Dans cette thèse, nous considérons une famille des problèmes d’ordonnancement avec machine parallèle identique et contraintes de précédences. Ce champ de recherche fait l’objet de nombreuses études. Malgré tout, la complexité de ces problèmes varie selon de nombreux paramètres,notamment le type de graphe de précédence ou le critère retenu. De plus, il existe encore de nombreux problèmes ouverts. Nous étudions certains de ces problèmes dans cette thèse. Nous montrons notamment que le problème ouvert avec tâches de durée unitaires et graphe de précédence de type intree est NP-complet. Puis, nous prouvons que le problème avec graphe de précédence de type level order est NP-complet aussi. La preuve est ensuite étendue à des problèmes connexes. Par la suite, on améliore un algorithme exponentiel pour un problème spécifique qui est NP-complet. Enfin, nous proposons un modèle linéaire pour le problème avec contraintes de précédence quelconque, améliorant aussi les résultats de littérature. / The main problem studied in this thesis is that of parallel machine scheduling with precedence constraints. The complexity depends on the shape that the precedence graph takes and the objective function. We prove that one minimum-open problem of scheduling equal-processing-time jobs which subject to in-tree precedence constrains is NP complete while minimizing the total competition time.Then, we prove that the open problem of scheduling level-order precedence constrains is NP-complete too. We adapted the second proof to other scheduling problems as well.On the other hand, we improved an exponential algorithm designed for a specific NP-hard problem. At the end, we propose a linear programming model for the general scheduling problem with arbitrary precedence constraints and processing-time. We adapt the existing models which are originally designed for other scheduling problems to parallel scheduling problem and compare these models with ours.

La cryptographie sur les réseaux est l’une des approches les plus compétitives pour protéger la confidentialité, dans les applications actuelles et l’ère post-quantique. Le problème central qui sert de fondement de complexité de la cryptographie sur réseaux est Learning with Errors (LWE). Il consiste à résoudre un système d’équations bruité, linéaire et surdéterminé. Ce problème est au moins aussi difficile que les problèmes standards portant sur les réseaux, tels que le décodage à distance bornée (BDD pour Bounded Distance Decoding) et le problème du vecteur le plus court unique (uSVP pour unique Shortest Vector Problem). Tous ces problèmes sont conjecturés difficiles à résoudre, même avec un ordinateur quantique de grande échelle. En particulier, le meilleur algorithme connu pour résoudre ces problèmes, BKZ, est très coûteux. Dans cette thèse, nous étudions les relations de difficulté entre BDD et uSVP, la difficulté quantique de LWE et les performances pratiques de l’algorithme BKZ. Tout d’abord, nous donnons une relation de difficulté plus étroite entre BDD et uSVP. Plus précisément, nous améliorons la réduction de BDD à uSVP d’un facteur √2, comparément à celle de Lyubashevsky et Micciancio. Ensuite, Nous apportons un nouvel élément à la conjecture que LWE est quantiquement difficile. Concrètement, nous considérons une version relâchée de la version quantique du problème du coset dièdral et montrons une équivalence computationnelle entre LWE et ce problème. Enfin, nous proposons un nouveau simulateur pour BKZ. Dans ce dernier travail, nous proposons le premier simulateur probabiliste pour BKZ, qui permet de prévoir le comportement pratique de BKZ très précisément. / Lattice-based cryptography is one of the most competitive candidates for protecting privacy, both in current applications and post quantum period. The central problem that serves as the hardness foundation of lattice-based cryptography is called the Learning with Errors (LWE). It asks to solve a noisy equation system, which is linear and over-determined modulo q. Normally, we call LWE problem as an average-case problem as all the coefficients in the equation system are randomly chosen modulo q. The LWE problem is conjectured to be hard even wtih a large scale quantum computer. It is at least as hard as standard problems defined in the lattices, such as Bounded Distance Decoding (BDD) and unique Shortest Vector Problem (uSVP). Finally, the best known algorithm for solving these problems is BKZ, which is very expensive. In this thesis, we study the quantum hardness of LWE, the hardness relations between the underlying problems BDD and uSVP, and the practical performance of the BKZ algorithm. First, we give a strong evidence of quantum hardness of LWE. Concretely, we consider a relaxed version of the quantum version of dihedral coset problem and show an computational equivalence between LWE and this problem. Second, we tighten the hardness relation between BDD and uSVP. More precisely, We improve the reduction from BDD to uSVP by a factor √2, compared to the one by Lyubashevsky and Micciancio. Third, we propose a more precise simulator for BKZ. In the last work, we propose the first probabilistic simulotor for BKZ, which can pridict the practical behavior of BKZ very precisely.

