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Contribution à la modélisation et à la régulation du trafic aux intersections : intégration des communications Vehicule-Infrastructure

Yan, Fei 14 March 2012 (has links) (PDF)
Dans ce mémoire de thèse, nous avons étudié le problème de régulation du trafic en considérant les nouvelles technologies dans le cadre des Systèmes de Transport Intelligent (STI). Une nouvelle stratégie de contrôle est introduite afin d'exploiter le potentiel des infrastructures de la circulation à un niveau maximum. Plus précisément, basée sur la technologie VII " Intégration Véhicule-Infrastructure ", l'infrastructure routière aux carrefours (considérée aussi comme contrôleur) peut communiquer avec les véhicules autonomes qui arrivent à un carrefour de manière continue. Les données importantes sur les véhicules telles que la vitesse, la position et la destination sont alors reçues par des capteurs avancés et envoyées au contrôleur en temps réel. Par conséquent, il est possible d'élaborer une stratégie de contrôle du trafic en considérant chaque véhicule comme une entité indépendante. En d'autres termes, le droit de passage est attribué à chaque véhicule en fonction de son état et en fonction de l'état global du trafic au carrefour. Seuls les véhicules qui ont reçu le droit de passage peuvent traverser le carrefour. Le contrôle du trafic au niveau d'un carrefour vise donc à déterminer les séquences de passage des véhicules, c'est-à-dire les séquences de distribution des droits de passage.Cependant, la plus grande difficulté pour appliquer cette nouvelle stratégie est la contradiction entre l'optimisation des séquences de passages des véhicules et la complexité temporelle. Pour résoudre cette contradiction, nous avons d'abord formulé mathématiquement la problématique de régulation et nous avons ensuite étudié sa complexité. Nous avons prouvé dans un premier temps que le problème de régulation du trafic formulé à l'intersection isolée est NP-hard sous certaines conditions (nombre arbitraire de groupes de flux compatibles GFC,...) et ceci en se basant sur la réduction au problème de 3-Partition. Dans un deuxième temps, nous avons appliqué les méthodes de résolutions exactes sur un carrefour isolé pour proposer des algorithmes exacts (Branch and Bound et Programmation dynamique) permettant de trouver une séquence de passage optimale. Plusieurs propriétés du problème ont été introduites et prouvées et ceci afin qu'elles soient exploitées par ces algorithmes. Ces propriétés ont pour objectif de réduire considérablement l'espace de recherche et par conséquent le temps d'exécution de ces algorithmes exacts.Par ailleurs, nous n'avons pas limité nos recherches sur des carrefours isolées mais nous avons appliqué l'approche de contrôle proposée sur un réseau de carrefours tout en considérant un seul contrôleur. Cependant, un algorithme exact appliqué sur plusieurs carrefours ne peut pas être assez rapide surtout lorsqu'on a besoin de communiquer presque instantanément des informations aux véhicules (en temps réel). Nous avons proposé donc des méthodes de résolutions approchées afin de trouver en un temps raisonnable une séquence de passage satisfaisante pour chaque carrefour. Ces algorithmes (Algorithmes génétiques) ont en effet, besoin de moins de temps de calcul tout en assurant une bonne qualité de solution.Enfin, nous illustrons la mise en œuvre des déférentes approches proposées à travers des résultats de simulation afin d'évaluer leurs performances.
