Cette thèse présente un algorithme qui élimine les racines carrées et les divi- sions dans des programmes sans boucles, utilisés dans des systèmes embarqués, tout en préservant la sémantique. L'élimination de ces opérations permet d'éviter les erreurs d'arrondis à l'exécution, ces erreurs d'arrondis pouvant entraîner un comportement complètement inattendu de la part du programme. Cette trans- formation respecte les contraintes du code embarqué, en particulier la nécessité pour le programme produit de s'exécuter en mémoire fixe. Cette transformation utilise deux algorithmes fondamentaux développés dans cette thèse. Le premier permet d'éliminer les racines carrées et les divisions des expressions booléennes contenant des comparaisons d'expressions arithmétiques. Le second est un algo- rithme qui résout un problème d'anti-unification particulier, que nous appelons anti-unification contrainte. Cette transformation de programme est définie et prou- vée dans l'assistant de preuves PVS. Elle est aussi implantée comme une stratégie de ce système. L'anti-unification contrainte est aussi utilisée pour étendre la transformation à des programmes contenant des fonctions. Elle permet ainsi d'éliminer les racines carrées et les divisions de spécifications écrites en PVS. La robustesse de cette méthode est mise en valeur par un exemple conséquent: l'élimination des racines carrées et des divisions dans un programme de détection des conflits aériens.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The contribution of this thesis focuses on addressing the challenges of improving and integrating the UniFrame Discovery Service (URDS) and Multi-level Matching (MLM) concepts. The objective was to find enhancements for both URDS and MLM and address the need of a comprehensive discovery service which goes beyond simple attribute based matching. It presents a detailed discussion on developing an enhanced version of URDS with MLM (proURDS). After implementing proURDS, the thesis includes details of experiments with different deployments of URDS components and different configurations of MLM. The experiments and analysis were carried out using proURDS produced MLM contracts. The proURDS referred to a public dataset called QWS dataset. This dataset includes actual information of software components (i.e., web services), which were harvested from the Internet. The proURDS implements the different matching operations as independent operators at each level of matching (i.e., General, Syntactic, Semantic, Synchronization, and QoS). Finally, a case study was carried out with the deployed proURDS. The case study addresses real world component discovery requirements from the earth science domain. It uses the contracts collected from public portals which provide geographical and weather related data.

This MSc Thesis is focused on the multimodeling area, especially on the cooperation of the C++ language and the Prolog language. The recent research is established on my semester study, which also dealt with the multimodeling area. During this research a prototype of interconnection library for cooperation of above mentioned programming languages was developed. This prototype of the library was finished within the scope of this thesis and some case-studies were created, too, using also another simulation library - SIMLIB/C++. These case-studies have their focus in the problems of artificial intelligence. The main benefit of this thesis is the confrontation of methods with and without using artificial intelligence.

Blind and visually impaired students are under-represented in the science, technology, engineering, and mathematics disciplines of higher education and the workforce. This is due primarily to the difficulties they encounter in trying to succeed in mathematics courses. While there are sufficient tools available to create Braille content, including the special Nemeth Braille used in the U.S. for mathematics constructs, there are very few tools to allow a blind or visually impaired student to create his/her own mathematical content in a manner that sighted individuals can use. The software tools that are available are isolated, do not interface well with other common software, and may be priced for institutional use instead of individual use. Instructors are unprepared or unable to interact with these students in a real-time manner. All of these factors combine to isolate the blind or visually impaired student in the study of mathematics. Nemeth Braille is a complete mathematical markup system in Braille, containing everything that is needed to produce quality math content at all levels of complexity. Blind and visually impaired students should not have to learn any additional markup languages in order to produce math content. This work addressed the needs of the individual blind or visually impaired student who must be able to produce mathematical content for course assignments, and who wishes to interact with peers and instructors on a real-time basis to share mathematical content. Two tools were created to facilitate mathematical interaction: a Nemeth Braille editor, and a real-time instant messenger chat capability that supports Nemeth Braille and MathML constructs. In the Visually Impaired view, the editor accepts Nemeth Braille input, displays the math expressions in a tree structure which will allow sub-expressions to be expanded or collapsed. The Braille constructs can be translated to MathML for display within MathType. Similarly, in the Sighted view, math constructs entered in MathType can be translated into Nemeth Braille. Mathematical content can then be shared between sighted and visually impaired users via the instant messenger chat capability. Using Math in the Dark software, blind and visually impaired students can work math problems fully in Nemeth Braille and can seamlessly convert their work into MathML for viewing by sighted instructors. The converted output has the quality of professionally produced math content. Blind and VI students can also communicate and share math constructs with a sighted partner via a real-time chat feature, with automatic translation in both directions, allowing VI students to obtain help in real-time from a sighted instructor or tutor. By eliminating the burden of translation, this software will help to remove the barriers faced by blind and VI students who wish to excel in the STEM fields of study.

