Dans cette thèse nous nous intéressons aux liens qui existent entre les théories des caractères ordinaires et modulaires de différents groupes finis. Nous nous sommes concentré principalement sur deux moyens d’établir de tels liens : l’utilisation de matrices de décompositions et l’étude d’une conjecture de comptage qu’est la conjecture d’Alperin-McKay. Nous étudions alors ces lien ssur des exemples proches des groupes symétriques et des groupes linéaires sur un corps finis.Nous complétons en particulier la démonstration d’une version inductive de la conjecture d’Alperin-McKay, énoncée en 2013 par Späth, pour les groupes alternés. Ceci constitue un élément nécessaire dans l’espoir d’obtenir une preuve de cette conjecture en utilisant la classification des groupes finis simples. Ce travail a mis en évidence des liens forts au sein de la théorie des caractères d’extensions centrales du groupe symétrique. Ces liens se manifestent cette fois sous la forme d’isométries parfaites entre des 2-blocs de même poids. Nous avons alors entrepris de vérifier sur des cas explicites ces liens en codant, avec le logiciel GAP4, la combinatoire sous-jacente à la théorie des caractères de ces extensions centrales. Nous énonçons alors, sous la forme d’une conjecture, un résultat d’existence d’isométries parfaites.L’étude des matrices de décomposition d’union de blocs d’un groupe fini nous amène à chercher un ensemble basique unitriangulaire pour ces unions de blocs. Si de plus un groupe d’automorphismes agit sur les caractères de cet ensemble basique, on cherche naturellement à ce que cet ensemble basique soit stable pour cette action. En supposant que l’on dispose d’un ensemble basique unitriangulaire et stable, nous démontrons un résultat général permettant d’obtenir pour un sous-groupe normal un ensemble basique vérifiant les mêmes propriétés, et ce simplement par restriction des caractères. Signalons que ce résultat se limite aux cas où les caractères sont sans multiplicité, mais que cette condition est vérifiée dans de nombreux cas utiles en pratique. Nous appliquons alors notre résultat dans le cadre des groupes spéciaux linéaires et unitaires finis et démontrons donc que ces groupes possèdent un ensemble basique unitriangulaire stable pour l’action des automorphismes.Ceci généralise et étend un résultat de Kleshchev et Tiep de 2008 concernant le groupe spécial linéaire fini : nous trouvons un ensemble basique différent du leur qui lui est stable pour l’action des automorphismes.L’utilisation d’outils plus récents comme la théorie de Deligne-Lusztig nous permet d’appliquer la même méthode pour obtenir le même résultat pour les groupes spéciaux unitaires finis. / In this thesis we study relationships between ordinary and modular character theory of several classes of finite groups. We focused mainly on two tools: decomposition matrices and the study of the Alperin-McKay counting conjecture. We study those on groups closely related to symmetric and finite general linear groups.We finish the verification of an inductive version of the Alperin-McKay conjecture, stated in $2013$ by Sp\"ath, for alternating groups. This work is necessary if one wishes to obtain a full proof of the Alperin-McKay conjecture using the classification of finite simple groups. Moreover it has underlined strong links between characters of double covers of symmetric groups. Those links appear in the form of perfect isometries between $2$-blocks of same weight. We verified on explicit cases that such isometries exist by coding the combinatorics behind the character theory of these groups using GAP4. We then state as a conjecture the existence of perfect isometries.The study of decomposition matrices of union of blocks of a finite group leads to the search of a unitriangular basic set for those blocks. If moreover a group of automorphisms acts on the characters, we naturally look for a stable basic set. Assuming that we have one, we prove a general theorem allowing one to obtain, by restriction of characters, a stable unitriangular basic set for a normal subgroup. We note that our theorem holds only in the case of multiplicity-free characters, a condition that is adapted for numerous applied cases. We apply our result in the case of special linear and unitary groups which allows us to prove that these groups possess a unitriangular basic set that is stable under the action of automorphisms. This result generalises and extends a theorem of Kleshchev and Tiep from $2008$ regarding finite special linear groups: we find a different unitriangular basic set which is now stable under the action of automorphisms. We use more modern tools such as Deligne-Lusztig theory which allows us to apply the same method to obtain the result for special unitary groups.