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Contribution à la modélisation et à la régulation du trafic aux intersections : intégration des communications Vehicule-Infrastructure / Contribution of modelling and traffic control at intersections : Integration with the communication Vehicles-Infrastructure

Yan, Fei 14 March 2012 (has links)
Dans ce mémoire de thèse, nous avons étudié le problème de régulation du trafic en considérant les nouvelles technologies dans le cadre des Systèmes de Transport Intelligent (STI). Une nouvelle stratégie de contrôle est introduite afin d’exploiter le potentiel des infrastructures de la circulation à un niveau maximum. Plus précisément, basée sur la technologie VII « Intégration Véhicule-Infrastructure », l'infrastructure routière aux carrefours (considérée aussi comme contrôleur) peut communiquer avec les véhicules autonomes qui arrivent à un carrefour de manière continue. Les données importantes sur les véhicules telles que la vitesse, la position et la destination sont alors reçues par des capteurs avancés et envoyées au contrôleur en temps réel. Par conséquent, il est possible d'élaborer une stratégie de contrôle du trafic en considérant chaque véhicule comme une entité indépendante. En d'autres termes, le droit de passage est attribué à chaque véhicule en fonction de son état et en fonction de l'état global du trafic au carrefour. Seuls les véhicules qui ont reçu le droit de passage peuvent traverser le carrefour. Le contrôle du trafic au niveau d’un carrefour vise donc à déterminer les séquences de passage des véhicules, c’est-à-dire les séquences de distribution des droits de passage.Cependant, la plus grande difficulté pour appliquer cette nouvelle stratégie est la contradiction entre l'optimisation des séquences de passages des véhicules et la complexité temporelle. Pour résoudre cette contradiction, nous avons d’abord formulé mathématiquement la problématique de régulation et nous avons ensuite étudié sa complexité. Nous avons prouvé dans un premier temps que le problème de régulation du trafic formulé à l’intersection isolée est NP-hard sous certaines conditions (nombre arbitraire de groupes de flux compatibles GFC,…) et ceci en se basant sur la réduction au problème de 3-Partition. Dans un deuxième temps, nous avons appliqué les méthodes de résolutions exactes sur un carrefour isolé pour proposer des algorithmes exacts (Branch and Bound et Programmation dynamique) permettant de trouver une séquence de passage optimale. Plusieurs propriétés du problème ont été introduites et prouvées et ceci afin qu’elles soient exploitées par ces algorithmes. Ces propriétés ont pour objectif de réduire considérablement l’espace de recherche et par conséquent le temps d’exécution de ces algorithmes exacts.Par ailleurs, nous n’avons pas limité nos recherches sur des carrefours isolées mais nous avons appliqué l’approche de contrôle proposée sur un réseau de carrefours tout en considérant un seul contrôleur. Cependant, un algorithme exact appliqué sur plusieurs carrefours ne peut pas être assez rapide surtout lorsqu’on a besoin de communiquer presque instantanément des informations aux véhicules (en temps réel). Nous avons proposé donc des méthodes de résolutions approchées afin de trouver en un temps raisonnable une séquence de passage satisfaisante pour chaque carrefour. Ces algorithmes (Algorithmes génétiques) ont en effet, besoin de moins de temps de calcul tout en assurant une bonne qualité de solution.Enfin, nous illustrons la mise en œuvre des déférentes approches proposées à travers des résultats de simulation afin d’évaluer leurs performances. / In this thesis, we studied the problem of traffic control by considering the new technologies as part of Intelligent Transport Systems (ITS). A new control strategy is introduced to exploit the potential of infrastructure traffic at a maximum level. Specifically, based Technology VII "Vehicle-Infrastructure Integration", the road infrastructure at intersections (considered also as a controller) can communicate with autonomous vehicles that arrive at a crossroads on a continuous basis. Important data such as vehicle speed, position and destination are then received by advanced sensors and sent to the controller in real time. Therefore, it is possible to develop a strategy for traffic control by treating each vehicle as an independent entity. In other words, the right of way is assigned to each vehicle based on its status and function of the overall state of traffic at the intersection. Only vehicles that have received the right of way may cross the junction. Traffic control at an intersection is therefore to determine the sequence of passage of vehicles, that is to say the sequences distribution rights passage.Cependant, the greatest difficulty to implement this new strategy is the contradiction between the optimization of sequences of passes of vehicles and time complexity. To resolve this contradiction, we first mathematically formulated the problem of regulation and we then studied its complexity. We proved initially that the problem of traffic control at the intersection isolated formulated is NP-hard under certain conditions (arbitrary number of groups CFA compliant streams, ...) and this is based on reducing the problem of 3-Partition. In a second step, we applied the methods of accurate resolutions on an isolated intersection to propose exact algorithms (Branch and Bound and Dynamic Programming) for finding an optimal sequence of passage. Several properties of the problem have been introduced and this proved and so they are exploited by these algorithms. These properties are intended to significantly reduce the search space and consequently the execution time of these algorithms exacts.Par Moreover, we have not limited our research on isolated intersections but we applied the approach control proposed a network of nodes while considering a single controller. However, an exact algorithm applied to several intersections can not be fast enough especially when you need to communicate information almost instantaneously to vehicles (real time). So we proposed methods to find approximate resolutions in a reasonable time a sequence of way satisfactory to each intersection. These algorithms (Genetic Algorithms) have indeed require less computation time while maintaining a good quality of solution.Enfin, we illustrate the implementation of deferential proposed approaches through simulation results to evaluate their performance .
