the increasing usage of virtual machines, in particular in the cloud computing, leads the microprocessor manufacturers to include virtualization hardware assistance mechanisms. Theses hardware extensions enable on the one hand to make virtualization process easier et on the other hand earn performances. Thus, some technologies have been created, such as Intel VT-x and VT-d or AMD-V by AMD and virtualization extensions by ARM. Besides, virtualization process needs the implementation of extra functionalities, to be able to manage the different virtual machine, schedule them, isolate and share hardware resources like memory and peripherals. These different functionalities are in general handled by a virtual machine manager, whose work can be more or less eased by the characteristics of the processor on which it is executing.In general, these technologies are introducing new execution modes on the processors, more and more privileged and complex.Thus, even if we can see that virtualization is a real interest for modern computer science, it is either clear that its implementation is adding complexity to computer systems, at the same time software and hardwarecomplexity. From this observation, it is legitimate do ask the question about computer security in this context where the architecture of processors is becoming more and more complex, with more and more privileged execution modes. Given the presence of multiple virtual machine, which do not trust each other, in the same physical machine, is it possible that the exploitation of one vulnerability be carried out by a compromised virtual machine ? Isn't it necessary to consider new security architectures taking these risks into account?This thesis is trying to answer to these questions. In particular, we are introducing state of the art security issues in virtualized environment of modern architectures. Starting from this work, we are proposing an originalarchitecture ensuring the integrity of a software being executed on a computer system, regardless its privilege level. This architecture is both using software, a security hypervisor, and hardware, a trusted peripheral, we have both designed and implemented.

Peer-to-peer systems have recently gained a lot of attention in the academic community especially through the design of KBR (Key-Based Routing) algorithms and DHT (Distributed Hash Table)s. On top of these constructs were built promising applications such as video streaming applications but also storage infrastructures benefiting from the availability and resilience of such scalable network protocols. Unfortunately, rare are the storage systems designed to be scalable and fault-tolerant to Byzantine behaviour, conditions required for such systems to be deployed in an environment such as the Internet. Furthermore, although some means of access control are often provided, such file systems fail to offer the end-users the flexibility required in order to easily manage the permissions granted to potentially hundreds or thousands of end-users. In addition, as for centralised file systems which rely on a special user, referred to as root on Unices, distributed file systems equally require some tasks to operate at the system level. The decentralised nature of these systems renders impossible the use of a single authoritative entity for performing such tasks since implicitly granting her superprivileges, unacceptable configuration for such decentralised systems. This thesis addresses both issues by providing the file system objects a completely decentralised access control and administration scheme enabling users to express access control rules in a flexible way but also to request administrative tasks without the need for a superuser. A prototype has been developed and evaluated, proving feasible the deployment of such a decentralised file system in large-scale and untrustworthy environments.