La prévision d'événements extrêmes est une question cruciale dans des domaines divers allant de la météorologie à la finance. Trois classes d'universalité (Gumbel, Fréchet et Weibull) ont été identifiées pour des variables aléatoires indépendantes et de distribution identique (i.i.d.).La modélisation par des variables aléatoires i.i.d., notamment avec le modèle d'énergie aléatoire de Derrida, a permis d'améliorer la compréhension des systèmes désordonnés. Cette hypothèse n'est toutefois pas valide pour de nombreux systèmes physiques qui présentent de fortes corrélations. Dans cette thèse, nous étudions trois modèles physiques de variables aléatoires fortement corrélées : des fermions piégés,des matrices aléatoires et des marches aléatoires. Dans la première partie, nous montrons plusieurs correspondances exactes entre l'état fondamental d'un gaz de Fermi piégé et des ensembles de matrices aléatoires. Le gaz Fermi est inhomogène dans le potentiel de piégeage et sa densité présente un bord fini au-delà duquel elle devient essentiellement nulle. Nous développons une description précise des statistiques spatiales à proximité de ce bord, qui va au-delà des approximations semi-classiques standards (telle que l'approximation de la densité locale). Nous appliquons ces résultats afin de calculer les statistiques de la position du fermion le plus éloigné du centre du piège, le nombre de fermions dans un domaine donné (statistiques de comptage) et l'entropie d'intrication correspondante. Notre analyse fournit également des solutions à des problèmes ouverts de valeurs extrêmes dans la théorie des matrices aléatoires. Nous obtenons par exemple une description complète des fluctuations de la plus grande valeur propre de l'ensemble complexe de Ginibre.Dans la deuxième partie de la thèse, nous étudions les questions de valeurs extrêmes pour des marches aléatoires. Nous considérons les statistiques d'écarts entre positions maximales consécutives (gaps), ce qui nécessite de prendre en compte explicitement le caractère discret du processus. Cette question ne peut être résolue en utilisant la convergence du processus avec son pendant continu, le mouvement Brownien. Nous obtenons des résultats analytiques explicites pour ces statistiques de gaps lorsque la distribution de sauts est donnée par la loi de Laplace et réalisons des simulations numériques suggérant l'universalité de ces résultats. / Predicting the occurrence of extreme events is a crucial issue in many contexts, ranging from meteorology to finance. For independent and identically distributed (i.i.d.) random variables, three universality classes were identified (Gumbel, Fréchet and Weibull) for the distribution of the maximum. While modelling disordered systems by i.i.d. random variables has been successful with Derrida's random energy model, this hypothesis fail for many physical systems which display strong correlations. In this thesis, we study three physically relevant models of strongly correlated random variables: trapped fermions, random matrices and random walks.In the first part, we show several exact mappings between the ground state of a trapped Fermi gas and ensembles of random matrix theory. The Fermi gas is inhomogeneous in the trapping potential and in particular there is a finite edge beyond which its density vanishes. Going beyond standard semi-classical techniques (such as local density approximation), we develop a precise description of the spatial statistics close to the edge. This description holds for a large universality class of hard edge potentials. We apply these results to compute the statistics of the position of the fermion the farthest away from the centre of the trap, the number of fermions in a given domain (full counting statistics) and the related bipartite entanglement entropy. Our analysis also provides solutions to open problems of extreme value statistics in random matrix theory. We obtain for instance a complete description of the fluctuations of the largest eigenvalue in the complex Ginibre ensemble.In the second part of the thesis, we study extreme value questions for random walks. We consider the gap statistics, which requires to take explicitly into account the discreteness of the process. This question cannot be solved using the convergence of the process to its continuous counterpart, the Brownian motion. We obtain explicit analytical results for the gap statistics of the walk with a Laplace distribution of jumps and provide numerical evidence suggesting the universality of these results.