Le problème de l'exploration de graphes trouve ses motivations en informatique fondamentale, notamment en logique et en théorie de la complexité. Il possède également de nombreuses applications en robotique. Quel que soit le cadre, la quantité de mémoire utilisée par l'entité mobile (robot, automate fini, etc.) effectuant l'exploration est un des paramètres importants à considérer. Dans cette thèse, nous étudions en détail la complexité en espace de l'exploration de graphes, à travers différents modèles. Nous distinguons principalement deux cadres d'études.<br /><br />Dans la première partie de la thèse, nous nous attachons à l'étude de l'exploration ``sans assistance'', c'est-à-dire lorsque l'entité mobile ne possède aucune information sur le graphe à explorer. Dans ce contexte, nous prouvons plusieurs bornes inférieures et supérieures sur la quantité de mémoire nécessaire et suffisante à l'entité pour explorer tous les graphes. En particulier, nous montrons que l'algorithme très simple de parcours en profondeur d'abord est optimal en mémoire lorsque la complexité est exprimée en fonction du degré et du diamètre.<br /><br />Dans la seconde partie de la thèse, nous nous attachons à l'étude de l'exploration ``avec assistance''. Nous considérons un modèle supposant l'existence d'un oracle ayant une connaissance exhaustive du graphe exploré, et capable d'aider l'entité mobile en lui fournissant de l'information. Nous nous intéressons ainsi à la quantité minimale d'information (mesurée en nombre de bits) que l'oracle doit fournir à l'entité pour permettre l'exploration. Cette information peut être soit donnée directement à l'entité, soit codée sur les sommets du graphes.

Il existe de nombreuses approches développées par la communauté Implicit Computational Complexity (ICC) permettant d'analyser les ressources nécessaires à la bonne exécution des algorithmes. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement au contrôle des ressources à l'aide d'interprétations sémantiques. <br />Après avoir rappelé brièvement la notion de quasi-interprétation ainsi que les différentes propriétés et caractérisations qui en découlent, nous présentons les différentes avancées obtenues dans l'étude de cet outil : nous étudions le problème de la synthèse qui consiste à trouver une quasi-interprétation pour un programme donné, puis, nous abordons la question de la modularité des quasi-interprétations. La modularité permet de diminuer la complexité de la procédure de synthèse et de capturer un plus grand nombre d'algorithmes. Après avoir mentionné différentes extensions des quasi-interprétations à des langages de programmation réactif, bytecode ou d'ordre supérieur, nous introduisons la sup-interprétation. Cette notion généralise la quasi-interprétation et est utilisée dans des critères de contrôle des ressources afin d'étudier la complexité d'un plus grand nombre d'algorithmes dont des algorithmes sur des données infinies ou des algorithmes de type diviser pour régner. Nous combinons cette notion à différents critères de terminaison comme les ordres RPO, les paires de dépendance ou le size-change principle et nous la comparons à la notion de quasi-interprétation. En outre, après avoir caractérisé des petites classes de complexité parallèles, nous donnons quelques heuristiques permettant de synthétiser des sup-interprétations sans la propriété sous-terme, c'est à dire des sup-interprétations qui ne sont pas des quasi-interprétations. Enfin, dans un dernier chapitre, nous adaptons les sup-interprétations à des langages orientés-objet, obtenant ainsi différents critères pour contrôler les ressources d'un programme objet et de ses méthodes.

