Le but de cette thèse est d'apporter de nouvelles possibilités au domaine de la programmation Web, dont les technologies répandues ne capturent pas toutes les problématiques engendrées par les interactions dans une application. Notre solution est un langage, Pendulum, inspiré de la programmation synchrone réactive en Esterel et se présentant comme une extension à OCaml. Il permet de gagner en sûreté et en expressivité en particulier dans la gestion d'interaction multiples. Dans une première partie, nous présentons notre perception de la programmation Web d'aujourd'hui en partant du standard pour aller vers les technologies plus modernes qui tentent de subvenir aux besoins des programmes par d'autres approches, notamment la programmation multitier et les modèles de concurrence en flot de données. Dans une seconde partie, nous introduisons le langage Pendulum et ses constructions, ce qu'il propose comme interopérabilité avec le client Web le différenciant d'autres langages synchrones, et l'interface de programmation qui le connecte avec le langage hôte. Dans les parties trois et quatre, nous présentons la méthode de compilation utilisée, GRC, pour GraphCode, qui produit un graphe de flot de contrôle à partir du programme synchrone source. On revient sur la structure du GRC, les règles permettant de le construire, ainsi que notre méthode d'ordonnancement statique. Nous décrivons ensuite la génération de l'environnement d'exécution d'un programme synchrone dans le programme hôte. Dans une cinquième partie, nous montrons l'intérêt de la programmation synchrone dans le client et en quoi son modèle d'exécution s'adapte naturellement à celui du navigateur Web. Nous montrons qu'il est possible de profiter de cet avantage pour réagir aux évènements plus efficacement sans efforts d'optimisation. Avant de conclure, nous présentons de multiples exemples implémentés en Pendulum pour mettre en avant les qualités d'expressivité et de sûreté de la programmation synchrone sur différentes problématiques impliquant du multimédia et des interactions. / The goal of this thesis is to bring new capabilities to Web programming, whose languages, frameworks don't handle all the problematics raised by interactions in a Web application. Our solution is a programming language, Pendulum, taking its roots in synchronous reactive model à la Esterel. It brings safety and expressiveness, especially when handling multiple interactions. In the first chapter, we give our point of view on what is Web programming today, from the standard to the newest frameworks trying to fill programers needs by other approaches, like multitier programming or dataflow programming. In the second chapter, we introduce Pendulum and its instructions, its interface with the host language, and what it brings to both synchronous and Web programming. In the third and fourth chapter, we present the compilation method, GRC a.k.a GraphCode, that produces a control flow graph from the source code. In the first part, we insist mainly on GRC structure, the rules describing its creation and our technic to linearize parallel branches. Then, we describe the how to initialize synchronous execution environment in OCaml. In the fifth chapter, we show why it is a benefit to use synchronous programming in client programming and how its execution model can natively match the Web browser execution model. We use those ideas to show how a synchronous program can be fast to handle events without optimisation attempt. Before we conclude, we detail several examples implemented with our language to show how expressive and safe synchronous programming can be on diverse programs, implying multimedia and interactions.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Lors des dix dernières années, les technologies basées sur les agents logiciels ont été appliquées dans plusieurs domaines tels que les jeux vidéo, les films où évoluent des personnages animés, en réalité virtuelle, dans le développement d’interfaces où sont fournis des agents « assistants », dans les applications Web éducatives utilisant des personnages virtuels, pour ne nommer que ceux-là. Dans plusieurs de ces domaines, les simulations à base d’agents nécessitent l’intégration de données géographiques. Celles-ci intègrent une dimension spatiale et permettent la simulation de divers phénomènes complexes tels que ceux qui sont liés aux dynamiques urbaines. Ce qui a mené à un nouveau domaine de recherche : les simulations géoréférencées à base d’agents (ou SGBA). Certaines plateformes logicielles développées pour les SGBA permettent à l’aide de différentes techniques, la spécification et l’implantation de simulations à base d’agents. Par contre, les comportements des agents qui peuvent y être spécifiés sont encore très limités, ce qui est insuffisant pour le développement de simulations géoréférencées de phénomènes sociaux. Dans ce type de simulations, les agents doivent agir de façon autonome et posséder des capacités d’appréhension de l’espace et de prise de décisions en rapport avec l’environnement géographique dans lequel ils évoluent. Pour posséder de telles caractéristiques, nous considérons que ces agents doivent au minimum posséder un mécanisme de perception autonome et individuel (de l’espace physique, des autres objets et agents), en plus d’être proactifs et posséder des comportements autonomes prenant en compte de leur connaissance du monde dans lequel ils évoluent (leur environnement virtuel). La spécification de ce type d’agents est une tâche très difficile et, à notre connaissance, aucun environnement de développement actuel n’offre de langage de programmation permettant de créer ce type d’agents. Dans le contexte du projet PLAMAGS (Programming LAnguage for MultiAgent GeoSimulations), nous avons développé un nouveau langage de programmation orienté-agent, une démarche de conception appliquée et un environnement de développement permettant la création et l’exécution rapide et simple de simulations géoréférencées à base d’agents. Les principales contributions du projet PLAMAGS sont : - Un langage de programmation descriptif, procédural et orienté-objet complet et utilisable à toutes les étapes du processus de développement et totalement dédié aux SGBA. Ce qui permet d’éliminer l’étape de transition et de transposition du modèle théorique en langage de programmation et ainsi éviter toutes les difficultés qui y sont rattachées. - Une démarche de conception appliquée où les étapes de modélisation, conception, implémentation, exécution