We consider a generalisation of proper vertex colouring of graphs, referred to as improper colouring, in which each vertex can only be adjacent to a bounded number t of vertices with the same colour, and we study this type of graph colouring problem in several different settings. The thesis is divided into six chapters. In Chapter 1, we outline previous work in the area of improper colouring. In Chapters 2 and 3, we consider improper colouring of unit disk graphs -- a topic motivated by applications in telecommunications -- and take two approaches, first an algorithmic one and then an average-case analysis. In Chapter 4, we study the asymptotic behaviour of the improper chromatic number for the classical Erdos-Renyi model of random graphs. In Chapter 5, we discuss acyclic improper colourings, a specialisation of improper colouring, for graphs of bounded maximum degree. Finally, in Chapter 6, we consider another type of colouring, frugal colouring, in which no colour appears more than a bounded number of times in any neighbourhood. Throughout the thesis, we will observe a gradient of behaviours: for random unit disk graphs and "large" unit disk graphs, we can greatly reduce the required number of colours relative to proper colouring; in Erdos-Renyi random graphs, we do gain some improvement but only when t is relatively large; for acyclic improper chromatic numbers of bounded degree graphs, we discern an asymptotic difference in only a very narrow range of choices for t.

This thesis is comprised of two main parts: Monotonicity results on discrete fractional operators and discrete fractional rheological constitutive equations. In the first part of the thesis, we introduce and prove new monotonicity concepts in discrete fractional calculus. In the remainder, we carry previous results about fractional rheological models to the discrete fractional case. The discrete method is expected to provide a better understanding of the concept than the continuous case as this has been the case in the past. In the first chapter, we give brief information about the main results. In the second chapter, we present some fundamental definitions and formulas in discrete fractional calculus. In the third chapter, we introduce two new monotonicity concepts for nonnegative or nonpositive valued functions defined on discrete domains, and then we prove some monotonicity criteria based on the sign of the fractional difference operator of a function. In the fourth chapter, we emphasize the rheological models: We start by giving a brief introduction to rheological models such as Maxwell and Kelvin-Voigt, and then we construct and solve discrete fractional rheological constitutive equations. Finally, we finish this thesis by describing the conclusion and future work.

Cette these presente les techniques d'optimisation combinatoire et de programmation entiere transversales a nos differents projets de recherche.

Le but de cette thèse est d'établir des résultats énumératifs sur certaines classes de chemins et d'animaux. Ces résultats sont obtenus en appliquant la théorie des empilements de pièces développée par Viennot. Nous étudions les excursions discrètes (ou chemins de Dyck généralisés) de hauteur bornée; nous obtenons des interprétations combinatoires et des extensions de résultats de Banderier, Flajolet et Bousquet-Mélou. Nous décrivons et énumérons plusieurs classes de chemins auto-évitants, dits chemins faiblement dirigés. Ces chemins sont plus nombreux que les chemins prudents qui forment la classe naturelle la plus grande jusqu'alors. Nous calculons le périmètre de site moyen des animaux dirigés, prouvant des conjectures de Conway et Le Borgne. Enfin, nous obtenons des résultats nouveaux sur l'énumération des animaux de Klarner et les animaux multi-dirigés de Bousquet-Mélou et Rechnitzer.

Les modèles géométriques de calcul permettent d'effectuer des calculs à l'aide de primitives géométriques. Parmi eux, le modèle des machines à signaux se distingue par sa simplicité, ainsi que par sa puissance à réaliser efficacement de nombreux calculs. Nous nous proposons ici d'illustrer et de démontrer cette aptitude, en particulier dans le cas de processus massivement parallèles. Nous montrons d'abord à travers l'étude de fractales que les machines à signaux sont capables d'une utilisation massive et parallèle de l'espace. Une méthode de programmation géométrique modulaire est ensuite proposée pour construire des machines à partir de composants géométriques de base -- les modules -- munis de certaines fonctionnalités. Cette méthode est particulièrement adaptée pour la conception de calculs géométriques parallèles. Enfin, l'application de cette méthode et l'utilisation de certaines des structures fractales résultent en une résolution géométrique de problèmes difficiles comme les problèmes de satisfaisabilité booléenne SAT et Q-SAT. Ceux-ci, ainsi que plusieurs de leurs variantes, sont résolus par machines à signaux avec une complexité en temps intrinsèque au modèle, appelée profondeur de collisions, qui est polynomiale, illustrant ainsi l'efficacité et le pouvoir de calcul parallèle des machines à signaux.

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.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à différentes notions de colorations sous contraintes. Nous nous intéressons plus spécialement à la coloration acyclique, à la coloration forte d'arêtes et à la coloration d'arêtes sommets adjacents distinguants.Dans le Chapitre 2, nous avons étudié la coloration acyclique. Tout d'abord nous avons cherché à borner le nombre chromatique acyclique pour la classe des graphes de degré maximum borné. Ensuite nous nous sommes attardés sur la coloration acyclique par listes. La notion de coloration acyclique par liste des graphes planaires a été introduite par Borodin, Fon-Der Flaass, Kostochka, Raspaud et Sopena. Ils ont conjecturé que tout graphe planaire est acycliquement 5-liste coloriable. De notre côté, nous avons proposé des conditions suffisantes de 3-liste coloration acyclique des graphes planaires. Dans le Chapitre 3, nous avons étudié la coloration forte d'arêtes des graphes subcubiques en majorant l'indice chromatique fort en fonction du degré moyen maximum. Nous nous sommes également intéressés à la coloration forte d'arêtes des graphes subcubiques sans cycles de longueurs données et nous avons également obtenu une majoration optimale de l'indice chromatique fort pour la famille des graphes planaires extérieurs. Nous avons aussi présenté différents résultats de complexité pour la classe des graphes planaires subcubiques. Enfin, au Chapitre 4, nous avons abordé la coloration d'arêtes sommets adjacents distinguants en déterminant les majorations de l'indice avd-chromatique en fonction du degré moyen maximum. Notre travail s'inscrit dans la continuité de celui effectué par Wang et Wang en 2010. Plus précisément, nous nous sommes focalisés sur la famille des graphes de degré maximum au moins 5.

Many countries are reporting of difficulties in exact education at schools: mathematics, informatics, physics etc. Various methods are proposed to awaken and preserve students’ interest in these disciplines. Among them, the simplification, accent on applications, avoiding of argumentation (especially in mathematics) etc. must be mentioned. As one of reasons for these approaches the growing amount of knowledge/skills to be acquired at school is often mentioned. In this paper we consider one of the possibilities to integrate partially teaching of important chapters of discrete mathematics and informatics not reducing the high educational standards. The approach is based on the identification and mastering general combinatorial principles underlying many topics in both disciplines. A special attention in the paper is given to the so-called “pigeonhole principle” and its generalizations. In folklore, this principle is usually formulated in the following way: “if there are n + 1 rabbits in n cages, you can find a cage with at least two rabbits in it“. Examples of appearances of this principle both in mathematics and in computer science are considered.

No description available.