Dans cette étude, nous produisons une analyse des réseaux de transport publics (acronyme PTN en anglais) en combinant des outils de la théorie des réseaux complexes, des simulations numériques et des approches analytiques. Nous avons commencé par une analyse empirique des PTN de 14 villes importantes dans le monde et en avons déterminé les principales caractéristiques en termes de réseaux complexes. Cette apporche empirique montre que les PTN apparaissent comme des réseaux ("small world") fortement corrélés avec des "coefficients d'agrégation" élevés et des "distances les plus courtes moyennes" comparativement faibles. Nous avons ensuite introduit divers modèles de PTN à 1 et 2 dimensions. Le modèle de marches aléatoires auto-évitantes (SAW) en interactions mutuelles capture certaines des propriété statistiques des PTN dans les divers modes de représentation. Nous avons poursuivi cette étude en examinant la résistance des PTN à divers scénarios d'attaques, ce qui permet de définir des critères de robustesse des réseaux considérés.

Le concept de radio logicielle (SDR) est une solution pertinente pour concevoir des équipements multi-standards. Une façon de réaliser de tels équipements est d'identifier les fonctions et opérateurs communs entre les standards. Cette approche s'appelle la paramétrisation et est divisée en deux catégories : l'approche pragmatique qui est une version pratique pour créer et développer des opérateurs communs à partir d'opérateurs existants, et l'approche théorique dont l'objectif est de réaliser une exploration graphique d'un équipement multi-standards selon différents niveaux de granularité, accompagnée d'un problème d'optimisation. C'est cette dernière approche qui a constitué le sujet de base de cette thèse. Ainsi, une fonction de coût doit être optimisée afin de sélectionner les opérateurs communs entre les différentes normes, ce qui permet de proposer une configuration optimale à partir de laquelle sont déduits les opérateurs communs. Dans notre travail, nous avons dans un premier temps modélisé théoriquement la structure graphique d'un système multi-standards par un hypergraphe orienté. En outre, nous avons fourni une expression mathématique alternative de la fonction de coût suggérée, en utilisant des définitions propres à la théorie des graphes. Ensuite, nous avons montré que le problème d'optimisation associé était un problème NP sous une certaine contrainte, ce qui a entraîné une preuve d'exclusion de certaines configurations dont les coûts ne peuvent être minimaux. Ceci a constitué la deuxième contribution de cette thèse. Enfin, nous avons proposé un nouvel algorithme permettant de résoudre le problème d'optimisation donné, et dont l'intérêt est de donner une solution optimale du problème au lieu d'une solution approchée fournie par les méthodes heuristiques classiques. Un programme associé à cet algorithme a été développé en langage C, puis appliqué à plusieurs exemples de cas génériques afin d'en étudier les performances.

L'objectif de cette thèse est d'identifier et caractériser les boucles anatomiques et fonctionnelles cortico-sous-corticales chez l'Homme, à partir de données d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) au repos et de diffusion. Une boucle est un ensemble de régions corticales, sous-corticales et cérébelleuses, qui interagissent afin d'effectuer ou de préparer une tâche.Le premier axe de ce travail vise à identifier les réseaux fonctionnels cortico-sous-corticaux en IRMf au repos. Nous proposons une méthode statistique robuste séparant l'analyse corticale de l'analyse sous-corticale. Une analyse en composantes indépendantes spatiales est d'abord réalisée individuellement sur les régions corticales, et suivie d'une classification hiérarchique. Les régions sous-corticales associées sont ensuite extraites par un modèle linéaire général dont les régresseurs comportent la dynamique des régions corticales, suivi d'une analyse de groupe à effets aléatoires. La méthode est validée sur deux jeux de données différents. Un atlas immunohistochimique des structures sous-corticales permet ensuite de déterminer la fonction sensorimotrice, associative ou limbique des réseaux obtenus. Nous montrons enfin que l'anatomie est un support pour la fonction chez des sujets sains.Le dernier axe étudie le syndrome de Gilles de la Tourette, qu'on pense être dû à un dysfonctionnement des boucles cortico-sous-corticales. Nous caractérisons d'abord les boucles cortico-sous-corticales fonctionnelles grâce à des métriques d'intégration et de théorie des graphes, et des différences en termes de connectivité sont mises en évidence entre patients adultes et volontaires sains. Nous montrons également que les boucles cortico-sous-corticales fonctionnelles chez les patients sont soutenues par l'anatomie sous-jacente.