et validation sont fusionnées et intégrées à chaque étape de la démarche. - Un modèle comportemental puissant (pour les agents), intuitif, modulaire, extensible et flexible permettant un développement itératif incrémental à l’aide d’abstractions prenant la forme de décompositions (sous-comportements). - Un modèle d’interactions spatialisées clairement défini et directement intégré dans les primitives du langage de programmation. / In the last decade, technologies based on software agents have been used in many domains such as video games, movies containing animated characters, virtual reality, in visual interfaces development where “wizards” are supplied and in educative Web applications using virtual characters, just to name a few. In many of these domains, agent-based simulations require the integration of geographic data. These add a spatial dimension and allow the simulation of many complex phenomena such as those included in urban dynamics. This has spawned a new research field: Multi-Agent- Geo-Simulation (MAGS for short). Some of the frameworks developed for MAGS use many different techniques to specify and implement tagent-based simulations. However, the agents’ behaviors that can be specified are usually very limited and are insufficient for the development of geo-referenced simulation of social phenomena. In this type of simulation, the agents must act autonomously and have the ability to perceive the environment in which they evolve, and then take decision based on these perceptions. To benefit from such characteristics, we consider that these agents must minimally have a perception mechanism that is autonomous and unique to each agent which need as well as to be proactive and have autonomous behavior in relation to their virtual environment. The specification of this type of agent is a difficult task and, to the best of our knowledge, none of the existing development environment offers a language able to fulfill it. In the context of the PLAMAGS (Programming LAnguage for Multi-Agent Geo-Simulations) Project, we developed a new agent-oriented programming language, an applied design methodology and an integrated development environment that allow a quick and simple design and execution cycle of agent-based geo-referenced simulations. The main contributions of this work are as follows: - A full-fledged descriptive programming language, procedural and object-oriented that is usable at every stage of the development cycle and that is dedicated to MAGS. This language eliminates the transition and transposition from the theoretical model to the programming language and thus avoids all the difficulties inherent to such a transposition task. - An applied development methodology where the modeling, design and implementation, execution and validation steps are merged and integrated throughout the development cycle. - A behavioral model that is powerful (agent wise), intuitive, modular, extensible and flexible and thus allows a sequential and iterative development using abstractions based on decomposition (sub-behaviors). - A spatialized interaction model that is clearly defined and directly integrated in the primitives of the programming language.

L'environnement industriel concurrentiel auquel font face les entreprises manufacturières les pousse à se doter d'un système de production hautement réactif capable de pallier aux incertitudes et aux fluctuations imprévisibles de la demande. La classe des systèmes manufacturiers reconfigurables (RMS pour Reconfigurable Manufacturing System en anglais) fournit une solution efficace et prometteuse à ce défi. Contrairement aux systèmes classiques comme les lignes de fabrication dédiées (DML) et les systèmes de fabrication flexibles (FMS), qui n'arrivent pas à surmonter ces challenges à cause de leurs conceptions qui limitent les options pour mieux gérer les variations de la demande et adapter la capacité du besoin du marché, les RMS présentent une bonne alternative possédant la capacité d'adapter la configuration du système manufacturier au fil du temps afin de répondre aux exigences du marché. Cela est assuré par les machines-outils reconfigurables (RMT pour Reconfigurable Machine Tools en anglais) qui sont considérées comme la composante fondamentale pour un RMS. Ce mémoire propose une nouvelle approche d'ordonnancement de la production en considérant les machines-outils reconfigurables. L'objectif est de minimiser le makespan. Un modèle linéaire mixte en nombres entiers ainsi qu'une heuristique adaptée à deux phases ont été proposés afin de résoudre le problème. Les performances des deux méthodes de résolution sont analysées et comparées pour différentes instances générées aléatoirement. Une analyse de performance des méthodes suite aux variations de certains paramètres est présentée. Finalement, un contexte dynamique (des nouvelles commandes qui surviennent au cours de la production) est considéré où la performance de l'approche heuristique surpasse celle de la méthode exacte pour les instances considérées. / The competitive manufacturing environment faced by manufacturing companies requires a highly responsive production system capable of dealing with uncertainties and unpredictable fluctuations of demand. Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) provide an effective and promising solution to this challenge. Unlike conventional systems such as Dedicated Manufacturing Lines (DML) and Flexible Manufacturing Systems (FMS) which fail to overcome these challenges due to their designs which do not support variations in demand and changes in capacity, RMS present a good alternative with the ability to change the system configuration over time to meet market demands. This is ensured by reconfigurable machine tools (RMT) which are considered as the fundamental component for an RMS. This thesis proposes a new approach to production scheduling for manufacturing systems with reconfigurable machine tools. The objective is to minimize the makespan. A linear mixed-integer model based on the sequence of operations as well as an adapted two-phase heuristic are proposed to solve the problem. The performances of the two resolution methods are analyzed and compared for different randomly generated instances. An analysis of the performance of the methods following variations in certain parameters is presented. Finally, a dynamic context (new orders arise during production) is considered where the heuristic outperforms the exact method.