L'objet principal de cette thèse est l'étude de plusieurs modèles de polynômes aléatoires. Il s'agit de comprendre le comportement macroscopique des racines de polynômes aléatoires dont le degré tend vers l'infini. Nous explorerons la connexion existant entre les racines de polynômes aléatoires et les gaz de Coulomb afin d'obtenir des principes de grandes déviations pour la mesure empiriques des racines. Nous revisitons l'article de Zeitouni et Zelditch qui établit un principe de grandes déviations pour un modèle général de polynômes aléatoires à coefficients gaussiens complexes. Nous étendons ce résultat au cas des coefficients gaussiens réels. Ensuite, nous démontrons que ces résultats restent valides pour une large classe de lois sur les coefficients, faisant des grandes déviations un phénomène universel pour ces modèles. De plus, nous démontrons tous les résultats précédents pour le modèle des polynômes de Weyl renormalisés. Nous nous intéressons aussi au comportement de la racine de plus grand module des polynômes de Kac. Celle-ci a un comportement non-universel et est en général une variable aléatoire à queues lourdes. Enfin, nous démontrons un principe de grandes déviations pour la mesure empirique des ensembles biorthogonaux. / The main topic of this thesis is the study of the roots of random polynomials from several models. We seek to understand the behavior of the roots as the degree of the polynomial tends to infinity. We explore the connexion between the roots of random polynomials and Coulomb gases to obtain large deviations principles for the empirical measures of the roots of random polynomials. We revisit the article of Zeitouni and Zelditch which establishes the large deviations for a rather general model of random polynomials with independent complex Gaussian coefficients. We extend this result to the case of real Gaussian coefficients. Then, we prove that those results are also valid for a wide class of distributions on the coefficients, which means that those large deviations principles are a universal property. We also prove all of those results for renormalized Weyl polynomials. study the largest root in modulus of Kac polynomials. We show that this random variable has a non-universal behavior and has heavy tails. Finally, we establish a large deviations principle for the empirical measures of biorthogonal ensembles.

La théorie des matrices aléatoires a des applications dans des domaines variés : mathématiques, physique, finance, ... En physique, le concept de matrices aléatoires a été utilisé pour l'étude du transport électronique dans des structures mésoscopiques, de systèmes désordonnés, de l'intrication quantique, de modèles d'interfaces 1D fluctuantes en physique statistique, des atomes froids, ... Dans cette thèse, on s'intéresse au transport AC cohérent dans un point quantique, à des propriétés d'interfaces fluctuantes 1D sur un substrat et aux propriétés topologiques de fils quantiques multicanaux. La première partie commence par une introduction générale a la théorie des matrices aléatoires ainsi qu'a la principale méthode utilisée dans cette thèse : le gaz de Coulomb. Cette technique permet entre autres d'étudier la distribution d'observables qui prennent la forme de statistiques linéaires des valeurs propres, qui représentent beaucoup de quantités physiques pertinentes. Cette méthode est ensuite appliquée à des exemples concrets pour étudier le transport cohérent et les problèmes d'interfaces fluctuantes en physique statistique. La seconde partie se concentre sur un modèle de fil désordonné : l'équation de Dirac multicanale avec masse aléatoire. Nous étendons le puissant formalisme utilisé pour l'étude de systèmes unidimensionnels au cas quasi-1D, et établissons une connexion avec un modèle de matrices aléatoires. Nous utilisons ce résultat pour obtenir la densité d'états et les propriétés de localisation. Nous montrons également que ce système présente une série de transitions de phases topologiques (changement d'un nombre quantique de nature topologique, sans changement de symétrie), contrôlées par le désordre. / Random matrix theory has applications in various fields: mathematics, physics, finance, ... In physics, the concept of random matrices has been used to study the electronic transport in mesoscopic structures, disordered systems, quantum entanglement, interface models in statistical physics, cold atoms, ... In this thesis, we study coherent AC transport in a quantum dot, properties of fluctuating 1D interfaces on a substrate and topological properties of multichannel quantum wires. The first part gives a general introduction to random matrices and to the main method used in this thesis: the Coulomb gas. This technique allows to study the distribution of observables which take the form of linear statistics of the eigenvalues. These linear statistics represent many relevant physical observables, in different contexts. This method is then applied to study concrete examples in coherent transport and fluctuating interfaces in statistical physics. The second part focuses on a model of disordered wires: the multichannel Dirac equation with a random mass. We present an extension of the powerful methods used for one dimensional system to this quasi-1D situation, and establish a link with a random matrix model. From this result, we extract the density of states and the localization properties of the system. Finally, we show that this system exhibits a series of topological phase transitions (change of a quantum number of topological nature, without changing the symmetries), driven by the disorder.