Predictive statistical modeling shows promise in accurately predicting academic performance for students enrolled in online programs. This approach has proven effective in accurately identifying students who are at-risk enabling instructors to provide instructional intervention. While the potential benefits of statistical modeling is significant, implementations have proven to be complex, costly, and difficult to maintain. To address these issues, the purpose of this study is to develop a fully integrated, automated predictive modeling system (PMS) that is flexible, easy to use, and portable to identify students who are potentially at-risk for not succeeding in a course they are currently enrolled in. Dynamic and static variables from a student system (edX) will be analyzed to predict academic performance of an individual student or entire class. The PMS model framework will include development of an open-source Web application, application programming interface (API), and SQL reporting services (SSRS). The model is based on knowledge discovery database (KDD) approach utilizing inductive logic programming language (ILP) to analyze student data. This alternative approach for predicting academic performance has several unique advantages over current predictive modeling techniques in use and is a promising new direction in educational research.

Les logiciels modernes sont de plus en plus complexes. Ceci est dû en partie à l'hétérogénéité des solutions misent en oeuvre, au caractère distribué des architectures de déploiement et à la dynamicité requise pour de tels logiciels qui devraient être capable de s'adapter en fonction des variations de leur contexte d'évolution. D'un autre coté, l'importance grandissante des contraintes de productivité dans le but de réduire les coûts de maintenance et de production des systèmes informatiques a favorisé l'émergence de nouveaux paradigmes pour répondre à la complexité des logiciels modernes. L'informatique des systèmes autonomes (Autonomic computing) s'inscrit dans cette perspective. Elle se propose entre autres de réduire le coût de maintenance des systèmes informatiques en développant des logiciels dits autonomes, c'est à dire dotés de la capacité de s'auto-gérer moyennant une intervention limité d'un opérateur humain. Toutefois, le développement de logiciels autonomes soulèvent de nombreux défis scientifiques et technologiques. Par exemple, l'absence de visibilité de la couche de contrôle dans les applications autonomes rend difficile leur maintenabilité, l'absence d'outils de vérification pour les architectures autonomes est un frein pour l'implémentation d'applications fiables, enfin, la gestion transparente des propriétés non-fonctionnelles et la traçabilité entre le design et l'implémentation sont autant de défis que pose la construction de logiciels autonomes flexibles. La principale contribution de cette thèse est CORONA. CORONA est un canevas logiciel qui vise à faciliter le développement de logiciels autonomes flexibles. Dans cet objectif, CORONA s'appuie sur un langage de description architecturale qui réifie les éléments qui forment la couche de contrôle dans les systèmes autonomes. CORONA permet l'intégration transparente des propriétés non-fonctionnelles dans la description architecturale des systèmes autonomes. il fournit aussi dans sa chaîne de compilation un ensemble d'outils qui permet d'effectuer des vérifications sur l'architecture des systèmes autonomes. Enfin, la traçabilité entre le design et l'implémentation est assurée par un mécanisme de génération des skeletons d'implémentation à partir d'une description architecturale. Les différentes propriétés de CORONA sont illustrées par trois cas d'utilisation.

