Cette thèse s’intéresse à la sémantique dénotationnelle (en théorie desmodèles et en théorie des jeux) de quatre langages de programmation logique: - LP, le plus restrictif de tous, - DLP, une extension de LP aux disjonctions, - LPN, une extension de LP aux négations, et - DLPN, qui inclut les deux.Ce manuscrit apporte trois contributions principales:(1) Un cadre abstrait pour la sémantique de la programmation logique yest défini, et toutes les approches sémantiques que nous étudions par lasuite prennent place dans ce cadre.Nous définissons la notion générale d'espace de valeurs de vérité commeune structure algébrique spécifique, satisfaisant un certain ensembled'axiomes. Les booléens forment l'exemple canonique d'un tel espace,mais nous devons étudier des cas plus généraux si nous voulonsconsidérer la "négation par l'échec". Pour cela, nous définissons etétudions une famille infinie d'espaces, paramétrée par un ordinal.(2) Une sémantique des jeux pour LP a été définie en 1986, et son étudea été approfondie en 1998. Elle a ensuite été étendue au cas desprogrammes LPN en 2005.Ici nous développons en détails une sémantique pour les programmes DLP.Nous prouvons qu'elle est correcte et complète par rapport aux modèlesminimaux de Minker.(3) Nous définissons un opérateur sémantique qui, étant donnée une sémantique abstraite d'un langage non disjonctif, la transforme en une sémantique disjonctive associée.La correction de cette transformation découle du fait qu'elle conserveles équivalences de sémantiques.Nous en présentons ensuite quelques applications qui permettent, entre autres, d'obtenir la première sémantique des jeux pour DLPN. / In this thesis, we study denotational semantics (model-theoretic andgame-theoretic) of four logic programming languages:- LP which is the most restrictive one;- DLP which extends LP by allowing disjunctions;- LPN which extends LP by allowing negations; and- DLPN which allows both.The three main contributions of this dissertation can be summarized as follows:(1) An abstract framework for logic programming semantics is definedand all semantic approaches that we study are placed within this framework.We define the general notion of a truth value space as an appropriate algebraicstructure that satisfies a set of axioms.The booleans form the canonical example of such a space, but we need toconsider much more general ones when dealing with negation-as-failure. Forthis we define and study an infinite family of spaces, parametrized over anordinal number.(2) A game semantics for LP was defined in 1986 and further studied in 1998.Then in 2005 it was extended for the case of LPN programs.Here a game semantics for DLP programs is developed in full detail; we provethat it is sound and complete with respect to the standard, minimal modelssemantics of Minker.(3) We define a semantic operator which transforms any given abstractsemantics of a non-disjunctive language to a semantics of the"corresponding" disjunctive one. We exhibit the correctness of thistransformation by proving that it preserves equivalences of semantics,and we present some applications of it, obtaining new game semantics forDLPN, among others.

Les grammaires catégorielles abstraites (ou λ-grammaires) sont un formalisme basé sur le λ-calcul simplement typé. Elles peuvent être vues comme des grammaires générant de tels termes, et ont été introduites afin de modéliser l’interface entre la syntaxe et la sémantique du langage naturel, réunissant deux idées fondamentales : la distinction entre tectogrammaire (c.a.d. structure profonde d’un énoncé) et phénogrammaire (c.a.d représentation de la surface d’un énoncé) de la langue, ex- primé par Curry ; et une modélisation algébrique du principe de compositionnalité afin de rendre compte de la sémantique des phrases, due à Montague. Un des avantages principaux de ce formalisme est que l’analyse d’une grammaires catégorielle abstraite permet de résoudre aussi bien le problème de l’analyse de texte, que celui de la génération de texte. Des algorithmes d’analyse efficaces ont été découverts pour les grammaires catégorielles abstraites de termes linéaires et quasi-linéaires, alors que le problème de l’analyse est non-élémentaire dans sa forme la plus générale. Nous proposons d’étudier des classes de termes pour lesquels l’analyse grammaticale reste solvable en temps polynomial. Ces résultats s’appuient principalement sur deux théorèmes de typage : le théorème de cohérence, spécifiant qu’un λ-terme donné est l’unique habitant d’un certain typage ; et le théorème d’expansion du sujet, spécifiant que deux termes β-équivalents habitent les même typages. Afin de mener cette étude à bien, nous utiliserons une représentation abstraite des notions de λ-termes et de typages, sous forme de jeux. En particulier, nous nous appuierons grandement sur cette notion afin de démontrer le théorème de cohérence pour de nouvelles familles de λ-termes et de typages. Grâce à ces résultats, nous montrerons qu’il est possible de construire de manière directe, un reconnaisseur dans le langage Datalog, pour des grammaires catégorielles abstraites de -termes quasi-affines. / Abstract