Nous proposons tout d'abord une étude de plusieurs problèmes de l'algorithmique distribuée. Nous fournissons un modèle formel appliqué aux réseaux de diffusion anonymes. Dans ce modèle, nous caractérisons les graphes dans lesquels il est possible de résoudre l'énumération et l'élection. Cette caractérisation se base sur la notion d'homomorphisme de graphes. Nous proposons deux algorithmes dont la complexité est polynomiale et qui améliorent les complexités exponentielles connues jusqu'à présent. Dans un second temps, nous étudions le problème du calcul de l'état global et nous introduisons la notion de weak snapshot. Nous montrons qu'il existe des solutions pour ce problème dans les réseaux anonymes. Nous présentons plusieurs résultats concernant le calcul de l'état global en liaison avec des applications telles que le calcul de points de reprise, la détection de la terminaison ou encore le calcul d'une cartographie du réseau. Dans un cadre plus pratique, nous présentons la conception, le développement et l'implémentation des algorithmes proposés pour le calcul de l'état global au sein du logiciel de simulation et de visualisation ViSiDiA.

Les travaux de cette thèse concernent la modélisation et l'optimisation de chaînes d’approvisionnement en biomasses pour de futures bio-raffineries. En effet, des chaînes d'approvisionnement efficaces sont essentielles pour fournir aux installations de conversion, de façon régulière, des quantités suffisantes de biomasse de qualité à des prix raisonnables. Le problème est tout d'abord décrit puis modélisé.Un modèle de réseau et un modèle de données sont ensuite développés pour permettre de décrire la structure de la chaîne d'approvisionnement et ses données, sans affecter le modèle mathématique sous-jacent. Ce dernier (MILP) combine pour la première fois divers aspects, soit originaux, soit gérés séparément dans la littérature. A partir des demandes de la raffinerie, une résolution exacte précise les activités logistiques dans le réseau et les équipements nécessaires, afin de minimiser le coût total composé des coûts de récoltes, de transport et de stockage. Des études de cas sont décrites pour illustrer ce modèle de planification tactique multi-biomasse et multi-période. Un modèle plus compact est aussi élaboré pour traiter des instances de très grandes tailles. Il est illustré par une étude de cas réelle pour une bio-raffinerie prévue près de Compiègne. Pour finir, les développements effectués pour la mise en place d’un prototype logiciel d’aide à la décision sont présentés et des recommandations d’un futur logiciel commercial sont proposées / The research works of this thesis address the problem of modeling and optimizing biomass supply chains for biorefineries. Indeed, efficient supply chains are essential to provide conversion facilities with sufficient quantities of quality biomass at reasonable prices. The problem is described and modeled.A network model and a data model are developed to allow to describe the structure of the supply chain and its data, without affecting the underlying mathematical model. The latter is a mixed-integer linear programming that combines for the first time various aspects, either original or tackled separately in the literature. For given refinery needs, its exact resolution by CPLEX specifies the logistic activities in the network (amounts harvested, baled, transported, stored etc.) and the necessary equipment, in order to minimize a total cost including harvesting costs, transport costs and storage costs. Case studies are described to illustrate this multi-biomass and multi-period tactical planning model.A more compact model is also elaborated to cope with large-scale instances. It is illustrated using a real case study for a bio-refinery planned near Compiègne, France.Finally, the developments conducted for the implementation of a prototype of decision-support application are presented and recommendations for coming to a commercial software are proposed