L'orchestration des services Web décrite par le Web Service-Business Process Execution Language (WS-BPEL), fait désormais partie intégrante du Web moderne, comme le cloud computing, le Big Data, l'Internet des objets (IoT) et les réseaux sociaux. En effet, elle est au centre de nombreux systèmes d'information liés à une variété de domaines tels que le commerce électronique, les institutions financières et les systèmes de santé, etc. où des données sensibles sont partagées, ce qui pose d'importants problèmes de sécurité. WS- BPEL appelé aussi BPEL, est le langage standard pour construire des services Web complexes d'une manière pratique. Cependant, BPEL n'est pas rigoureusement défini comme un langage formel entrainant ainsi des problèmes d'ambiguïté et de confusion lors de sa compréhension. Par ailleurs, sans fondement formel, il ne serait pas possible de fournir des preuves garantissant le bon fonctionnement de services. Cette thèse adresse la formalisation de BPEL et présente une approche formelle basée sur la réécriture de programmes permettant d'appliquer des politiques de sécurité au niveau de ce langage. Plus précisément, étant donné une composition de services Web spécifiée en BPEL et une politique de sécurité décrite dans une logique temporelle comme LTL, notre approche vise à générer une nouvelle version de service Web qui respecte cette politique de sécurité. La nouvelle version du service se comporte exactement comme l'originale excepté quand la politique est sur le point d'être violée. Dans ce cas le processus pourrait accomplir d'autres actions ou tout simplement être arrêté. La formalisation de BPEL a été aussi traduite dans l'environnement K-Framework, ce qui ouvre la porte à l'utilisation de ses nombreux outils formels incluant un évaluateur de modèles pour l'analyse de services Web. / The Web services orchestration approach described by the Web Service-Business Process Execution Language (WS-BPEL), is now an integral part of the modern Web, such as cloud computing, Big Data, the Internet of Things (IoT) and social networks. Indeed, it is at the center of many information systems related to a variety of domains such as e-commerce, financial institutions and healthcare systems, etc. where sensitive data is shared, which creates significant security issues. WS-BPEL, also called BPEL, is the standard language for building complex Web services in a practical way. However, BPEL is not rigorously defined as a formal language thus leading to problems of ambiguity and confusion when understanding it. Moreover, without a formal basis, it would not be possible to provide any proof guaranteeing the proper functioning of services. This thesis addresses the formalization of BPEL and presents a formal approach based on the rewriting of programs allowing the enforcement of security policies on this language. More precisely, given a composition of Web services specified in BPEL and a security policy described in a temporal logic like LTL, our approach aims to generate a new version of the Web service which respects the given security policy. The new version of the service behaves exactly like the original one except when the policy is about to be violated. In this case the process could take other actions or simply be stopped. The formalization of BPEL has also been translated into the K-Framework environment, which opens the door to the use of its many formal tools including a model checker for the analysis of Web services.