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Agrégation de classements avec égalités : algorithmes, guides à l'utilisateur et applications aux données biologiques / Rank aggregation with ties : algorithms, user guidance et applications to biologicals data

Brancotte, Bryan 25 September 2015 (has links)
L'agrégation de classements consiste à établir un consensus entre un ensemble de classements (éléments ordonnés). Bien que ce problème ait de très nombreuses applications (consensus entre les votes d'utilisateurs, consensus entre des résultats ordonnés différemment par divers moteurs de recherche...), calculer un consensus exact est rarement faisable dans les cas d'applications réels (problème NP-difficile). De nombreux algorithmes d'approximation et heuristiques ont donc été conçus. Néanmoins, leurs performances (en temps et en qualité de résultat produit) sont très différentes et dépendent des jeux de données à agréger. Plusieurs études ont cherché à comparer ces algorithmes mais celles-ci n’ont généralement pas considéré le cas (pourtant courant dans les jeux de données réels) des égalités entre éléments dans les classements (éléments classés au même rang). Choisir un algorithme de consensus adéquat vis-à-vis d'un jeu de données est donc un problème particulièrement important à étudier (grand nombre d’applications) et c’est un problème ouvert au sens où aucune des études existantes ne permet d’y répondre. Plus formellement, un consensus de classements est un classement qui minimise le somme des distances entre ce consensus et chacun des classements en entrés. Nous avons considérés (comme une grande partie de l’état-de-art) la distance de Kendall-Tau généralisée, ainsi que des variantes, dans nos études. Plus précisément, cette thèse comporte trois contributions. Premièrement, nous proposons de nouveaux résultats de complexité associés aux cas que l'on rencontre dans les données réelles où les classements peuvent être incomplets et où plusieurs éléments peuvent être classés à égalité. Nous isolons les différents « paramètres » qui peuvent expliquer les variations au niveau des résultats produits par les algorithmes d’agrégation (par exemple, utilisation de la distance de Kendall-Tau généralisée ou de variantes, d’un pré-traitement des jeux de données par unification ou projection). Nous proposons un guide pour caractériser le contexte et le besoin d’un utilisateur afin de le guider dans le choix à la fois d’un pré-traitement de ses données mais aussi de la distance à choisir pour calculer le consensus. Nous proposons finalement une adaptation des algorithmes existants à ce nouveau contexte. Deuxièmement, nous évaluons ces algorithmes sur un ensemble important et varié de jeux de données à la fois réels et synthétiques reproduisant des caractéristiques réelles telles que similarité entre classements, la présence d'égalités, et différents pré-traitements. Cette large évaluation passe par la proposition d’une nouvelle méthode pour générer des données synthétiques avec similarités basée sur une modélisation en chaîne Markovienne. Cette évaluation a permis d'isoler les caractéristiques des jeux de données ayant un impact sur les performances des algorithmes d'agrégation et de concevoir un guide pour caractériser le besoin d'un utilisateur et le conseiller dans le choix de l'algorithme à privilégier. Une plateforme web permettant de reproduire et étendre ces analyses effectuée est disponible (rank-aggregation-with-ties.lri.fr). Enfin, nous démontrons l'intérêt d'utiliser l'approche d'agrégation de classements dans deux cas d'utilisation. Nous proposons un outil reformulant à-la-volé des requêtes textuelles d'utilisateur grâce à des terminologies biomédicales, pour ensuite interroger de bases de données biologiques, et finalement produire un consensus des résultats obtenus pour chaque reformulation (conqur-bio.lri.fr). Nous comparons l'outil à la plateforme de références et montrons une amélioration nette des résultats en qualité. Nous calculons aussi des consensus entre liste de workflows établie par des experts dans le contexte de la similarité entre workflows scientifiques. Nous observons que les consensus calculés sont très en accord avec les utilisateurs dans une large proportion de cas. / The rank aggregation problem is to build consensus among a set of rankings (ordered elements). Although this problem has numerous applications (consensus among user votes, consensus between results ordered differently by different search engines ...), computing an optimal consensus is rarely feasible in cases of real