Le formalisme des états graphes consiste à modéliser des états quantiques par des graphes. Ce formalisme permet l'utilisation des notions et des outils de théorie des graphes (e.g. flot, domination, méthodes probabilistes) dans le domaine du traitement de l'information quantique. Ces dernières années, cette modélisation combinatoire a permis plusieurs avancées décisives, notamment (i) dans la compréhension des propriétés de l'intrication quantique (ii) dans l'étude des modèles de calcul particulièrement prometteurs en terme d'implémentation physique, et (iii) dans l'analyse et la construction de protocoles de cryptographie quantique. L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés graphiques émergeant des problématiques d'informatique quantique, notamment pour la simulation quantique. En particulier, l'étude des propriétés de causalité et de localité des états graphes, en étendant par exemple la notion existante de flot de causalité à une notion intégrant des contraintes de localité, permettrait d'ouvrir de nouvelles perspectives pour la simulation de systèmes quantiques à l'aide d'états graphes. Des connections formelles avec les automates cellulaires quantiques bruités pourront également émerger de cette étude. / Graph States formalism consist in using graphs to model quantum states. This formalism allows us to use notion and tools of graph theory (e.g. flow, domination, probabilistic methods) in quantum information processing. Last years, this combinatorial modelisation had lead to many decisiv breakthroughs, in particular (i) in the comprehension of the quantum entranglement properties (ii) in very promising in term of physical implementation quantum calculus model, and (iii) in the analysis and construction of quantum cryptography protocols. The goal of this thesis is to study the graphic properties emerging of those quantum information processing problematics, especially for quantum simulation. In particular, the properties of causality and locality in graph states, by extanding for exemple the existing notion of causality flows to a notion integring the locality constraints, would allow new perspectives for the quantum system simulation using graphs states. Formal connections with noisy quantum cellular automata would emerge from this study.

La thèse étudie plusieurs problématiques centrales et actuelles de la finance moderne : la rationalité limitée des agents et leurs biais comportementaux vis-à-vis des valeurs nominales,le problème de la juste évaluation du prix des actions, la refonte du paysage de l'industrie post-négociation en Europe suite à l'introduction du projet de l'Euro système Target-2 Securities, ainsi que les modèles de défaut et les méthodes d’estimation des cycles de défaut pour un secteur donné. Les techniques employées sont variées: enquêtes sur données individuelles, économétrie, théorie des jeux, théorie des graphes, simulations de Monte-Carlo,chaînes de Markov cachées. Concernant l’illusion monétaire, les résultats confirment la robustesse des résultats d’études précédentes tout en dévoilant de nouvelles perspectives de recherche, par exemple tenter d’expliquer la disparité des réponses selon les caractéristiques individuelles des répondants,en particulier leur formation universitaire. L’étude du modèle de la Fed montre que la relation de long terme entre taux nominal des obligations d’Etat et rendement des actions n’est ni robuste, ni utile à la prédiction sur des horizons temporels réduits. L’étude sur Target 2 Securities a été confirmée par les faits. Enfin, le modèle d’estimation des défauts à partir de chaînes de Markov cachées fait preuve de bonnes performances dans un contexte européen, malgré la relative rareté des données pour sa calibration. / The thesis studies various themes that are central to modern finance : economic agents rationality and behavioural biases with respect to nominal values, the problem of asset fundamental valuation, the changing landscape of the European post-trade industry catalysed by the Eurosystem project Target 2 Securities, and models of defaults and methods to estimate defaults cycles for a given sector. Techniques employed vary: studies on individual data,econometrics, game theory, graph theory, Monte-Carlo simulations and hidden Markov chains. Concerning monetary illusion, results confirm those of previous study while emphasizing new areas for investigation concerning the interplay of individual characteristics, such as university education, and money illusion. The study of the Fed model shows that the long term relationship assumed between nominal government bond yield and dividend yield is neither robust, nor useful for reduced time horizons. The default model based on hidden Markov chains estimation gives satisfactory results in a European context, and this besides the relative scarcity of data used for its calibration.

Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés aux outils permettant d'extraire les propriétés structurelles et temporelles de réseaux dynamiques ainsi que les caractéristiques de certains scénarios de diffusion pouvant s'opérer sur ces réseaux. Nous avons travaillé sur un jeu de données spécifiques, issu du projet MOSAR, qui comporte entre autre le réseau de proximité des personnes au cours du temps durant 6 mois à l'hôpital de Berk-sur-mer. Ce réseau est particulier dans le sens où il est constitué de trois dimensions: temporelle, structurelle par la répartition des personnes en services et fonctionnelle car chaque personne appartient à une catégorie socio-professionnelle. Pour chacune des dimensions, nous avons utilisé des outils existants en physique statistique ainsi qu'en théorie des graphes pour extraire des informations permettant de décrire certaines propriétés du réseau. Cela nous a permis de souligner le caractère très structuré de la répartition des contacts qui suit la répartition en services et mis en évidence les accointances entre certaines catégories professionnelles. Concernant la partie temporelle, nous avons mis en avant l'évolution périodique circadienne et hebdomadaire ainsi que les différences fondamentales entre l'évolution des interactions des patients et celle des personnels. Nous avons aussi présenté des outils permettant de comparer l'activité entre deux périodes données et de quantifier la similarité de ces périodes. Nous avons ensuite utilisé la technique de simulation pour extraire des propriétés de diffusion de ce réseau afin de donner quelques indices pour établir une politique de prévention. / In this thesis, we focus on tools whose aim is to extract structural and temporal properties of dynamic networks as well as diffusion characteristics which can occur on these networks. We work on specific data, from the European MOSAR project, including the network of individuals proximity from time to time during 6 months at the Brek-sur-Mer Hospital. The studied network is notable because of its three dimensions constitution : the structural one induced by the distribution of individuals into distinct services, the functional dimension due to the partition of individual into groups of socio-professional categories and the temporal dimension.For each dimension, we used tools well known from the areas of statistical physics as well as graphs theory in order to extract information which enable to describe the network properties. These methods underline the specific structure of the contacts distribution which follows the individuals distribution into services. We also highlight strong links within specific socio-professional categories. Regarding the temporal part, we extract circadian and weekly patterns and quantify the similarities of these activities. We also notice distinct behaviour within patients and staff evolution. In addition, we present tools to compare the network activity within two given periods. To finish, we use simulations techniques to extract diffusion properties of the network to find some clues in order to establish a prevention policy.

Ce travail de thèse propose une nouvelle approche ponctuelle pour l'analyse de texture dans l'imagerie de télédétection à très haute résolution (THR). Cette approche ne prend en compte que des points caractéristiques, et non pas tous les pixels dans l'image, pour représenter et caractériser la texture. Avec l'augmentation de la résolution spatiale des capteurs satellitaires, les images THR ne vérifient que faiblement l'hypothèse de stationnarité. Une telle approche devient donc pertinente étant donné que seuls l'interaction et les caractéristiques des points-clés sont exploitées. De plus, puisque notre approche ne considère pas tous les pixels dans l'image comme le font la plupart des méthodes denses de la littérature, elle est plus à-même de traiter des images de grande taille acquises par des capteurs THR. Dans ce travail, la méthode ponctuelle est appliquée en utilisant des pixels de maxima locaux et minima locaux (en intensité) extraits à partir de l'image. Elle est intégrée dans plusieurs chaînes de traitement en se fondant sur différentes techniques existantes telles la théorie des graphes, la notion de covariance, la mesure de distance géométrique, etc. En conséquence, de nombreuses applications basées sur la texture sont abordées en utilisant des données de télédétection (images optiques et radar), telles l'indexation d'images, la segmentation, la classification et la détection de changement, etc. En effectuant des expériences dédiées à chaque application thématique, la pertinence et l'efficacité du cadre méthodologique proposé sont confirmées et validées. / This thesis work proposes a novel pointwise approach for texture analysis in the scope of very high resolution (VHR) remote sensing imagery. This approach takes into consideration only characteristic pixels, not all pixels of the image, to represent and characterize textural features. Due to the fact that increasing the spatial resolution of satellite sensors leads to the lack of stationarity hypothesis in the acquired images, such an approach becomes relevant since only the interaction and characteristics of keypoints are exploited. Moreover, as this technique does not need to consider all pixels inside the image like classical dense approaches, it is more capable to deal with large-size image data offered by VHR remote sensing acquisition systems. In this work, our pointwise strategy is performed by exploiting the local maximum and local minimum pixels (in terms of intensity) extracted from the image. It is integrated into several texture analysis frameworks with the help of different techniques and methods such as the graph theory, the covariance-based approach, the geometric distance measurement, etc. As a result, a variety of texture-based applications using remote sensing data (both VHR optical and radar images) are tackled such as image retrieval, segmentation, classification, and change detection, etc. By performing dedicated experiments to each thematic application, the effectiveness and relevance of the proposed approach are confirmed and validated.