categorial grammars (or, equivalently, lambda-grammars) is formalism based on the simply-typed lambda-calculus. These grammars can be described as grammars of such terms and were introduced in order to bring a model of the syntax-semantics interface in natural language, based on two main ideas: the distinction between the tectogrammatical (i.e. the deep structure of an utterance) and phenogrammatical (i.e. the interpretation of this structure) levels in natural languages, which was expressed by Curry; and an algebraic modeling of the principle of compositionality in order to give account of the semantics of a sentence. an idea formalized by Montague. One of the main advantages of abstract categorial grammars is that both the problems of natural language parsing and generation can be tackled under the same problem: parsing abstract categorial grammars. Efficient algorithms were discovered for abstract categorial grammars of linear and almost linear lambda-terms, while it is known the recognition problem is decidable but non-elementary in general. This work focuses on the study of classes of terms for which parsing can still be solved in polynomial time. The results we give are mainly based on two theorems: the coherence theorem which specifies that a given lambda-term in the desired class must be the unique inhabitant of one of its typing; and the subject expansion theorem, which states that two beta-equivalent terms of the desired class must inhabit the same typings. In order to lead the study, we use an alternative representation of both simply-typed lambda-terms and their typings as games. In particular, we will use this representation in order to prove the coherence theorems for new classes of lambda-terms. Thanks to these results, we will show it is possible to build in a direct way, recognizers for grammars of almost affine lambda-terms as Datalog programs.

Cette thèse étudie deux modèles de réalisabilité pour la logique classique construits sur la sémantique des jeux HO, interprétant la logique, l'arithmétique et l'analyse classiques directement par des programmes manipulant un espace de stockage d'ordre supérieur.La non-innocence en jeux HO autorise les références d'ordre supérieur, et le non parenthésage révèle la CPS des jeux HO et fournit une catégorie de continuations dans laquelle interpréter le lambda-mu calcul de Parigot. Deux modèles de réalisabilité sont construits sur cette interprétation calculatoire directe des preuves classiques.Le premier repose sur l'orthogonalité, comme celui de Krivine, mais il est simplement typé et au premier ordre. En l'absence de codage de l'absurdité au second ordre, une mu-variable libre dans les réaliseurs permet l'extraction. Nous définissons un bar-récurseur et prouvons qu'il réalise l'axiome du choix dépendant, utilisant deux conséquences de la structure de CPO du modèle de jeux: toute fonction sur les entiers (même non calculable) existe dans le modèle, et toute fonctionnelle sur des séquences est Scott-continue. La bar-récursion est habituellement utilisée pour réaliser intuitionnistiquement le « double negation shift » et en déduire la traduction négative de l'axiome du choix. Ici, nous réalisons directement l'axiome du choix dans un cadre classique.Le second, très spécifique au modèle de jeux, repose sur des conditions de gain: des ensembles de positions d'un jeu munis de propriétés de cohérence. Un réaliseur est alors une stratégie dont les positions sont toutes gagnantes. / This thesis investigates two realizability models for classical logic built on HO game semantics. The main motivation is to have a direct computational interpretation of classical logic, arithmetic and analysis with programs manipulating a higher-order store.Relaxing the innocence condition in HO games provides higher-order references, and dropping the well-bracketing of strategies reveals the CPS of HO games and gives a category of continuations in which we can interpret Parigot's lambda-mu calculus. This permits a direct computational interpretation of classical proofs from which we build two realizability models.The first model is orthogonality-based, as the one of Krivine. However, it is simply-typed and first-order. This means that we do not use a second-order coding of falsity, and extraction is handled by considering realizers with a free mu-variable. We provide a bar-recursor in this model and prove that it realizes the axiom of dependent choice, relying on two consequences of the CPO structure of the games model: every function on natural numbers (possibly non computable) exists in the model, and every functional on sequences is Scott-continuous. Usually, bar-recursion is used to intuitionistically realize the double negation shift and consequently the negative translation of the axiom of choice. Here, we directly realize the axiom of choice in a classical setting.The second model relies on winning conditions and is very specific to the games model. A winning condition is a set of positions in a game which satisfies some coherence properties, and a realizer of a formula is then a strategy which positions are all winning.