La visualisation de données est un aspect important de la recherche scientifique dans de nombreux domaines.Elle permet d'aider à comprendre les phénomènes observés voire simulés et d'en extraire des informations à des fins notamment de validations expérimentales ou tout simplement pour de la revue de projet.Nous nous intéressons dans le cadre de cette étude doctorale à la visualisation de données volumiques en imagerie médicale et biomédicale, obtenues grâce à des appareils d'acquisition générant des champs scalaires ou vectoriels représentés sous forme de grilles régulières 3D.La taille croissante des données, due à la précision grandissante des appareils d'acquisition, impose d'adapter les algorithmes de visualisation afin de pouvoir gérer de telles volumétries.De plus, les GPUs utilisés en visualisation de données volumiques, se trouvant être particulièrement adaptés à ces problématiques, disposent d'une quantité de mémoire très limitée comparée aux données à visualiser.La question se pose alors de savoir comment dissocier les unités de calculs, permettant la visualisation, de celles de stockage.Les algorithmes se basant sur le principe dit "out-of-core" sont les solutions permettant de gérer de larges ensembles de données volumiques.Dans cette thèse, nous proposons un pipeline complet permettant de visualiser et de traiter, en temps réel sur GPU, des volumes de données dépassant très largement les capacités mémoires des CPU et GPU.L'intérêt de notre pipeline provient de son approche de gestion de données "out-of-core" permettant de virtualiser la mémoire qui se trouve être particulièrement adaptée aux données volumiques.De plus, cette approche repose sur une structure d'adressage virtuel entièrement gérée et maintenue sur GPU.Nous validons notre modèle grâce à plusieurs applications de visualisation et de traitement en temps réel.Tout d'abord, nous proposons un microscope virtuel interactif permettant la visualisation 3D auto-stéréoscopique de piles d'images haute résolution.Puis nous validons l'adaptabilité de notre structure à tous types de données grâce à un microscope virtuel multimodale.Enfin, nous démontrons les capacités multi-rôles de notre structure grâce à une application de visualisation et de traitement concourant en temps réel. / Data visualisation is an essential aspect of scientific research in many fields.It helps to understand observed or even simulated phenomena and to extract information from them for purposes such as experimental validations or solely for project review.The focus given in this thesis is on the visualisation of volume data in medical and biomedical imaging.The acquisition devices used to acquire the data generate scalar or vector fields represented in the form of regular 3D grids.The increasing accuracy of the acquisition devices implies an increasing size of the volume data.Therefore, it requires to adapt the visualisation algorithms in order to be able to manage such volumes.Moreover, visualisation mostly relies on the use of GPUs because they suit well to such problematics.However, they possess a very limited amount of memory compared to the generated volume data.The question then arises as to how to dissociate the calculation units, allowing visualisation, from those of storage.Algorithms based on the so-called "out-of-core" principle are the solutions for managing large volume data sets.In this thesis, we propose a complete GPU-based pipeline allowing real-time visualisation and processing of volume data that are significantly larger than the CPU and GPU memory capacities.The pipeline interest comes from its GPU-based approach of an out-of-core addressing structure, allowing the data virtualisation, which is adequate for volume data management.We validate our approach using different real-time applications of visualisation and processing.First, we propose an interactive virtual microscope allowing 3D auto-stereoscopic visualisation of stacks of high-resolution images.Then, we verify the adaptability of our structure to all data types with a multimodal virtual microscope.Finally, we demonstrate the multi-role capabilities of our structure through a concurrent real-time visualisation and processing application.

Cette thèse porte sur la similitude entre un fluide et une foule et sur l'adaptation de l’algorithme de Particle Video pour le suivi et l'analyse de foule, ce qui aboutit à la conception d'un système complet pour l'analyse de la foule. Cette thèse en étudie trois aspects : la détection de la foule, l'estimation de sa densité et le tracking des flux afin d'obtenir des caractéristiques de comportement.L’algorithme de détection de la foule est une méthode totalement non supervisée pour la détection et la localisation des foules denses dans des images non-contextualisées. Après avoir calculé des vecteurs de features multi-échelles, une classification binaire est effectuée afin d'identifier la foule et l'arrière-plan.L'algorithme d'estimation de densité s'attaque au problème de l'apprentissage de modèles de régression dans le cas de larges foules denses. L'apprentissage est alors impossible sur données réelles car la vérité terrain est indisponible. Notre méthode repose donc sur l'utilisation de données synthétiques