L'objectif de cette thèse est d'investiguer le comportement de la localisation d'Anderson en grande dimension. Dans la première partie nous étudions les Matrices de Lévy, un modèle de matrices aléatoires avec interactions à longue portée qui présente une forte analogie avec le problème de la localisation d'Anderson sur des structures en arbre, représentatives du comportement en dimension infinie. Nous établissons l'équation qui détermine la transition de localisation et nous obtenons le diagramme de phase. Nous investiguons en suite le comportement inhabituel de la phase délocalisée. Avec des arguments basés sur la méthode supersymmétrique et sur le mouvement brownien de Dyson, nous montrons que la distribution des écarts entre valeurs propres est la même que dans le cas GOE dans toute la phase délocalisée et elle est de type Poisson dans la phase localisée. Notre analyse numérique confirme ce résultat, valable dans la limite thermodynamique, et fournit des informations sur le comportement d'autres quantités comme la statistique des vecteurs propres. De plus, les résultats numériques révèlent que l'échelle caractéristique qui gouverne les effets de taille finie diverge beaucoup plus vite qu'une loi de puissance quand on s'approche de la transition, et elle est déjà très grande loin du point critique. Dans la seconde partie nous étudions numériquement le comportement du modèle d'Anderson en dimension de 3 à 6 en utilisant la méthode de la matrice de transfert, la diagonalisation exacte, et une technique approximée de Groupe de Renormalisation pour fort désordre. Les résultats suggèrent que la dimension critique supérieure de la localisation d'Anderson est infinie. Nous discutons aussi les implications possibles de ce scénario sur le comportement inhabituel de la phase délocalisée des modèles représentatifs de la limite de dimension infinie, comme les matrices de Lévy et le modèle d'Anderson sur des structures en arbre. / In this thesis, we investigate the behavior of Anderson Localization in high dimension. In the first part we study Lévy Matrices (LMs), a Random Matrix model with long-range hopping presenting strong analogy with the problem of Anderson Localization on tree-like structure, representative of the limit of infinite dimensionality. We establish the equation determining the localization transition and obtain the phase diagram. We investigate then the unusual behavior of the delocalized phase. Using arguments based on supersymmetric field theory and Dyson Brownian motion we show that the eigenvalue statistics is the same one as of the Gaussian orthogonal ensemble in the whole delocalized phase and is Poisson-like in the localized phase. Our numerical analysis confirms this result, valid in the limit of infinitely large LMs, and provides information on the behavior of other observables like the wave-functions statistics. At the same time, numerical results also reveal that the characteristic scale governing finite size effects diverges much faster than a power law approaching the transition and is already very large far from it. This leads to a very wide crossover region in which the system looks as if it were in a mixed phase. In the second part we study numerically the behavior of the Anderson Model in dimension from 3 to 6 through exact diagonalization, Transfer Matrix method and an approximate Strong Disorder Renormalization Group technique. The results we find suggest that the upper critical dimension of Anderson Localization is infinite. Finally, we discuss the possible implications of this scenario on the anomalous behavior of the delocalized phase of models representative of the limit of infinite dimension, like Lévy Matrices and the Anderson model on tree-like structures.

