Dans le cadre de cette thèse, nous considérons la complexité paramétrée de problèmes NP- complets. Plus précisément, nous nous intéressons à l'existence d'algorithmes de noyau polynomiaux pour des problèmes d'édition de graphes et de relations. Nous introduisons en particulier la notion de branches, qui permet d'obtenir des algorithmes polynomiaux pour des problèmes d'édition de graphes lorsque la classe de graphes cible respecte une décomposition d'adjacence. Cette technique nous permet ainsi d'élaborer les premiers algorithmes de noyaux polynomiaux pour les problèmes CLOSEST 3-LEAF POWER, COGRAPH EDITION et PROPER INTERVAL COMPLETION. Concernant les problèmes d'édition de relations, nous étendons la notion de Conflict Packing, qui a déjà été utilisée dans quelques problèmes paramétrés et permet d'élaborer des algorithmes de noyau linéaires pour différents problèmes. Nous présentons un noyau linéaire pour le problème FEEDBACK ARC SET IN TOURNAMENTS, et adaptons les techniques utilisées pour obtenir un noyau linéaire pour le problème DENSE ROOTED TRIPLET INCONSISTENCY. Dans les deux cas, nos résultats améliorent la meilleure borne connue, à savoir un noyau quadratique. Finalement, nous appliquons cette tech- nique sur les problèmes DENSE BETWEENNESS et DENSE CIRCULAR ORDERING, obtenant à nouveau des noyaux linéaires, qui constituent les premiers algorithmes de noyau polynomiaux connus pour ces problèmes.

Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles structures de données pour la vérifi cation formelle de systèmes réactifs nis sur architectures parallèles. Ces travaux se basent sur les techniques de véri cation par model checking. Notre approche cible des architectures multi-processeurs et multi-coeurs, avec mémoire partagée, qui correspondent aux générations de serveurs les plus performants disponibles actuellement. Dans ce contexte, notre objectif principal est de proposer des approches qui soient à la fois effi caces au niveau des performances, mais aussi compatibles avec les politiques de partage dynamique du travail utilisées par les algorithmes de génération d'espaces d'états en parallèle ; ainsi, nous ne plaçons pas de contraintes sur la manière dont le travail ou les données sont partagés entre les processeurs. Parallèlement à la défi nition de nouveaux algorithmes de model checking pour machines multi-coeurs, nous nous intéressons également aux algorithmes de vérifi cation probabiliste. Par probabiliste, nous entendons des algorithmes de model checking qui ont une forte probabilité de visiter tous les états durant la vérifi cation d'un système. La véri fication probabiliste permet des gains importants au niveau de la mémoire utilisée, en échange d'une faible probabilité de ne pas être exhaustif ; il s'agit donc d'une stratégie permettant de répondre au problème de l'explosion combinatoire.

Dans le problème de détection de communautés il est possible d'utiliser soit la dimension structurelle, soit la dimension compositionelle du réseau : dans le premier cas les communautés seraient composées par des groupes de noeuds fortement connectés mais peu similaires, et pour le deuxième cas, les groupes auraient des noeuds similaires mais faiblement connectés. Donc en ne choisissant qu'une des dimensions la quantité possible d'information à extraire est réduite. Cette thèse a pour objectif de proposer une nouvelle approche pour utiliser en même temps les dimensions structurelle et compositionelle lors de la détection de communautés de façon telle que les groupes aient des noeuds similaires et bien connectés. Pour la mise en oeuvre de cette approche il faut d'abord une nouvelle définition de communauté qui prend en compte les deux dimensions présentées auparavant et ensuite un modèle nouveau de détection qui utilise cette définition, en trouvant des groupes de noeuds similaires et bien connectés. Le modèle commence par l'introduction de la notion de point de vue qui permet de diviser la dimension compositionelle pour analyser le réseau depuis différentes perspectives. Ensuite le modèle, en utilisant l'information compositionelle, influence le processus de détection de communautés qui intègre les deux dimensions du réseau. La dernière étape est la visualisation du graphe de communautés qui positionne les noeuds selon leur similarité structurelle et compositionelle, ce qui permet d'identifier des noeuds importants pour les interactions entre communautés.

This document is a long abstract of my research work, concerning graph theory and algorithms on graphs. It summarizes some results, gives ideas of the proof for some of them and presents the context of the different topics together with some interesting open questions connected to them The first part precises the notations used in the rest of the paper; the second part deals with some problems on cycles in digraphs; the third part is an overview of two graph coloring problems and one problem on structures in colored graphs; finally the fourth part focus on some results in algorithmic graph theory, mainly in parametrized complexity.

Cette thèse traite de l'étude des spanneurs multichemins, comme extension des spanneurs de graphes classiques. Un spanneur H d'un graphe G est un sous-graphe couvrant tel que pour toute paire de sommets du graphe a, b ∈ V (G) la distance dans le spanneur dH (a, b) n'est pas trop étirée par rapport à la distance dans le graphe d'origine dG(a, b). Ainsi il existe un facteur d'étirement (α, β) tel que pour tout a, b ∈ V(G), d_h(a, b) <= α*d_G(a, b) + β. Motivés par des considérations de routage à plusieurs chemins et après la remarque que le concept de spanneur peut être étendu à toute métrique " non décroissante ", nous introduisons la notion de spanneur multichemins. Après une introduction au domaine, nous parlerons des résultats obtenus concernant d'une part les spanneurs multichemins arêtes disjoints et d'autre part les spanneurs multichemins sommets disjoints.

Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles structures de données pour la vérification formelle de systèmes réactifs finis sur architectures parallèles. Ces travaux se basent sur les techniques de vérification model checking. Notre approche cible des architectures multi-processeurs et multi-cœurs, avec mémoire partagée, qui correspondent aux générations de serveurs les plus performants disponibles actuellement.Dans ce contexte, notre objectif principal est de proposer des approches qui soient à la fois efficaces au niveau des performances, mais aussi compatibles avec les politiques de partage dynamique du travail utilisées par les algorithmes de génération d’espaces d'états en parallèle; ainsi, nous ne plaçons pas de contraintes sur la manière dont le travail ou les données sont partagés entre les processeurs.Parallèlement à la définition de nouveaux algorithmes de model checking pour machines multi-cœurs, nous nous intéressons également aux algorithmes de vérification probabiliste. Par probabiliste, nous entendons des algorithmes de model checking qui ont une forte probabilité de visiter tous les états durant la vérification d’un système. La vérification probabiliste permet des gains importants au niveau de la mémoire utilisée, en échange d’une faible probabilité de ne pas être exhaustif; il s’agit donc d’une stratégie permettant de répondre au problème de l’explosion combinatoire / In this thesis, we propose and study new algorithms and data structures for model checking finite-state, concurrent systems. We focus on techniques that target shared memory, multi-cores architectures, that are a current trend in computer architectures.In this context, we present new algorithms and data structures for exhaustive parallel model checking that are as efficient as possible, but also ``friendly'' with respect to the work-sharing policies that are used for the state space generation (e.g. a work-stealing strategy): at no point do we impose a restriction on the way work is shared among the processors. This includes both the construction of the state space as the detection of cycles in parallel, which is is one of the key points of performance for the evaluation of more complex formulas.Alongside the definition of enumerative, model checking algorithms for many-cores architectures, we also study probabilistic verification algorithms. By the term probabilistic, we mean that, during the exploration of a system, any given reachable state has a high probability of being checked by the algorithm. Probabilistic verification trades savings at the level of memory usage for the probability of missing some states. Consequently, it becomes possible to analyze part of the state space of a system when there is not enough memory available to represent the entire state space in an exact manner

Dans cette thèse, nous avons étudié les problèmes de décisions séquentielles, avec comme application la gestion de stocks d'énergie. Traditionnellement, ces problèmes sont résolus par programmation dynamique stochastique. Mais la grande dimension, et la non convexité du problème, amènent à faire des simplifications sur le modèle pour pouvoir faire fonctionner ces méthodes. Nous avons donc étudié une méthode alternative, qui ne requiert pas de simplifications du modèle: Monte Carlo Tree Search (MCTS). Nous avons commencé par étendre le MCTS classique (qui s'applique aux domaines finis et déterministes) aux domaines continus et stochastiques. Pour cela, nous avons utilisé la méthode de Double Progressive Widening (DPW), qui permet de gérer le ratio entre largeur et profondeur de l'arbre, à l'aide de deux méta paramètres. Nous avons aussi proposé une heuristique nommée Blind Value (BV) pour améliorer la recherche de nouvelles actions, en utilisant l'information donnée par les simulations passées. D'autre part, nous avons étendu l'heuristique RAVE aux domaines continus. Enfin, nous avons proposé deux nouvelles méthodes pour faire remonter l'information dans l'arbre, qui ont beaucoup amélioré la vitesse de convergence sur deux cas tests. Une part importante de notre travail a été de proposer une façon de mêler MCTS avec des heuristiques rapides pré-existantes. C'est une idée particulièrement intéressante dans le cas de la gestion d'énergie, car ces problèmes sont pour le moment résolus de manière approchée. Nous avons montré comment utiliser Direct Policy Search (DPS) pour rechercher une politique par défaut efficace, qui est ensuite utilisée à l'intérieur de MCTS. Les résultats expérimentaux sont très encourageants. Nous avons aussi appliqué MCTS à des processus markoviens partiellement observables (POMDP), avec comme exemple le jeu de démineur. Dans ce cas, les algorithmes actuels ne sont pas optimaux, et notre approche l'est, en transformant le POMDP en MDP, par un changement de vecteur d'état. Enfin, nous avons utilisé MCTS dans un cadre de méta-bandit, pour résoudre des problèmes d'investissement. Le choix d'investissement est fait par des algorithmes de bandits à bras multiples, tandis que l'évaluation de chaque bras est faite par MCTS. Une des conclusions importantes de ces travaux est que MCTS en continu a besoin de très peu d'hypothèses (uniquement un modèle génératif du problème), converge vers l'optimum, et peut facilement améliorer des méthodes suboptimales existantes.