Ces dernières années, les réseaux sont devenus une source importante d’informations dans différents domaines aussi variés que les sciences sociales, la physique ou les mathématiques. De plus, la taille de ces réseaux n’a cessé de grandir de manière conséquente. Ce constat a vu émerger de nouveaux défis, comme le besoin de mesures précises et intuitives pour caractériser et analyser ces réseaux de grandes tailles en un temps raisonnable.<p>La première partie de cette thèse introduit une nouvelle mesure de similarité entre deux noeuds d’un réseau dirigé et pondéré :la covariance “sum-over-paths”. Celle-ci a une interprétation claire et précise :en dénombrant tous les chemins possibles deux noeuds sont considérés comme fortement corrélés s’ils apparaissent souvent sur un même chemin – de préférence court. Cette mesure dépend d’une distribution de probabilités, définie sur l’ensemble infini dénombrable des chemins dans le graphe, obtenue en minimisant l'espérance du coût total entre toutes les paires de noeuds du graphe sachant que l'entropie relative totale injectée dans le réseau est fixée à priori. Le paramètre d’entropie permet de biaiser la distribution de probabilité sur un large spectre :allant de marches aléatoires naturelles où tous les chemins sont équiprobables à des marches biaisées en faveur des plus courts chemins. Cette mesure est alors appliquée à des problèmes de classification semi-supervisée sur des réseaux de taille moyennes et comparée à l’état de l’art.<p>La seconde partie de la thèse introduit trois nouveaux algorithmes de classification de noeuds en sein d’un large réseau dont les noeuds sont partiellement étiquetés. Ces algorithmes ont un temps de calcul linéaire en le nombre de noeuds, de classes et d’itérations, et peuvent dés lors être appliqués sur de larges réseaux. Ceux-ci ont obtenus des résultats compétitifs en comparaison à l’état de l’art sur le large réseaux de citations de brevets américains et sur huit autres jeux de données. De plus, durant la thèse, nous avons collecté un nouveau jeu de données, déjà mentionné :le réseau de citations de brevets américains. Ce jeu de données est maintenant disponible pour la communauté pour la réalisation de tests comparatifs.<p>La partie finale de cette thèse concerne la combinaison d’un graphe de citations avec les informations présentes sur ses noeuds. De manière empirique, nous avons montré que des données basées sur des citations fournissent de meilleurs résultats de classification que des données basées sur des contenus textuels. Toujours de manière empirique, nous avons également montré que combiner les différentes sources d’informations (contenu et citations) doit être considéré lors d’une tâche de classification de textes. Par exemple, lorsqu’il s’agit de catégoriser des articles de revues, s’aider d’un graphe de citations extrait au préalable peut améliorer considérablement les performances. Par contre, dans un autre contexte, quand il s’agit de directement classer les noeuds du réseau de citations, s’aider des informations présentes sur les noeuds n’améliora pas nécessairement les performances.<p>La théorie, les algorithmes et les applications présentés dans cette thèse fournissent des perspectives intéressantes dans différents domaines.<p><p><p>In recent years, networks have become a major data source in various fields ranging from social sciences to mathematical and physical sciences. Moreover, the size of available networks has grow substantially as well. This has brought with it a number of new challenges, like the need for precise and intuitive measures to characterize and analyze large scale networks in a reasonable time. <p>The first part of this thesis introduces a novel measure between two nodes of a weighted directed graph: The sum-over-paths covariance. It has a clear and intuitive interpretation: two nodes are considered as highly correlated if they often co-occur on the same -- preferably short -- paths. This measure depends on a probability distribution over the (usually infinite) countable set of paths through the graph which is obtained by minimizing the total expected cost between all pairs of nodes while fixing the total relative entropy spread in the graph. The entropy parameter allows to bias the probability distribution over a wide spectrum: going from natural random walks (where all paths are equiprobable) to walks biased towards shortest-paths. This measure is then applied to semi-supervised classification problems on medium-size networks and compared to state-of-the-art techniques.<p>The second part introduces three novel algorithms for within-network classification in large-scale networks, i.e. classification of nodes in partially labeled graphs. The algorithms have a linear computing time in the number of edges, classes and steps and hence can be applied to large scale networks. They obtained competitive results in comparison to state-of-the-art technics on the large scale U.S.~patents citation network and on eight other data sets. Furthermore, during the thesis, we collected a novel benchmark data set: the U.S.~patents citation network. This data set is now available to the community for benchmarks purposes. <p>The final part of the thesis concerns the combination of a citation graph with information on its nodes. We show that citation-based data provide better results for classification than content-based data. We also show empirically that combining both sources of information (content-based and citation-based) should be considered when facing a text categorization problem. For instance, while classifying journal papers, considering to extract an external citation graph may considerably boost the performance. However, in another context, when we have to directly classify the network citation nodes, then the help of features on nodes will not improve the results.<p>The theory, algorithms and applications presented in this thesis provide interesting perspectives in various fields.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished