Les problèmes d’optimisation apparaissent dans presque tous les domaines scientifiques. Cependant, le processus laborieux de conception d’un optimiseur approprié peut demeurer infructueux. La question la plus ambitieuse de l’optimisation est peut-être de savoir comment concevoir des optimiseurs suffisamment flexibles pour s’adapter à un grand nombre de scénarios, tout en atteignant des performances de pointe. Dans ce travail, nous visons donner une réponse potentielle à cette question en étudiant comment faire un méta-apprentissage d’optimiseurs à base de population. Nous motivons et décrivons une modélisation commune pour la plupart des algorithmes basés sur la population, qui présentent des principes d’adaptation générale. Cette structure permet de dériver un cadre de méta-apprentissage basé sur un processus de décision de Markov partiellement observable (POMDP). Notre formulation conceptuelle fournit une méthodologie générale pour apprendre l’algorithme d’optimisation lui-même, présenté comme un problème de méta-apprentissage ou d’apprentissage pour optimiser à l’aide d’ensembles de données d’analyse comparative en boîte noire, pour former des optimiseurs polyvalents efficaces. Nous estimons une fonction d’apprentissage de méta-perte basée sur les performances d’algorithmes stochastiques. Notre analyse expérimentale indique que cette nouvelle fonction de méta-perte encourage l’algorithme appris à être efficace et robuste à une convergence prématurée. En outre, nous montrons que notre approche peut modifier le comportement de recherche d’un algorithme pour s’adapter facilement à un nouveau contexte et être efficace par rapport aux algorithmes de pointe, tels que CMA-ES. / Optimization problems appear in almost any scientific field. However, the laborious process to design a suitable optimizer may lead to an unsuccessful outcome. Perhaps the most ambitious question in optimization is how we can design optimizers that can be flexible enough to adapt to a vast number of scenarios while at the same time reaching state-of-the-art performance. In this work, we aim to give a potential answer to this question by investigating how to metalearn population-based optimizers. We motivate and describe a common structure for most population-based algorithms, which present principles for general adaptation. This structure can derive a meta-learning framework based on a Partially observable Markov decision process (POMDP). Our conceptual formulation provides a general methodology to learn the optimizer algorithm itself, framed as a meta-learning or learning-to-optimize problem using black-box benchmarking datasets to train efficient general-purpose optimizers. We estimate a meta-loss training function based on stochastic algorithms’ performance. Our experimental analysis indicates that this new meta-loss function encourages the learned algorithm to be sample efficient and robust to premature convergence. Besides, we show that our approach can alter an algorithm’s search behavior to fit easily in a new context and be sample efficient compared to state-of-the-art algorithms, such as CMA-ES.

Dans cette thèse nous nous intéressons à la mesure de dépendance sous des modèles de copules. Nous y traitons trois problèmes : la mesure d’association dans le cas bidimensionnel en présence de seuils de détection, la mesure d’association pour des données en grappes et la mesure d’association pour des données hiérarchiques. Le premier problème, indépendant des deux autres, concerne la mesure d’association entre deux variables sujettes à une censure à gauche fixe due à l’existence de seuils de détection. Nous définissons une version conditionnelle du tau de Kendall permettant de mesurer l’association entre de telles variables. Nous en proposons un estimateur non paramétrique et en étudions les propriétés asymptotiques. Nous supposons, ensuite, un modèle de copule Archimédienne et en déduisons un estimateur pour le tau de Kendall global. Un test d’ajustement de copules à ce type de données est développé. Le deuxième problème traite de la mesure d’association dans un cadre multidimensionnel pour des données en grappes telles que les observations à l’intérieur de chaque groupe sont échangeables. Pour cela, nous introduisons le tau de Kendall échangeable comme une mesure d’association intra-classe et présentons un estimateur non paramétrique pour cette mesure. Ses propriétés asymptotiques sont étudiées sous un modèle de copules multidimensionnelles caractérisées par une propriété appelée échangeabilité. Nous en déduisons un estimateur du coefficient de corrélation intra-classe pour des données provenant d’une distribution elliptique. Nous dérivons ses propriétés asymptotiques sous un modèle ANOVA généralisé à un facteur. Enfin, nous développons un test d’indépendence basé