Origin-Destination (OD) matrices are an essential tool in transport planning and management to model user travel patterns. An OD matrix is a picture of the public transport passengers demand in a specific temporal window The use of the metropolitan transportation system as an alternative to private cars enables a decrease of CO2 emissions, air pollution and traffic noise. Public opinion and governments are giving more and more attention to these environmental issues. The overtaking of the public transports on private means of transportation is one of our best weapons to fight global warming. Efficiency is particularly important when we analyse the passenger behaviour in the transport networks of large cities. There we deal with large and growing populations, and it is required a methodical response to the transport system critical events,like congestion of the network during the peak hours. Recently, modern technologies and data driven initiatives enabled large-scale data collection of travel patterns. In particular, smart card validation data can now be stored and used for evaluation and planning purposes. From these data, anonymous spatio-temporal travel patterns can be revealed and studied, and OD matrices with various aggregation levels can be easily generated. With this work, we gather different techniques used in the practice, and propose a methodological framework for the study of large-scale OD matrices. We focus our attention on the use of dimensionality reduction techniques (Principal Component Analysis (PCA), Singular Value Decomposition (SVD)), day clustering algorithms (K-Means, Affinity Propagation), and short-term flow prediction models (Vector Autoregression (VAR), Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA)) on the public transport usage data. Our case study considers the OD matrices for the whole metro and commuter train network in the region of Stockholm, Sweden. With this thesis, we want to reveal and discuss the potential of day clustering methods to detect trends of the passenger flows, and their combination with dimensionality reduction techniques to perform short-term prediction of the flows. / Modern teknik och datadrivna initiativ har nyligen möjliggjort storskalig datainsamling av resmönster. I synnerhet kan nu valideringsdata från smartkort lagras och användas för utvärdering och planering. Från denna data kan anonyma spatiala och tidsberoende resmönster hittas och studeras, och Origin-Destination (OD) matriser med olika aggregeringsnivåer enkelt genereras. OD-matriser är grundläggande verktyg inom transportplanering och förvaltning för att modellera resmönster och ger en bild av kollektivtrafikens efterfrågan inom ett specifikt tidsfönster. När passagerarbeteenden analyseras i transportnätverk i större städer är optimeringen av den operativa effektiviteten ett särskilt viktigt fokus. Eftersom det inte bara finns en stor och växande befolkning som sätter hög belastning på nätverket utan också för att kritiska händelser i transportsystemet, såsom trängsel i nätet under rusningstrafik, kräver ofta en långsamt systematiskt respons. Dessutom kan ett effektivt transportsystem minska utsläppen av CO2, luftföroreningar och trafikbuller genom en minskad användning av privata transportmedel. Detta arbete tittar på olika tekniker som används i praktiken för att modellera resmönster och föreslår ett metodisk ramverk för studier av storskaliga OD-matriser. Särskild uppmärksamhet läggs på användningen av dimensionsreduktionstekniker (Principal Component Analysis (PCA), Singular Value Decomposition (SVD)), klustringsalgoritmer (K-Means, Affinity Propagation) och prediktionsmodeller för kortsiktiga trafikflöden (Vector Autoregression (VAR), Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA)) på data från kollektivtrafiken. Vår fallstudie kollar på OD-matriserna för hela tunnelbane- och pendeltågsnätet i Region Stockholm, Sverige. Datan används sedan för att visa potentialen i klustringsmetoderna för att upptäcka trender i passagerarflöden och hur de presterar tillsammans med dimensionsreduktionstekniker för att utföra kortsiktiga flödesprognoser.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / In this dissertation the partition function, $Z_n$, for the six-vertex model with domain wall boundary conditions is solved in the thermodynamic limit in various regions of the phase diagram. In the ferroelectric phase region, we show that $Z_n=CG^nF^{n^2}(1+O(e^{-n^{1-\ep}}))$ for any $\ep>0$, and we give explicit formulae for the numbers $C, G$, and $F$. On the critical line separating the ferroelectric and disordered phase regions, we show that $Z_n=Cn^{1/4}G^{\sqrt{n}}F^{n^2}(1+O(n^{-1/2}))$, and we give explicit formulae for the numbers $G$ and $F$. In this phase region, the value of the constant $C$ is unknown. In the antiferroelectric phase region, we show that $Z_n=C\th_4(n\om)F^{n^2}(1+O(n^{-1}))$, where $\th_4$ is Jacobi's theta function, and explicit formulae are given for the numbers $\om$ and $F$. The value of the constant $C$ is unknown in this phase region. In each case, the proof is based on reformulating $Z_n$ as the eigenvalue partition function for a random matrix ensemble (as observed by Paul Zinn-Justin), and evaluation of large $n$ asymptotics for a corresponding system of orthogonal polynomials. To deal with this problem in the antiferroelectric phase region, we consequently develop an asymptotic analysis, based on a Riemann-Hilbert approach, for orthogonal polynomials on an infinite regular lattice with respect to varying exponential weights. The general method and results of this analysis are given in Chapter 5 of this dissertation.