La programmation génétique (GP) est une hyperheuristique d’optimisation ayant été appliquée avec succès à un large éventail de problèmes. Cependant, son intérêt est souvent considérablement diminué du fait de son utilisation élevée en ressources de calcul et de sa convergence laborieuse. Ces problèmes sont causés par une croissance immodérée de la taille des solutions et par l’apparition de structures inutiles dans celles-ci. Dans ce mémoire, nous présentons HARM-GP, une nouvelle approche résolvant en grande partie ces problèmes en permettant une adaptation dynamique de la distribution des tailles des solutions, tout en minimisant l’effort de calcul requis. Les performances de HARM-GP ont été testées sur un ensemble de douze problèmes et comparées avec celles de neuf techniques issues de la littérature. Les résultats montrent que HARM-GP excelle au contrôle de la croissance des arbres et du surapprentissage, tout en maintenant de bonnes performances sur les autres aspects. / Genetic programming is a hyperheuristic optimization approach that has been applied to a wide range of problems involving symbolic representations or complex data structures. However, the method can be severely hindered by the increased computational resources required and premature convergence caused by uncontrolled code growth. We introduce HARM-GP, a novel operator equalization approach that adaptively shapes the genotype size distribution of individuals in order to effectively control code growth. Its probabilistic nature minimizes the overhead on the evolutionary process while its generic formulation allows this approach to remain independent of the problem and genetic operators used. Comparative results are provided over twelve problems with different dynamics, and over nine other algorithms taken from the literature. They show that HARM-GP is excellent at controlling code growth while maintaining good overall performances. Results also demonstrate the effectiveness of HARM-GP at limiting overtraining and overfitting in real-world supervised learning problems.

Au cours des dernières années, les centres d'appels ont été introduits avec succès par de nombreuses entreprises axées sur les services comme les banques et les compagnies d'assurance. Ils deviennent le principal point de contact avec les clients, et une partie intégrante de la majorité des sociétés. L'émergence à grande échelle des centres d'appels a créé une source féconde de problèmes de gestion des opérations. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la question de dimensionnement et définition des emplois du temps dans les centres d'appels. L'objectif de notre travail consiste à développer des analyses qualitatives ainsi que quantitatives, afin de déduire des recommandations utiles aux managers.Nous analysons quatre problèmes qui tiennent compte de l'incertitude sur les paramètres d'arrivée des appels. Le processus d'arrivée des appels est supposé suivre un processus non stationnaire et doublement stochastique avec un taux moyen d'arrivée aléatoire.Dans le premier modèle, nous considérons un centre d'appels avec une seule vacation possible. Les agents traitent en même temps des appels entrants et des tâches de back-office. Ceci permet d'avoir une certaine souplesse pour modifier en temps réel la capacité instantanée de traitement des appels entrants. Nous analysons l'impact de la flexibilité offerte par les charges de travail de back-office.Dans le deuxième modèle, nous considérons un centre d'appels avec plusieurs vacations possibles. Les agents traitent seulement des appels entrants. Dans ce modèle, le dimensionnement initialement établi peut être corrigé au cours de la journée de travail. Nous proposons une approche de programmation stochastique en deux étapes et une approche de programmation réglable robuste pour résoudre le problème d'optimisation. En particulier, nous analysons et montrons l'avantage supplémentaire d'utiliser le réglage dynamique sur les coûts de dimensionnement du centre d'appels. Dans le troisième modèle, nous considérons un autre type d'incertitude supplémentaire, qui est l'incertitude sur la distribution de probabilité d'un paramètre aléatoire. Nous proposons une approche combinant la programmation stochastique et la programmation distributionnellement robuste, et nous évaluons son rendement. Le dernier problème de dimensionnement d'un centre d'appels pour lequel le manager se propose de satisfaire un niveau de service global pour toute la journée au lieu d'un niveau de service objectif par période. Nous permettons également la mise à jour du dimensionnement au cours de la journée. Dans notre analyse, nous montrons en particulier les avantages de l'ajout de la flexibilité de mise à jour, et soulignons l'impact d'avoir une contrainte de service niveau globale sur les performances.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéresseons à l'amélioration des techniques de programmation génétique (PG), en particulier nous avons essayer d'améliorer la performance de la PG en cas d'utilisation de grammaire riche, où l'ensemble de terminaux contient plus que nécessaire pour représenter des solutions optimales. Pour cela, nous avons présenté le problème de la sélection d'attributs en rappelant les principales approches, et nous avons utilisé la technique de mesure de poids des terminaux pour affiner la sélection d'attributs. En second lieu, nous présentons des travaux sur un autre algorithme qui s'inspire de la boucle évolutionnaire : l'évolution différentielle (ED), et nous étudions la performance de cette technique sur la branche de la programmation génétique linéaire. Nous présentons et comparons les performances de cette dernière technique sur un ensemble de "benchmarks" classique de la PG. / This thesis mainly deals with genetic programming. In this work, we are interested in improving the overall performance of genetic programming (GP) when dealing with rich grammar when the terminal set is very large. We introduce the problem of attributes selection and in our work we introduce a scheme based on the weight (based on the frequency) to refine the attribute selection. In the second part of this work, we try to improve the evolution engine with the help of the differential evolution (DE) algorithm. This new engine is applied to linear genetic programming. We then present some experiments and make some comparisons on a set of classical benchmarks.