pour la phase d'apprentissage et prouve que le modèle de régression obtenu est valable sur données réelles.Pour notre adaptation de l’algorithme de Particle Video nous considérons le nuage de particules comme statistiquement représentatif de la foule. De ce fait, chaque particule possède des propriétés physiques qui nous permettent d'évaluer la validité de son comportement en fonction de celui attendu d'un piéton et d’optimiser son mouvement guidé par le flot optique. Trois applications en découlent : détection des zones d’entrée-sortie de la foule, détection des occlusions dynamiques et mise en relation des zones d'entrée et de sortie selon les flux de piétons. / This thesis focuses on the similarity between a fluid and a crowd and on the adaptation of the particle video algorithm for crowd tracking and analysis. This interrogation ended up with the design of a complete system for crowd analysis out of which, this thesis has addressed three main problems: the detection of the crowd, the estimation of its density and the tracking of the flow in order to derive some behavior features.The contribution to crowd detection introduces a totally unsupervised method for the detection and location of dense crowds in images without context-awareness. After retrieving multi-scale texture-related feature vectors from the image, a binary classification is conducted to identify the crowd and the background.The density estimation algorithm is tackling the problem of learning regression models when it comes to large dense crowds. In such cases, the learning is impossible on real data as the ground truth is not available. Our method relies on the use of synthetic data for the learning phase and proves that the regression model obtained is valid for a use on real data.Our adaptation of the particle video algorithm leads us to consider the cloud of particles as statistically representative of the crowd. Therefore, each particle has physical properties that enable us to assess the validity of its behavior according to the one expected from a pedestrian, and to optimize its motion guided by the optical flow. This leads us to three applications: the detection of the entry and exit areas of the crowd in the image, the detection of dynamic occlusions and the possibility to link entry areas with exit ones, according to the flow of the pedestrians.

Nous nous intéressons au développement de méthodes qui répondent aux difficultés posées par l’analyse des séries temporelles. Nos contributions se focalisent sur deux tâches : la prédiction de séries temporelles et la classification de séries temporelles. Notre première contribution présente une méthode de prédiction et de complétion de séries temporelles multivariées et relationnelles. Le but est d’être capable de prédire simultanément l’évolution d’un ensemble de séries temporelles reliées entre elles selon un graphe, ainsi que de compléter les valeurs manquantes dans ces séries (pouvant correspondre par exemple à une panne d’un capteur pendant un intervalle de temps donné). On se propose d’utiliser des techniques d’apprentissage de représentation pour prédire l’évolution des séries considérées tout en complétant les valeurs manquantes et prenant en compte les relations qu’il peut exister entre elles. Des extensions de ce modèle sont proposées et décrites : d’abord dans le cadre de la prédiction de séries temporelles hétérogènes puis dans le cas de la prédiction de séries temporelles avec une incertitude exprimée. Un modèle de prédiction de séries spatio-temporelles est ensuiteproposé, avec lequel les relations entre les différentes séries peuvent être exprimées de manière plus générale, et où ces dernières peuvent être apprises.Enfin, nous nous intéressons à la classification de séries temporelles. Un modèle d’apprentissage joint de métrique et de classification de séries est proposé et une comparaison expérimentale est menée. / This thesis deals with the development of time series analysis methods. Our contributions focus on two tasks: time series forecasting and classification. Our first contribution presents a method of prediction and completion of multivariate and relational time series. The aim is to be able to simultaneously predict the evolution of a group of time series connected to each other according to a graph, as well as to complete the missing values ​​in these series (which may correspond for example to a failure of a sensor during a given time interval). We propose to use representation learning techniques to forecast the evolution of the series while completing the missing values ​​and taking into account the relationships that may exist between them. Extensions of this model are proposed and described: first in the context of the prediction of heterogeneous time series and then in the case of the prediction of time series with an expressed uncertainty. A prediction model of spatio-temporal series is then proposed, in which the relations between the different series can be expressed more generally, and where these can be learned.Finally, we are interested in the classification of time series. A joint model of metric learning and time-series classification is proposed and an experimental comparison is conducted.