sur le tau de Kendall. Le troisième problème est une extension du deuxième au cas de données hiérarchiques avec des sous-groupes imbriqués dans des groupes, dans le cas où les unités à l’intérieur de chaque sous-groupe sont échangeables et où les sous-groupes appartenant à un même groupe sont, eux mêmes, échangeables. Nous définissons alors deux mesures d’association basées sur le tau de Kendall échangeable et en proposons des estimateurs non paramétriques. Nous étudions les propriétés asymptotiques de ces estimateurs sous des modèles de copules hiérarchiques vérifiant certaines propriétés d’échangeabilité partielle. Pour les données provenant de copules meta-elliptiques hiérarchiques, nous déduisons des estimateurs pour les coefficients de corrélation intra-classe associés aux groupes et aux sous-groupes respectivement. Nous développons, enfin, des procédures de tests pour les effets de groupes et de sous-groupes. / In this thesis we are interested in measuring the dependence under copula models. We deal with three problems: the measure of association in the bivariate case in the presence of lower detection limits, the measure of association for clustered data and the measure of association for two-level hierarchical data. The first problem, independent of the other two, deals with the measure of association between two variables subject to fixed left censoring due to the presence of lower detection limits. We define a conditional version of Kendall’s tau to measure the association between such variables. We provide a nonparametric estimator of this measure and study its asymptotic properties. We then assume an Archimedean copula model and deduce an estimator for the copula’s Kendall’s tau. A goodness-of-fit test for the assumed copula is developed. The second problem deals with the measure of intra-class association for clustered data such that observations within each group are exchangeable. For this, we introduce an exchangeable version of Kendall’s tau as a measure of intra-class dependance and provide a nonparametric estimator for this measure. Its asymptotic properties are investigated under a multivariate exchangeable copula model. We derive an estimator of the intra-class correlation coefficient for data drawn from an elliptical distribution. The asymptotic properties of this estimator are investigated under a generalized oneway ANOVA model. Finally, we develop an intra-class independence test based on Kendall’s tau. The third problem is an extension of the second to the case of hierarchical data with a set of subgroups nested into groups, such that the units within each subgroup are exchangeable and the subgroups belonging to the same group are themselves exchangeable. We define two association measures based on the exchangeable Kendall’s tau and propose nonparametric estimators for these measures. We investigate their asymptotic properties under hierarchical copula models satisfying some properties of partial exchangeability. For data drawn from meta-elliptical hierarchical copulas we deduce estimators for the intra-class correlation coefficients associated to groups and subgroups respectively. We also develop procedures for testing the effects of groups and subgroups.

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Dans ce mémoire nous définissons la fonction de profondeur de Tukey d’une mesure positive et finie sur Rd. Par la suite nous étudions les propriétés de cette fonction, notamment les propriétés de continuité et de convexité. Notre objectif est d’établir une caractérisation d’une mesure par sa fonction de profondeur. Plus précisément, étant donné μ et v deux mesures de Borel positives et finies sur Rd, a-t-on μ = v si μ et v ont la même fonction de profondeur? En utilisant des propriétés de la fonction de profondeur, nous établissons une caractérisation lorsque la mesure satisfait certaines propriétés géométriques. Par la suite, nous présentons quelques approches afin de calculer la fonction de profondeur d’une mesure. Enfin nous prouvons le théorème de caractérisation d’une mesure discrète par sa fonction de profondeur de Tukey. / In this memoir we define the Tukey depth function of a positive finite measure on Rd. Then we study the properties of this function, in particular the properties of continuity and convexity. We seek to establish a characterization of a measure by its depth function. That is, given μ, v finite positive measures on Rd, do we have μ = v if μ and v have the same Tukey depth function? We use the properties of the depth function to establish such a characterization when the measure satisfies certain geometric properties. Then we exhibit some approaches for computing the Tukey depth function. Finally we prove the theorem of characterisation of a discrete measure by its Tukey depth function.