La sémantique des jeux est une sémantique dénotationnelle centrée sur l’interaction : preuves et programmes y sont représentés par des stratégies modélisant, par le flot d’exécution, leur manière de réagir à leur environnement. Malgré cette présentation intensionnelle, les sémantiques de jeux ne suffisent pas à capturer certaines informations calculatoires annexes au flot d’exécution telles que, par exemple, la production de témoins en logique du premier ordre ou la consommation de ressources dans les langages de programmation. Dans cette thèse nous proposons un enrichissement du modèle des jeux concurrent à base de structures d’événements permettant de garder trace de ces informations.Nous construisons d’abord un modèle de jeux concurrent dans lequel les coups joueurs d’une stratégie sont annotés par les termes d’une théorie (in)équationnelle. Cette théorie est un paramètre de notre modèle et les annotations permettent de refléter de manière compacte des informations d’exécution n’ayant pas d’influence sur le flot d’exécution. Nous montrons que le modèle ainsi construit préserve la structure catégorique compacte fermée du modèle sans annotation.Nous explorons ensuite l’expressivité de notre modèle et présentons deux interprétations nouvelles en sémantique des preuves et des programmes : l’une interprétant les preuves de la logique classique du premier ordre par des stratégies concurrentes avec échange de témoins, donnant une version compositionnelle au théorème de Herbrand ; l’autre permettant de refléter les aspects quantitatifs liés à la consommation de ressources telles que le temps, dans l’exécution de programmes concurrents d’ordre supérieur avec mémoire partagée. / This thesis presents a general framework for enriching causal concurrent games model with annotations. These annotations can be viewed as meta-data on strategies: they are modified throughout interactions but do not affect their general flow of control. These data can be of various nature, in particular our enrichment is parametrised over any multi-sorted equational theory and can also reflect structure upon these data such as a partial order. From a semantics point of view, this construction is motivated by problems from both logic and programming languages: On the logic side, the annotated games model specialised to first-order terms enables us to give a novel interpretation of first-order classical proofs as concurrent strategies carrying first-order witnesses. In particular this answer the question of giving a compositional version to Herbrand’s theorem while avoiding the usual proof sequentialization of other denotational approaches. On the programming language side, annotations on games offer intrinsic quantitative models. We show that those can be used to provide denotational semantics for resource consumption analysis of concurrent higher order programming language with shared memory.These enrichments, strongly connected to the causal structure of concurrent games, give an argument in favor of a causal meaning of computations.

This thesis presents a new integrated tool and decision support framework to approach complex problems resulting from the interaction of many multi-criteria issues. The framework is embedded in an integrated tool called OUTDO (Oxford University Tool for Decision Organisation). OUTDO integrates Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA), decision rationale management with a modified Issue-Based Information Systems (IBIS) representation, and probabilistic forecasting to effectively capture the essential reasons why decisions are made and to dynamically re-use the rationale. In doing so, it allows exploration of how changes in external parameters affect complicated and uncertain decision making processes in the present and in the future. Once the decision maker constructs his or her own decision process, OUTDO checks if the decision process is consistent and coherent and looks for possible ways to improve it using three new semantic-based decision support approaches. For this reason, two ontologies (the Decision Ontology and the Energy Ontology) were integrated into OUTDO to provide it with these semantic capabilities. The Decision Ontology keeps a record of the decision rationale extracted from OUTDO and the Energy Ontology describes the energy generation domain, focusing on the water requirement in thermoelectric power plants. A case study, with the objective of recommending electricity generation and steam condensation technologies for ten different regions in the UK, is used to verify OUTDO’s features and reach conclusions about the overall work.