Alors que le surcoût de la virtualisation reste marginal sur des machines peu puissantes, la situation change radicalement quand le nombre de cœur disponible augmente. Il existe aujourd’hui des machines de plusieurs dizaines de cœurs dans les data centers dédiés au cloud computing, un modèle de gestion de ressources qui utilise largement la virtualisation. Ces machines reposent sur une architecture Non Uniform Memory Access (NUMA) pour laquelle le placement des tâches sur les cœurs ainsi que celui des données en mémoire est déterminant pour les performances.Cette thèse montre d’une part comment la virtualisation affecte le comportement des applications en les empêchant notamment d’utiliser un placement efficace de leurs données en mémoire. Cette étude montre que les erreurs de placement ainsi provoquées engendrent une dégradation des performances allant jusqu’à 700%. D’autre part, cette thèse propose une méthode qui permet la virtualisation efficace d’architectures NUMA par la mise en œuvre dans l’hyperviseur Xen de politiques génériques de placement mémoire. Une évaluation sur un ensemble de 29 applications exécutées sur une machine NUMA de 48 cœurs montre que ces politiques multiplient les performances de 9 de ces applications par 2 ou plus et diminuent le surcoût de la virtualisation à moins de 50% pour 23 d’entre elles. / While virtualization only introduces a negligible overhead on machines with few cores, this is not the case when the number of cores increases. We can find such computers with tens of cores in todays data centers dedicated to the cloud computing, a resource management model which relies on virtualization. These large multicore machines have a complex architecture, called Non Uniform Memory Access (NUMA). Achieving high performance on a NUMA architecture requires to wisely place application threads on the appropriate cores and application data in the appropriate memory bank.In this thesis, we show how virtualization techniques modify the applications behavior by preventing them to efficiently place their data in memory. We show that the data misplacement leads to a serious performance degradation, up to 700%.Additionally, we suggest a method which allows the Xen hypervisor to efficiently virtualize NUMA architectures by implementing a set of generic memory placement policies. With an evaluation over a set of 29 applications on a 48-cores machine, we show that the NUMA policies can multiply the performance of 9 applications by more than 2 and decrease the virtualization overhead below 50% for 23 of them.

La SNCF cherche à mettre en place des solutions innovantes permettant d’améliorer la sécurité et les conditions de travail des chargés d’études lors des travaux d’automatisation. En partant de l’étude théorique du projet jusqu’à sa validation sur site, en passant par la mise en œuvre des programmes, du câblage des armoires, et de leur vérification sur plateforme et en usine, ces différentes tâches s’avèrent souvent être longues, complexes, et répétitives, ce qui a pour effet d’augmenter la charge de travail des chargés d’études. En vue d’améliorer les conditions de travail des chargés d’études, ce projet de recherche vise principalement à améliorer leurs méthodologies de vérification des programmes API (aspects fonctionnels et sécuritaires) et du câblage des armoires électriques. Ce projet intitulé « Vérification formelle et simulation pour la validation des programmes API des EALE » se décompose en deux axes :  la vérification hors ligne des programmes API : basée sur une approche formelle, la méthode s’appuie sur une modélisation de l’installation électrique, des programmes API et du cahier de recette dans le model-checker Uppaal. Le principe consiste à vérifier automatiquement si les programmes satisfont aux tests du cahier de recette.  la vérification en ligne du câblage des armoires de contrôle/commande/ protection grâce à un simulateur de partie opérative interfacé avec les armoires de contrôle/commande/protection (via une armoire de test). La vérification se fera de manière automatique et en ligne, toujours avec les tests du cahier de recette, et permettra de valider le câblage des armoires et les réglages des appareils de protection numérique. / In order to keep its leadership in French rail market and to improve working conditions of its systems engineers during automation projects, the SNCF (French acronym for National Society of French Railways) wants to develop solutions increasing the productivity. One of these improvements focuses on the current methodology used by the systems engineers to verify and validate the control command system of electrical installations. This task remains one of the most important during an automation project because it is supposed to ensure installations safety, but it should be optimized. Through an industrial thesis financed by SNCF, the aim of this research project is to improve this method and reduce time validation of control command system by providing tools which will help systems engineers to verify and validate quickly and automatically the control command system during any automation project. It is composed of two axes : - Offline verification of PLC programs with model checking - Online validation of electrical cabinets with virtual commissioning