applications (problem NP-Hard). Many approximation algorithms and heuristics were therefore designed. However, their performance (time and quality of product loss) are quite different and depend on the datasets to be aggregated. Several studies have compared these algorithms but they have generally not considered the case (yet common in real datasets) that elements can be tied in rankings (elements at the same rank). Choosing a consensus algorithm for a given dataset is therefore a particularly important issue to be studied (many applications) and it is an open problem in the sense that none of the existing studies address it. More formally, a consensus ranking is a ranking that minimizes the sum of the distances between this consensus and the input rankings. Like much of the state-of-art, we have considered in our studies the generalized Kendall-Tau distance, and variants. Specifically, this thesis has three contributions. First, we propose new complexity results associated with cases encountered in the actual data that rankings may be incomplete and where multiple items can be classified equally (ties). We isolate the different "features" that can explain variations in the results produced by the aggregation algorithms (for example, using the generalized distance of Kendall-Tau or variants, pre-processing the datasets with unification or projection). We propose a guide to characterize the context and the need of a user to guide him into the choice of both a pre-treatment of its datasets but also the distance to choose to calculate the consensus. We finally adapt existing algorithms to this new context. Second, we evaluate these algorithms on a large and varied set of datasets both real and synthetic reproducing actual features such as similarity between rankings, the presence of ties and different pre-treatments. This large evaluation comes with the proposal of a new method to generate synthetic data with similarities based on a Markov chain modeling. This evaluation led to the isolation of datasets features that impact the performance of the aggregation algorithms, and to design a guide to characterize the needs of a user and advise him in the choice of the algorithm to be use. A web platform to replicate and extend these analyzes is available (rank-aggregation-with-ties.lri.fr). Finally, we demonstrate the value of using the rankings aggregation approach in two use cases. We provide a tool to reformulating the text user queries through biomedical terminologies, to then query biological databases, and ultimately produce a consensus of results obtained for each reformulation (conqur-bio.lri.fr). We compare the results to the references platform and show a clear improvement in quality results. We also calculate consensus between list of workflows established by experts in the context of similarity between scientific workflows. We note that the computed consensus agree with the expert in a very large majority of cases.
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Algorithmes gloutons orthogonaux sous contrainte de positivité / Orthogonal greedy algorithms for non-negative sparse reconstruction

Nguyen, Thi Thanh 18 November 2019 (has links)
De nombreux domaines applicatifs conduisent à résoudre des problèmes inverses où le signal ou l'image à reconstruire est à la fois parcimonieux et positif. Si la structure de certains algorithmes de reconstruction parcimonieuse s'adapte directement pour traiter les contraintes de positivité, il n'en va pas de même des algorithmes gloutons orthogonaux comme OMP et OLS. Leur extension positive pose des problèmes d'implémentation car les sous-problèmes de moindres carrés positifs à résoudre ne possèdent pas de solution explicite. Dans la littérature, les algorithmes gloutons positifs (NNOG, pour “Non-Negative Orthogonal Greedy algorithms”) sont souvent considérés comme lents, et les implémentations récemment proposées exploitent des schémas récursifs approchés pour compenser cette lenteur. Dans ce manuscrit, les algorithmes NNOG sont vus comme des heuristiques pour résoudre le problème de minimisation L0 sous contrainte de positivité. La première contribution est de montrer que ce problème est NP-difficile. Deuxièmement, nous dressons un panorama unifié des algorithmes NNOG et proposons une implémentation exacte et rapide basée sur la méthode des contraintes actives avec démarrage à chaud pour résoudre les sous-problèmes de moindres carrés positifs. Cette implémentation réduit considérablement le coût des algorithmes NNOG et s'avère avantageuse par rapport aux schémas approximatifs