La thèse contribue à la compréhension de la nature, du rôle et des mécanismes de la polarisation dans les langages de programmation, en théorie de la preuve et dans les modèles catégoriels. La polarisation correspond à l'idée que la condition d'associativité de la composition peut être relâchée, comme on le montre à travers un résultat qui relie les duploïdes, notre modèle direct de la polarisation, aux adjonctions. En conséquence, la polarisation sous-tend de nombreux modèles du calcul, ce que l'on souligne encore en montrant comment les modèles par passage de continuation pour des opérateurs de contrôle délimité se décomposent en trois étapes fondamentales. Elle explique également des phénomènes de constructivité en théorie de la démonstration, ce que l'on illustre en donnant une interprétation selon le principe de la formule comme type à la polarisation en général et à une négation involutive en particulier. Notre approche est basée sur une représentation interactive des démonstrations et des programmes à base de termes (calcul L), qui met en évidence la structure des polarités. Celle-ci est basée sur la correspondance entre les machines abstraites et les calculs de séquents, et vise à synthétiser diverses directions : la modélisation du contrôle, de l'ordre d'évaluation et des effets dans les langages de programmation, la quête d'un lien entre la dualité catégorielle et les continuations, et l'approche interactive de la constructivité en théorie de la preuve. On introduit notre technique en supposant uniquement une connaissance élémentaire du λ-calcul simplement typé et de la réécriture.

Ce mémoire vise à recenser les avantages et les inconvénients de l'utilisation du langage de programmation fonctionnel dynamique Scheme pour le développement de jeux vidéo. Pour ce faire, la méthode utilisée est d'abord basée sur une approche plus théorique. En effet, une étude des besoins au niveau de la programmation exprimés par ce type de développement, ainsi qu'une description détaillant les fonctionnalités du langage Scheme pertinentes au développement de jeux vidéo sont données afin de bien mettre en contexte le sujet. Par la suite, une approche pratique est utilisée en effectuant le développement de deux jeux vidéo de complexités croissantes: Space Invaders et Lode Runner. Le développement de ces jeux vidéo a mené à l'extension du langage Scheme par plusieurs langages spécifiques au domaine et bibliothèques, dont notamment un système de programmation orienté objets et un système de coroutines. L'expérience acquise par le développement de ces jeux est finalement comparée à celle d'autres développeurs de jeux vidéo de l'industrie qui ont utilisé Scheme pour la création de titres commerciaux. En résumé, l'utilisation de ce langage a permis d'atteindre un haut niveau d'abstraction favorisant la modularité des jeux développés sans affecter les performances de ces derniers. / This master's thesis aims at pinpointing the pros and cons of using the dynamic functionnal language Scheme for developing video games. The method used is first based on a theoretical approach. Indeed, the specific requirements for video game programming and a detailed description of relevant Scheme features are presented. Then, a practical approach is taken by presenting two video games developed using the Scheme language: Space Invaders and Lode Runner. Their development resulted in the creation of various domain-specific languages and libraries, such as an objec- oriented system and a coroutine system. Each of these are presented separately in their respective chapter. Finally, the experience achieved in this process is compared to the experience acquired by some video game companies that also used Scheme for the developpement of their titles. The use of Scheme allowed us to perform various high-level abstractions that improved the modularity of the video games developed, without affecting their performance.