En 1995, la technologie LIDAR fait émergence en télédétection et entraîne avec elle une nouvelle forme de concurrence dans un domaine jusqu'alors dominé par les systèmes RADAR. Contrairement à ces derniers, l'émetteur d'un LIDAR opère à des fréquences au-delà des ondes radios, habituellement dans l'infrarouge, ce qui fait qu'une détection non cohérente doit être employée et que seule l'enveloppe des signaux est récupérée, formant ainsi des signaux réels. Alors que de multiples algorithmes ont été développés au l des années pour faire le traitement des signaux captés par l'antenne-réseau d'un RADAR, aucun n'était reconnu jusqu'à présent comme étant particulièrement performant lorsque utilisé avec des signaux réels. En 2015, dans le cadre d'un projet de recherche visant à améliorer la distance et la précision de la détection des objets à l'aide d'un LIDAR, une adaptation [1] du très populaire algorithme MUSIC développé par Schmidt fut réalisée a n de pouvoir l'utiliser selon le principe du temps de vol plutôt que pour les directions d'arrivée. Cette adaptation ouvrit la voie à l'utilisation d'algorithmes statistiques, à l'origine conçus pour les signaux avec information de phase, pour des signaux réels. Malheureusement, l'application directe de ces algorithmes requiert un temps d'exécution considérable et ce, en particulier lors de la formation, du traitement et de la décomposition propre de la matrice ReXX. Par conséquent, des optimisations doivent être considérées pour être en mesure d'en faire l'implantation dans du matériel à faible coût lorsqu'il est question d'opération en temps réel. Parmi ces optimisations, c'est l'utilisation de méthodes de suivi fondées sur la notion de sous-espace qui fait l'objet de cet ouvrage. Ces algorithmes reposent sur l'idée qu'il est possible d'oublier, de façon graduelle, les données du passé au pro t des nouvelles données sans avoir à passer par la formation de la matrice ReXX à chaque fois. Ainsi, les résultats démontrent qu'une réduction de 25% à 95% du temps d'exécution est possible dans un contexte d'utilisation conjointe, mais moins fréquente, avec une méthode à complexité algorithmique plus élevée. Par ailleurs, les résultats des essais réalisés par [1] ne couvrent que les cibles stationnaires. Par conséquent, ce projet vise à étendre cette étude aux cibles en mouvement. Les résultats obtenus permettent de démontrer l'efficacité des méthodes de suivi du sous-espace pour de tels cas. / In 1995, LIDAR systems emerged as a new alternative to the well-known RADAR systems for remote sensing applications. However, unlike RADAR, the operating frequency of LIDAR systems is above the radio frequencies and usually in the infrared which means that a non-coherent detection has to be used to retrieve the signal's enveloppe. While several signal processing algorithms have been developped for RADAR phased arrays, none of these algorithms are known, to this day, to be e cient when dealing with real, phaseless signals. In 2015, as part of a research project to enhance the detection precision and maximal distance of a LIDAR system, an adaptation [1] of the so-called MUSIC algorithm developped by Schmidt was realised to be used with the time-of- ight principle instead of the direction of arrival principle. Unfortunately, the direct application of the adapted algorithm was time consuming, especially the creation, processing and eigendecomposition stages of the ReXX matrix. As so, optimizations are required to allow its implementation into a low-cost system for real-time purposes. Among those optimizations, the use of subspace tracking methods will be studied in this thesis. Subspace tracking algorithms are based on the idea that instead of having to create ReXX at each data update, one can use the known data while adding the new data with a forgetting factor. The result of these optimizations is that a decrease of 25% to 95% in execution time is observed when subspace tracking is used together with a higher complexity method to initialize its parameters. The study realised by [1] was mostly done for stationary objects. This thesis aims to extend that study to non stationary objects. Results show that using subspace tracking methods is even more efficient in these cases.

Ce projet de maîtrise vise réaliser la conception d'un générateur de tourbillons tels qu'observés à la sortie de la roue d'une turbine Francis dans des conditions de pleine charge. Le processus de conception du générateur de tourbillons est basé sur l'application d'un processus d'optimisation géométrique en ayant recours aux simulations numériques d'écoulements (CFD). Des simulations numériques RANS et URANS multiphases ont d'abord été réalisées sur le cas test du projet Tr-FRANCIS avec des conditions permettant de reproduire le régime de pleine charge. Ensuite, des profils de vitesse ont été extraits des simulations en sortie de la roue de la turbine et utilisés pour définir des objectifs d'optimisation de la géométrie des aubes du générateur de tourbillons. Une fois que des géométries optimisées ont été obtenues, les caractéristiques de l'écoulement généré issu des tests d'optimisation ont été comparées avec l'écoulement cible. Le comportement de l'optimiseur a également pu être étudié. Les profils de vitesse en sortie des générateurs de tourbillons optimisés présentent des topologies globales semblables aux profils de vitesse cibles. Cependant, des écarts ont tout de même été observés dans les profils, particulièrement loin du moyeu, ce qui contribue à faire varier les caractéristiques du swirl dans l'écoulement et la dynamique des tourbillons