Le principal but de notre recherche a été de caractériser les individus connectés dans un réseau social en analysant la structure locale du réseau. Pour cela, nous avons proposé une méthode qui décrit la façon dont un noeud (correspondant à un individu) est intégré dans le réseau. Notre méthode est liée à l'analyse de réseaux égocentrés en sociologie et à l'approche locale dans l'étude des grands graphes de terrain. Elle peut être appliquée à des petits réseaux, à des fractions de réseaux et aussi à des grands réseaux, grâce à sa petite complexité. Nous avons appliqué la méthode proposée à deux grands réseaux sociaux, un modélisant des activités enligne sur MySpace, l'autre modélisant des communications par téléphone mobile. Dans le premier cas nous nous sommes intéressés à l'analyse de la popularité enligne des artistes sur MySpace. Dans le deuxième cas, nous avons proposé et avons utilisé une méthode pour regrouper les noeuds qui sont connectés au réseau de façon similaire. Nous avons constaté que la distribution des utilisateurs de téléphone mobile dans des groupes était corrélée à d'autres caractéristiques des individus (intensité de communication et 'âge). Bien que dans cette thèse nous ayons appliqué les deux méthodes seulement aux réseaux sociaux, elles peuvent être appliquées de la même manière à tout autre graphe, peu importe son origine.

Medical images have been used to depict the anatomy or function. Their high-dimensionality and their non-linearity nature makes their analysis a challenging problem. In this thesis, we address the medical image analysis from the viewpoint of statistical learning theory. First, we examine regularization methods for analyzing MRI data. In this direction, we introduce a novel regularization method, the k-support regularized Support Vector Machine. This algorithm extends the 1 regularized SVM to a mixed norm of both '1 and '2 norms. We evaluate our algorithm in a neuromuscular disease classification task. Second, we approach the problem of graph representation and comparison for analyzing medical images. Graphs are a technique to represent data with inherited structure. Despite the significant progress in graph kernels, existing graph kernels focus on either unlabeled or discretely labeled graphs, while efficient and expressive representation and comparison of graphs with continuous high-dimensional vector labels, remains an open research problem. We introduce a novel method, the pyramid quantized Weisfeiler-Lehman graph representation to tackle the graph comparison problem for continuous vector labeled graphs. Our algorithm considers statistics of subtree patterns based on the Weisfeiler-Lehman algorithm and uses a pyramid quantization strategy to determine a logarithmic number of discrete labelings. We evaluate our algorithm on two different tasks with real datasets. Overall, as graphs are fundamental mathematical objects and regularization methods are used to control ill-pose problems, both proposed algorithms are potentially applicable to a wide range of domains.

Dans cette thèse, nous explorons la complexité algorithmique de plusieurs problèmes issus de la génomique comparative, et nous apportons des solutions à certains de ces problèmes sous la forme d'algorithmes d'approximation ou paramétrés. Le dénominateur commun aux problèmes soulevés est la mise en commun d'informations génomiques provenant de plusieurs espèces dans le but de tirer des conclusions pertinentes pour l'étude de ces espèces. Les problèmes de tri par transpositions et de tri par inversions pré xes permettent de retrouver l'histoire évolutive des deux espèces. Les problèmes de distance exemplaire et de plus petite partition commune ont pour but de comparer deux génomes dans les cas algorithmiquement di ciles où chaque gène apparait avec plusieurs copies indistinguables dans le génome. En n, les problèmes d'extraction de bandes et de linéarisation visent à préciser ou corriger l'information génomique a n qu'elle soit plus pertinente pour des traitements ultérieurs. Les résultats principaux que nous présentons sont la NP-di culté des problèmes de tri (par transpositions et par inversions pré xes) dont la complexité est restée longtemps une question ouverte; une étude complète de la complexité du calcul des distances exemplaires; un algorithme paramétré pour le calcul de plus petite partition commune (avec un unique paramètre étant la taille de la partition); une étude à la fois large et approfondie des problèmes d'extraction de bandes et en n une nouvelle structure de données permettant de résoudre plus e cacement le problème de linéarisation.