Ce mémoire présente une implantation de la création paresseuse de tâches desti- née à des systèmes multiprocesseurs à mémoire distribuée. Elle offre un sous-ensemble des fonctionnalités du Message-Passing Interface et permet de paralléliser certains problèmes qui se partitionnent difficilement de manière statique grâce à un système de partitionnement dynamique et de balancement de charge. Pour ce faire, il se base sur le langage Multilisp, un dialecte de Scheme orienté vers le traitement parallèle, et implante sur ce dernier une interface semblable à MPI permettant le calcul distribué multipro- cessus. Ce système offre un langage beaucoup plus riche et expressif que le C et réduit considérablement le travail nécessaire au programmeur pour pouvoir développer des programmes équivalents à ceux en MPI. Enfin, le partitionnement dynamique permet de concevoir des programmes qui seraient très complexes à réaliser sur MPI. Des tests ont été effectués sur un système local à 16 processeurs et une grappe à 16 processeurs et il offre de bonnes accélérations en comparaison à des programmes séquentiels équiva- lents ainsi que des performances acceptables par rapport à MPI. Ce mémoire démontre que l’usage des futures comme technique de partitionnement dynamique est faisable sur des multiprocesseurs à mémoire distribuée. / This master’s thesis presents an implementation of lazy task creation for distributed memory multiprocessors. It offers a subset of Message-Passing Interface’s functionality and allows parallelization of some problems that are hard to statically partition thanks to its dynamic partitionning and load balancing system. It is based on Multilisp, a Scheme dialect for parallel computing, and implements an MPI like interface on top of it. It offers a richer and more expressive language than C and simplify the work needed to developp programs similar to those in MPI. Finally, dynamic partitioning allows some programs that would be very hard to develop in MPI. Tests were made on a 16 cpus computer and on a 16 cpus cluster. The system gets good accelerations when compared to equivalent sequential programs and acceptable performances when compared to MPI. It shows that it is possible to use futures as a dynamic partitioning method on distributed memory multiprocessors.

L’objectif principal de cette thèse est l’étude et la formalisation de nouvelles constructions permettant d’augmenter l’expressivité du filtrage et des langages à base de règles en général. Ceci est motivé par le développement de Tom, un système qui enrichit les langages impératifs comme Java et C avec des constructions de haut niveau comme le filtrage et les stratégies. Une première extension que l’on propose est la notion d’anti-patterns, i.e. des motifs qui peuvent contenir des symboles de complément. Nous définissons de manière formelle la sémantique des anti-patterns dans le cas syntaxique et modulo une théorie équationnelle arbitraire. Puis nous étendons la notion classique de filtrage entre les motifs et les termes clos au filtrage entre les anti-patterns et les termes clos (anti-filtrage). Ensuite, nous proposons plusieurs extensions aux constructions de filtrage fournies par Tom. La condition pour l’application d’une règle devient une conjonction ou disjonction de contraintes de filtrage et d’anti-filtrage ainsi que d’autres types de conditions. Les techniques classiques de compilation du filtrage ne sont pas bien adaptées à ces conditions complexes. On propose donc une nouvelle méthode de compilation basée sur des systèmes de réécriture contrôlés par des stratégies. Nous avons complètement réécrit le compilateur de Tom en utilisant cette technique. Tous ces éléments rassemblés constituent un environnement pour décrire et implémenter des transformations de manière élégante et concise. Pour promouvoir son utilisation dans des projets à grand échelle, on développe une technique pour extraire automatiquement des informations structurelles à partir d’une hiérarchie de classes Java. Cela permet l’intégration du filtrage offert par Tom dans n’importe quelle application Java / The main objective of this thesis is the study of new constructs and formalisms that increase the expressivity of pattern matching and rule based languages in general. This is motivated by the development of Tom, a system that adds high level constructs such as pattern matching and strategies to languages like Java and C. A first extension that we propose is the notion of anti-patterns, i.e. patterns that may contain complement symbols. We define formally the semantics of anti-patterns both in the syntactic case and modulo an arbitrary equational theory. We then extend the classical notion of matching between patterns and ground terms to matching between anti-patterns and ground terms. We further propose several extensions to the matching constructs provided by Tom. Consequently, the condition for the application of a rule becomes a combination of matching and anti-matching constraints together with other types of conditions. Classical compilation techniques for pattern matching are not very well suited for these complex conditions. Therefore we propose a new compilation method based on rewrite systems controlled by strategies, which provides a high level of modularity. Tom’s compiler has been rewritten from scratch using this technique. All this constitutes a software environment for expressing transformations in a clear and concise way. To promote its use in large scale applications, we propose an approach for extracting automatically structural information from arbitrary Java hierarchies. This allows a seamless integration of Tom’s pattern matching facilities in any application