Le vieillissement de l'individu se caractérise par une diminution de l'efficacité et de la rapidité des processus cognitifs et sensori-moteurs. Cependant, la dynamique du vieillissement n'est pas identique pour tous les individus et certains facteurs liés au mode de vie, notamment la pratique régulière d'activités physiques, sont susceptibles de moduler ses effets. L'objectif général de cette thèse est d'examiner dans quelles conditions le maintien d'un style de vie physiquement actif permet de contrebalancer le déclin des capacités d'apprentissage d'une nouvelle habileté motrice au cours du vieillissement. En particulier, les effets de la complexité de l'apprentissage et des conditions dans lesquelles cet apprentissage doit se manifester ont été étudiés.<br />Trois expériences ont examiné les effets croisés de l'âge et de la pratique régulière d'activités physiques sur l'apprentissage de coordinations visuo-motrices fines impliquant des mouvements de pointage sur une cible en déplacement. Les régularités plus ou moins complexes de déplacement de la cible étaient régies par des règles probabilistes et différentes tailles de cible requerraient une précision des mouvements plus ou moins importante. L'apprentissage a été évalué dans une tâche réactive où la vitesse des réponses des participants était exigée (expériences 1 et 2) et dans une tâche de prédiction sans contrainte temporelle (expérience 3).<br />Les principaux résultats ont fait ressortir un effet bénéfique de l'activité physique sur l'apprentissage de cette habileté, sélectif aux personnes âgées et aux conditions de fortes contraintes liées à la production des réponses. Le déclin des capacités d'apprentissage avec l'âge serait principalement dû à la pression temporelle de la tâche et à la complexité des mouvements à réaliser. L'influence bénéfique de l'activité physique sur le vieillissement des fonctions cognitives serait médiatisée par une amélioration de l'efficience motrice.

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Dans cette thèse, on s'intéresse au billard dans un polyèdre. On étudie cette application, en codant les orbites sur un alphabet fini. On étudie alors deux problèmes: la complexité des mots infinis obtenus, et l'existence de trajectoires périodiques. On montre que la complexité est reliée à la notion de diagonale généralisée : une diagonale généralisée est une trajectoire de billard, qui part d'une arête et qui arrive à une arête. On obtient alors, au premier chapitre, une nouvelle preuve du calcul de la complexité d'une rotation du tore $\mathbb(T)^2$, totalement irrationnelle. Cette preuve permet de plus, d'obtenir une estimation de la complexité directionnelle du billard dans certains prismes droits. Au deuxième chapitre, on obtient, grâce aux diagonales généralisées, une estimation de la complexité globale du billard cubique. On donne alors au chapitre trois une estimation valable dans n'importe quel polyèdre convexe: On montre en fait que le billard est d'entropie topologique nulle. Le chapitre quatre traite alors du problème des orbites périodiques. On donne une condition suffisante, pour qu'un mot soit stable. On montre de plus l'existence d'une trajectoire périodique dans le tétraèdre régulier. Pour finir on s'intéresse, dans le chapitre cinq, à une sous classe d'échange de rectangles. On montre que ces applications sont ergodiques, et de complexité quadratique. Ces applications sont reliées au billard puisque, à direction fixée, l'application de premier retour est une application affine par morceaux.