générés par le fait même. Des formes particulières des aubes des générateurs de tourbillons optimisés ont également été obtenues. Ces observations sont vraisemblablement dues à un nombre de degrés de liberté insuffisant spécifié à l'optimiseur, ainsi qu'à une pondération plus élevée accordée aux objectifs près du moyeu. Une analyse des distributions de pression absolue a montré qu'en diminuant la pression de sortie jusqu'à observer une zone cavitante en sortie de la roue de la turbine, la pression en aval du générateur de tourbillons serait trop élevée pour qu'il y ait présence d'une zone cavitante également. Néanmoins, ce problème pourrait être pallié en diminuant la pression de sortie davantage avec le générateur de tourbillons. Des différences topologiques ont été observées dans les structures tourbillonnaires en sortie de la turbine Francis et du générateur de tourbillons. Le tourbillon généré en sortie du générateur de tourbillons présente une forme plus large en diamètre et moins allongée que dans le cas de la turbine. Considérant les écarts observés dans les profils de vitesse et dans les caractéristiques du swirl, des différences dans la dynamique des tourbillons générés sont attendues. / This master's project aims to design a swirler that can reproduce the same vortices as the ones observed at the outlet of a Francis runner under full load conditions. The design process of the swirler is based on the application of a geometric optimization process using numerical flow simulations (CFD). Multiphase RANS and URANS numerical simulations were first carried out on the test case of the Tr-FRANCIS project with conditions allowing to reproduce the full load regime. Then, velocity profiles were extracted from the simulations at the outlet of the turbine runner and used to define objectives for optimizing the geometry of the swirler blades. Once optimized geometries were obtained, the characteristics of the generated flow from the optimization tests were compared to the target flow. The behavior of the optimizer was also studied. Velocity profiles at the exit of the optimized swirlers have overall topologies similar to the target velocity profiles. However, deviations were still observed in the profiles, especially far from the hub, which contributes to varying the characteristics of the swirl in the flow and dynamics of the vortices generated consequently. Particular shapes of the optimized swirler blades were also obtained. These observations are likely due to an insufficient number of degrees of freedom specified to the optimizer, as well as a higher weighting given to the objectives near the hub. An analysis of absolute pressure distributions showed that by reducing the outlet pressure until a cavitating zone is observed at the turbine runner exit, the pressure downstream of the swirler would be too high for there to be a cavitating zone also. However, this problem could be overcome by lowering the outlet pressure further with the swirler. Topological differences were observed in the vortex structures at the Francis turbine and swirler exit. The vortex generated downstream of the swirler has a larger diameter and has a less elongated shape than in the case of the turbine. Considering the differences observed in the velocity profiles and in the swirl characteristics, differences in the dynamics of the generated vortices are expected.

Ce travail porte sur les séries à coefficients entiers positifs, sur les séries N-rationnelles et est centré autour de deux types de questions : le problème de la hauteur d'étoile et l'étude des propriétés des distributions de longueurs des codes. On étudie le problème de la hauteur d'étoile de séries rationnelles particulières : les séries N-rationnelles en une variable. On caractérise de différentes façons les séries N-rationnelles qui sont de hauteur d'étoile 1, et on donne un critère permettant de décider de la hauteur d'étoile d'une classe importante de séries N-rationnelles en une variable. L'étude de la hauteur d'étoile des séries N-rationnelles en une variable repose sur l'utilisation des propriétés de leurs représentations par des matrices. On établit, en particulier, à partir d'un résultat d'Handelman, une caractérisation du rayon spectral d'une matrice compagnon irréductible à coefficients entiers positifs. On étudie, ensuite, les distributions de longueurs des codes circulaires et des codes préfixes. On prouve trois nouveaux résultats concernant les codes circulaires. On généralise, dans plusieurs directions, la caractérisation des distributions de longueurs des codes circulaires établie dans le cas d'un alphabet fini par Schützenberger. D'une part, on remplace l'alphabet fini par un alphabet quelconque dont les éléments ont des poids, ce qui permet d'étendre le résultat à deux distributions de longueurs. D'autre part, on restreint les conditions, ce qui permet d'établir la décidabilité dans le cas d'une distribution finie. On donne une nouvelle formulation de cette caractérisation. Ce résultat, établi par des méthodes combinatoires, met en évidence la décidabilité dans le cas d'une distribution finie. On établit une condition nécessaire et suffisante pour qu'une suite d'entiers positifs soit la distribution de longueur d'un code circulaire maximal sur un alphabet fini. Enfin, on met en évidence les liens entre les séries génératrices des codes préfixes rationnels et une classe de séries N-rationnelles : les DOL-séries. On donne une condition suffisante pour qu'une suite N-rationnelle soit la distribution de longueurs d'un code rationnel préfixe maximal sur un alphabet à k lettres.