Cette thèse vise à la conception de nouveaux algorithmes rapides en calcul numérique via les matrices de Toeplitz. Tout d'abord, nous avons introduit un algorithme rapide sur le calcul de l'inverse d'une matrice triangulaire de Toeplitz en se basant sur des notions d'interpolation polynomiale. Cet algorithme nécessitant uniquement deux FFT(2n) est manifestement efficace par rapport à ses prédécésseurs. ensuite, nous avons introduit un algorithme rapide pour la résolution d'un système linéaire de Toeplitz bande. Cette approche est basée sur l'extension de la matrice donnée par plusieurs lignes en dessus, de plusieurs colonnes à droite et d'attribuer des zéros et des constantes non nulles dans chacune de ces lignes et de ces colonnes de telle façon que la matrice augmentée à la structure d'une matrice triangulaire inférieure de Toeplitz. La stabilité de l'algorithme a été discutée et son efficacité a été aussi justifiée. Finalement, nous avons abordé la résolution d'un système de Toeplitz bandes par blocs bandes de Toeplitz. Ceci étant primordial pour établir la connexion de nos algorithmes à des applications en restauration d'images, un domaine phare en mathématiques appliquées. / This thesis aims to design new fast algorithms for numerical computation via the Toeplitz matrices. First, we introduced a fast algorithm to compute the inverse of a triangular Toeplitz matrix with real and/or complex numbers based on polynomial interpolation techniques. This algorithm requires only two FFT (2n) is clearly effective compared to predecessors. A numerical accuracy and error analysis is also considered. Numerical examples are given to illustrate the effectiveness of our method. In addition, we introduced a fast algorithm for solving a linear banded Toeplitz system. This new approach is based on extending the given matrix with several rows on the top and several columns on the right and to assign zeros and some nonzero constants in each of these rows and columns in such a way that the augmented matrix has a lower triangular Toeplitz structure. Stability of the algorithm is discussed and its performance is showed by numerical experiments. This is essential to connect our algorithms to applications such as image restoration applications, a key area in applied mathematics.

La théorie des matrices s'est développée rapidement au cours des dernières décennies en raison de son large éventail d'applications et de ses nombreux liens avec différents domaines des mathématiques, de l'économie, de l'apprentissage automatique et du traitement du signal. Cette thèse concerne trois axes principaux liés à deux objets d'étude fondamentaux de la théorie des matrices et apparaissant naturellement dans de nombreuses applications, à savoir les matrices semi-définies positives et les matrices doublement stochastiques.Un concept qui découle naturellement du domaine de l'apprentissage automatique et qui est lié à la propriété semi-définie positive est celui des matrices de similarité. En fait, les matrices de similarité qui sont semi-définies positives revêtent une importance particulière en raison de leur capacité à définir des distances métriques. Cette thèse explorera la propriété semi-définie positive pour une liste de matrices de similarité trouvées dans la littérature. De plus, nous présentons de nouveaux résultats concernant les propriétés définie positive et semi-définie trois-positive de certains matrices de similarité. Une discussion détaillée des nombreuses applications de tous ces propriétés dans divers domaines est également établie.D'autre part, un problème récent de l'analyse matricielle implique l'étude des racines des matrices stochastiques, ce qui s'avère important dans les modèles de chaîne de Markov en finance. Nous étendons l'analyse de ce problème aux matrices doublement stochastiques semi-définies positives. Nous montrons d'abord certaines propriétés géométriques de l'ensemble de toutes les matrices semi-définies positives doublement stochastiques d'ordre n ayant la p-ième racine doublement stochastique pour un entier donné p . En utilisant la théorie des M-matrices et le problème inverse des valeurs propres des matrices symétriques doublement stochastiques (SDIEP), nous présentons également quelques méthodes pour trouver des classes de matrices semi-définies positives doublement stochastiques ayant des p-ièmes racines doublement stochastiques pour tout entier p.Dans le contexte du SDIEP, qui est le problème de caractériser