La théorie des pavages apériodiques a connu des développements rapides depuis les années 1980, avec la découvertes d'alliages métalliques cristallisant dans une structure quasi-périodique.Dans cette thèse, on étudie particulièrement deux méthodes de construction de pavages : par coupe et projection, et par substitution. Deux angles d'approche sont développés : l'étude de la fonction de complexité, et l'étude métrique de l'espace de pavages.Dans une première partie, on calcule l'asymptotique de la fonction de complexité pour des pavages coupe et projection, généralisant ainsi des résultats connus en dynamiques symbolique pour la dimension 1. On montre que pour un pavage coupe et projection canonique N sur d sans période, la complexité croît (à des constantes près) comme n à la puissance a, où a est un entier compris entre d et N-d.Ensuite, on se base sur une construction de Pearson et Bellissard qui construisent un triplet spectral sur les ensembles de Cantor ultramétriques. On suit leur construction dans le cas d'ensembles de Cantor auto-similaires. Elle s'applique en particulier aux transversales d'espaces de pavages de substitution.Enfin, on fait le lien entre la distance usuelle sur l'enveloppe d'un pavage et la complexité de ce pavage. Les liens entre complexité et métrique permettent de donner une preuve directe du fait suivant : la complexité des pavages de substitution apériodiques de dimension d croît comme n à la puissance d.La question de liens entre la complexité et la topologie (et pas seulement avec la distance) reste ouverte. Nous apportons cependant des réponses partielles dans cette direction.

Dans ce mémoire, je présente une synthèse de mes travaux de recherche ainsi que le choix des thèmes étudiés. J'ai choisi de présenter trois thèmes. Les résultats obtenus pour chaque thème dépendent à la fois de la difficulté des problématiques étudiées, du temps qui leur est imparti et des circonstances et des opportunités d'encadrement des étudiants. Ces thèmes sont essentiellement sur les problèmes d'ordonnancement et principalement sont axées sur les ateliers de type flowshop avec prise en compte de contraintes supplémentaires, proche de la réalité industrielle, à savoir, (i) prise en compte de contraintes de groupement des tâches, connues sous le terme anglais, batch scheduling, (ii) prise en compte de contraintes temporelles sur la succession d'exécution des tâches, connues sous le nom de time-lags, (iii) prise en compte de la détérioration des tâches. Notre contribution à ces trois thèmes concerne d'une part l'étude de la complexité de la structure combinatoire de ces problèmes, et d'autre part la mise en œuvre de méthodes d'optimisation efficaces pour la résolution. Ce mémoire se termine par une conclusion générale, ainsi que les perspectives et les orientations de recherche que nous souhaitons engagé dans un avenir proche ainsi que quelques réflexions sur de nouvelles voies de recherche.

Le sujet porte sur l'étude de deux modèles d'automates à jetons sur des arbres binaires finis étiquetés par un alphabet fini. Ces automates séquentiels se déplacent le long des arêtes et peuvent utiliser un nombre fixé de jetons pour se repérer dans un arbre. Une discipline de pile est imposé au placement des jetons, de plus, dans le modèle fort un jeton peut être levé à distance alors que dans le modèle faible un jeton peut être levé uniquement s'il est posé sur le n\oe ud courant. Les automates cheminants correspondent au cas des automates d'arbres à 0 jeton. L'étude des automates d'arbres à jetons est motivée par la caractérisation du pouvoir d'expression et de la complexité du langage de requêtes XPATH qui permet de sélectionner des éléments et de définir des chemins dans des documents XML et qui est le noyau de langages de transformation de documents XML tels que XSLT.<br /><br />Une première contribution a été de prouver que les variantes déterministes des deux modèles d'automates d'arbres à jetons sont fermées par complément. Nous donnons alors une nouvelle présentation de la preuve de la caractérisation du modèle fort des automates d'arbres à jetons qui a été établie par Engelfriet et Hoogeboom. <br /><br />Une autre contribution a été de montrer que les deux modèles d'automates à jetons sont équivalents, que le pouvoir d'expression des automates d'arbres à jetons augmente avec le nombre de jetons et qu'il n'est pas toujours possible de déterminiser un automate d'arbres cheminant même si on s'autorise à ajouter un nombre fixé de jetons.<br /><br />Une dernière contribution a été de prouver que les problèmes du vide et de l'inclusion sont n-EXPTIME complets pour les classes d'automates à n jetons avec n supérieur à 1.