existants. La troisième contribution consiste en une analyse de reconstruction exacte en K étapes du support d'une représentation K-parcimonieuse par les algorithmes NNOG lorsque la cohérence mutuelle du dictionnaire est inférieure à 1/(2K-1). C'est la première analyse de ce type. / Non-negative sparse approximation arises in many applications fields such as biomedical engineering, fluid mechanics, astrophysics, and remote sensing. Some classical sparse algorithms can be straightforwardly adapted to deal with non-negativity constraints. On the contrary, the non-negative extension of orthogonal greedy algorithms is a challenging issue since the unconstrained least square subproblems are replaced by non-negative least squares subproblems which do not have closed-form solutions. In the literature, non-negative orthogonal greedy (NNOG) algorithms are often considered to be slow. Moreover, some recent works exploit approximate schemes to derive efficient recursive implementations. In this thesis, NNOG algorithms are introduced as heuristic solvers dedicated to L0 minimization under non-negativity constraints. It is first shown that the latter L0 minimization problem is NP-hard. The second contribution is to propose a unified framework on NNOG algorithms together with an exact and fast implementation, where the non-negative least-square subproblems are solved using the active-set algorithm with warm start initialisation. The proposed implementation significantly reduces the cost of NNOG algorithms and appears to be more advantageous than existing approximate schemes. The third contribution consists of a unified K-step exact support recovery analysis of NNOG algorithms when the mutual coherence of the dictionary is lower than 1/(2K-1). This is the first analysis of this kind.
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Fixed cardinality linear ordering problem, polyhedral studies and solution methods / Problème d'ordre linéaire sous containte de cardinalité, étude polyédrale et méthodes de résolution

Neamatian Monemi, Rahimeh 02 December 2014 (has links)
Le problème d’ordre linéaire (LOP) a reçu beaucoup d’attention dans différents domaines d’application, allant de l’archéologie à l’ordonnancement en passant par l’économie et même de la psychologie mathématique. Ce problème est aussi connu pour être parmi les problèmes NP-difficiles. Nous considérons dans cette thèse une variante de (LOP) sous contrainte de cardinalité. Nous cherchons donc un ordre linéaire d’un sous-ensemble de sommets du graphe de préférences de cardinalité fixée et de poids maximum. Ce problème, appelé (FCLOP) pour ’fixed-cardinality linear ordering problem’, n’a pas été étudié en tant que tel dans la littérature scientifique même si plusieurs applications dans les domaines de macro-économie, de classification dominante ou de transport maritime existent concrètement. On retrouve en fait ses caractéristiques dans les modèles étendus de sous-graphes acycliques. Le problème d’ordre linéaire est déjà connu comme un problème NP-difficile et il a donné lieu à de nombreuses études, tant théoriques sur la structure polyédrale de l’ensemble des solutions réalisables en variables 0-1 que numériques grâce à des techniques de relaxation et de séparation progressive. Cependant on voit qu’il existe de nombreux cas dans la littérature, dans lesquelles des solveurs de Programmation Linéaire en nombres entiers comme CPLEX peuvent en résoudre certaines instances en moins de 10 secondes, mais une fois que la cardinalité est limitée, ces mêmes instances deviennent très difficiles à résoudre. Sur les aspects polyédraux, nous avons étudié le polytope de FCLOP, défini plusieurs classes d’inégalités valides et identifié la dimension ainsi que certaines inégalités qui définissent des facettes pour le polytope de FCLOP. Nous avons introduit un algorithme Relax-and-Cut basé sur ces résultats pour résoudre les instances du problème. Dans cette étude, nous nous sommes également concentrés sur la relaxation Lagrangienne pour résoudre ces cas difficiles. Nous avons étudié différentes stratégies de relaxation et nous avons comparé les bornes duales par rapport à la consolidation obtenue à partir de chaque stratégie de relâcher les contraintes afin de détecter le sous-ensemble des contraintes le plus approprié. Les résultats numériques montrent que nous pouvons trouver des bornes duales de très haute qualité. Nous avons également mis en place une méthode de décomposition Lagrangienne. Dans ce but, nous avons décomposé le modèle de FCLOP en trois sous-problèmes (au lieu