ces listes de nombres réels qui puissent constituer le spectre d’une matrice symétrique doublement stochastique, nous présentons quelques nouveaux résultats le long de cette ligne. En particulier, nous proposons d’utiliser une méthode récursive de construction de matrices doublement stochastiques afin d'obtenir de nouvelles conditions suffisantes indépendantes pour SDIEP. Enfin, nous concentrons notre attention sur les spectres normalisés de Suleimanova, qui constituent un cas particulier des spectres introduits par Suleimanova. En particulier, nous prouvons que de tels spectres ne sont pas toujours réalisables et nous construisons trois familles de conditions suffisantes qui affinent les conditions suffisantes précédemment connues pour SDIEP dans le cas particulier des spectres normalisés de Suleimanova. / Matrix theory has shown its importance by its wide range of applications in different fields such as statistics, machine learning, economics and signal processing. This thesis concerns three main axis related to two fundamental objects of study in matrix theory and that arise naturally in many applications, that are positive semi-definite matrices and doubly stochastic matrices.One concept which stems naturally from machine learning area and is related to the positive semi-definite property, is the one of similarity matrices. In fact, similarity matrices that are positive semi-definite are of particular importance because of their ability to define metric distances. This thesis will explore the latter desirable structure for a list of similarity matrices found in the literature. Moreover, we present new results concerning the strictly positive definite and the three positive semi-definite properties of particular similarity matrices. A detailed discussion of the many applications of all these properties in various fields is also established.On the other hand, an interesting research field in matrix analysis involves the study of roots of stochastic matrices which is important in Markov chain models in finance and healthcare. We extend the analysis of this problem to positive semi-definite doubly stochastic matrices.Our contributions include some geometrical properties of the set of all positive semi-definite doubly stochastic matrices of order n with nonnegative pth roots for a given integer p. We also present methods for finding classes of positive semi-definite doubly stochastic matrices that have doubly stochastic pth roots for all p, by making use of the theory of M-Matrices and the symmetric doubly stochastic inverse eigenvalue problem (SDIEP), which is also of independent interest.In the context of the SDIEP, which is the problem of characterising those lists of real numbers which are realisable as the spectrum of some symmetric doubly stochastic matrix, we present some new results along this line. In particular, we propose to use a recursive method on constructing doubly stochastic matrices from smaller size matrices with known spectra to obtain new independent sufficient conditions for SDIEP. Finally, we focus our attention on the realizability by a symmetric doubly stochastic matrix of normalised Suleimanova spectra which is a normalized variant of the spectra introduced by Suleimanova. In particular, we prove that such spectra is not always realizable for odd orders and we construct three families of sufficient conditions that make a refinement for previously known sufficient conditions for SDIEP in the particular case of normalized Suleimanova spectra.

<p>Ova doktorska disertacija izučava matrice zapisane u blok formi. Ona<br />sistematizuje postojeća i predstavlja nova tvrđenja o osobinama takvih matrica,<br />koja se baziraju na ideji generalizovane dijagonalne dominacije. Poznati<br />rezultati u tačkastom slučaju dobra su osnova za blok generalizacije, koje su<br />izvedene na dva različita načina, prvi zbog svoje jednostavnije primenljivosti,<br />a drugi zbog obuhvatanja šire klase matrica na koju se rezultati odnose.</p> / <p>This thesis is related to matrices written in their block form. It systematizes known and<br />represents new knowledge about properties of such matrices, which is based on the idea<br />of generalized diagonal dominance. Known results in the point case serve as a good basis<br />for block generalization, which is done in two different ways, the first one because of its<br />simple usability, and the other for capturing wider class of matrices which are treated.</p>