Le platonisme mathématique, la thèse selon laquelle les mathématiques portent sur des objets abstraits existant de manière indépendante à notre esprit et notre langage, est un des sujets les plus débattues dans la philosophie des mathématiques. L’image des mathématiques qui s’en dégage est souvent perçue comme se heurtant à des problèmes épistémologiques considérables : si il est vrai que les mathématiques sont une science qui porte sur des objets en dehors de l’espace et du temps, comment nous, des êtres situés spatio-temporellement, pouvons avoir une quelconque connaissance mathématique ? En conséquence, la défense du platonisme et le débat sur l’ontologie des mathématiques se sont largement concentrées sur cette dimension épistémologique. Dans ce travail de thèse, nous essaierons de réitérer le rôle de la métaphysique et de la pratique des mathématiques dans le débat sur l’ontologie des objets mathématiques. Notre objectif principal est plus particulièrement le développement et l’application d’un programme métaphysique général, capable de rendre compte des aspects ontologiques des mathématiques qui sont propres à une interprétation platoniste des mathématiques. Pour ce faire, notre stratégie consiste à insister tout d’abord sur le besoin de clarification des thèses platonistes concernant la nature abstraite des objets mathématiques et l’indépendance de ces objets et à essayer d’étendre la portée du platonisme au-delà des concepts et théories mathématiques habituelles. / Mathematical platonism is the idea according to which mathematics is about a domain of abstract objects, existing independently of our though and language. It is one of the central subjects in philosophy of mathematics, and is often considered to face important epistemological problems. If, as the platonist thinks, mathematics really are a science of objects outside of space and time, then how is mathematical knowledge even possible? As a consequence of the epistemological problem, the debate has focused mainly around the epistemological dimension of platonism. In this study however, we will try to move away from epistemology and restate the role of metaphysics and mathematical practice in the ontological debate on mathematical objects. Our main objective will be to develop and apply a general metaphysical program in order to explain the ontological aspects of a platonist interpretation of mathematics. In order to do this, it will be necessary to clarify the abstract nature of mathematical objects and the ontological independence of these entities, and to extend the scope of platonism beyond the usual concepts and mathematical theories.

L'importance croissante que le client accorde à la manière dont une entreprise<br />satisfait sa demande bouleverse les fondements des organisations anciennement pensées sous l'angle de la production. Phénomène tout à fait perceptible dans un grand<br />groupe industriel comme Saint-Gobain, à forte culture ingénieur, cette prise de<br />conscience donne un nouvel élan aux métiers transversaux focalisés à la fois sur<br />l'optimisation du schéma industriel et de la chaîne logistique. Cette thèse est une<br />illustration de cette évolution : l'intérêt porté aux problèmes d'optimisation des systèmes industriels et logistiques est relativement récent à Saint-Gobain Recherche.<br />Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à différents problèmes industriels<br />complémentaires rencontrés chez Saint-Gobain Glass, leader de la production de<br />verre plat en Europe. Nous avons apporté des solutions mettant en lumière l'interdépendance de différentes décisions à des problèmes industriels complexes, avec un<br />souci constant de produire des outils d'aide à la décision utiles et appréciés.<br />Après un avant-propos rappelant le sens de notre démarche, nous découvrirons<br />dans le chapitre 1 le contexte industriel qui a motivé notre recherche. Nous présentons<br />les métiers du groupe - produire, transformer et distribuer du verre plat - et les<br />différents niveaux de décision que nous avons décidé d'aborder. Les chapitres suivants<br />présentent les problèmes d'optimisation que nous avons identifiés et qui nous sont<br />apparus comme clés.<br />Nous abordons dans le chapitre 2 un modèle permettant de déterminer les dimensions<br />des produits standards. L'intégration verticale du groupe permet l'étude<br />du meilleur compromis entre les chutes de verre tout au long de la chaîne logistique<br />et le nombre de références à gérer. La suite de la thèse tend à aboutir à une modélisation complète du schéma industriel et logistique et fait l'objet du chapitre 6. Pour cela, nous traitons les questions de localisation d'installations logistiques (chapitre 3) et de modélisation des processus de production : le chapitre 4 présente notre modèle<br />et l'illustre avec la production de verre plat, tandis que le chapitre 5 présente un<br />travail complémentaire permettant de l'appliquer aux lignes de transformation. Finalement, nous intégrons dans le chapitre 6 tous ces travaux dans un modèle linéaire<br />en nombres entiers.<br />Fruit d'une véritable collaboration entre chercheurs et industriels, ce travail présente<br />un modèle générique déterministe d'optimisation de la chaîne logistique appliqué avec succès à l'industrie du verre. De nombreuses perspectives dignes d'intérêt<br />sont imaginables, autant théoriques que pratiques.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.