de seulement deux) associés aux contraintes de ’tournoi’, de ’graphes sans circuits’ et de ’cardinalité’. Les résultats numériques montrent une amélioration significative de la qualité des bornes duales pour plusieurs cas. Nous avons aussi mis en oeuvre une méthode de plans sécants (cutting plane algorithm) basée sur la relaxation pure des contraintes de circuits. Dans cette méthode, on a relâché une partie des contraintes et on les a ajoutées au modèle au cas où il y a des de/des violations. Les résultats numériques montrent des performances prometteuses quant à la réduction du temps de calcul et à la résolution d’instances difficiles hors d’atteinte des solveurs classiques en PLNE. / Linear Ordering Problem (LOP) has receive significant attention in different areas of application, ranging from transportation and scheduling to economics and even archeology and mathematical psychology. It is classified as a NP-hard problem. Assume a complete weighted directed graph on V n , |V n |= n. A permutation of the elements of this finite set of vertices is a linear order. Now let p be a given fixed integer number, 0 ≤ p ≤ n. The p-Fixed Cardinality Linear Ordering Problem (FCLOP) is looking for a subset of vertices containing p nodes and a linear order on the nodes in S. Graphically, there exists exactly one directed arc between every pair of vertices in an LOP feasible solution, which is also a complete cycle-free digraph and the objective is to maximize the sum of the weights of all the arcs in a feasible solution. In the FCLOP, we are looking for a subset S ⊆ V n such that |S|= p and an LOP on these S nodes. Hence the objective is to find the best subset of the nodes and an LOP over these p nodes that maximize the sum of the weights of all the arcs in the solution. Graphically, a feasible solution of the FCLOP is a complete cycle-free digraph on S plus a set of n − p vertices that are not connected to any of the other vertices. There are several studies available in the literature focused on polyhedral aspects of the linear ordering problem as well as various exact and heuristic solution methods. The fixed cardinality linear ordering problem is presented for the first time in this PhD study, so as far as we know, there is no other study in the literature that has studied this problem. The linear ordering problem is already known as a NP-hard problem. However one sees that there exist many instances in the literature that can be solved by CPLEX in less than 10 seconds (when p = n), but once the cardinality number is limited to p (p < n), the instance is not anymore solvable due to the memory issue. We have studied the polytope corresponding to the FCLOP for different cardinality values. We have identified dimension of the polytope, proposed several classes of valid inequalities and showed that among these sets of valid inequalities, some of them are defining facets for the FCLOP polytope for different cardinality values. We have then introduced a Relax-and-Cut algorithm based on these results to solve instances of the FCLOP. To solve the instances of the problem, in the beginning, we have applied the Lagrangian relaxation algorithm. We have studied different relaxation strategies and compared the dual bound obtained from each case to detect the most suitable subproblem. Numerical results show that some of the relaxation strategies result better dual bound and some other contribute more in reducing the computational time and provide a relatively good dual bound in a shorter time. We have also implemented a Lagrangian decomposition algorithm, decom-6 posing the FCLOP model to three subproblems (instead of only two subproblems). The interest of decomposing the FCLOP model to three subproblems comes mostly from the nature of the three subproblems, which are relatively quite easier to solve compared to the initial FCLOP model. Numerical results show a significant improvement in the quality of dual bounds for several instances. We could also obtain relatively quite better dual bounds in a shorter time comparing to the other relaxation strategies. We have proposed a cutting plane algorithm based on the pure relaxation strategy. In this algorithm, we firstly relax a subset of constraints that due to the problem structure, a very few number of them are active. Then in the course of the branch-and-bound tree we verify if there exist any violated constraint among the relaxed constraints or. Then the characterized violated constraints will be globally added to the model. (...)

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