A (convex) polytope P is said to be 2-level if every hyperplane H that is facet-defining for P has a parallel hyperplane H' that contains all the vertices of P which are not contained in H.Two level polytopes appear in different areas of mathematics, in particular in contexts related to discrete geometry and optimization. We study the problem of enumerating all combinatorial types of 2-level polytopes of a fixed dimension d. We describe the first algorithm to achieve this. We ran it to produce the complete database for d <= 8. Our results show that the number of combinatorial types of 2-level d-polytopes is surprisingly small for low dimensions d.We provide an upper bound for the number of combinatorially inequivalent 2-level d-polytopes. We phrase this counting problem in terms of counting some objects called 2-level configurations, that capture the class of "maximal" rank d 0/1-matrices, including (maximal) slack matrices of 2-level cones and 2-level polytopes. We provide a proof that the number of d-dimensional 2-level configurations coming from cones and polytopes, up to linear equivalence, is at most 2^{O(d^2 log d)}.Finally, we prove that the extension complexity of every stable set polytope of a bipartite graph with n nodes is O(n^2 log n) and that there exists an infinite class of bipartite graphs such that, for every n-node graph in this class, its stable set polytope has extension complexity equal to Omega(n log n). / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le calcul du nombre chromatique et la détermination d'une colo- ration optimale des sommets d'un graphe sont des problèmes NP- difficiles en général. Ils peuvent cependant être résolus en temps po- lynomial dans les graphes parfaits. Par ailleurs, la perfection d'un graphe peut être décidée efficacement. Les graphes parfaits sont caractérisés par la structure de leur poly- tope des stables : les facettes non-triviales sont définies exclusivement par des inégalités de cliques. Réciproquement, une structure similaire des facettes du polytope des stables détermine-t-elle des propriétés combinatoires et algorithmiques intéressantes? Un graphe est h-parfait si les facettes non-triviales de son polytope des stables sont définies par des inégalités de cliques et de circuits impairs. On ne connaît que peu de résultats analogues au cas des graphes parfaits pour la h-perfection, et on ne sait pas si les problèmes sont NP-difficiles. Par exemple, les complexités algorithmiques de la re- connaissance des graphes h-parfaits et du calcul de leur nombre chro- matique sont toujours ouvertes. Par ailleurs, on ne dispose pas de borne sur la différence entre le nombre chromatique et la taille maxi- mum d'une clique d'un graphe h-parfait. Dans cette thèse, nous montrons tout d'abord que les opérations de t-mineurs conservent la h-perfection (ce qui fournit une extension non triviale d'un résultat de Gerards et Shepherd pour la t-perfection). De plus, nous prouvons qu'elles préservent la propriété de décompo- sition entière du polytope des stables. Nous utilisons ce résultat pour répondre négativement à une question de Shepherd sur les graphes h-parfaits 3-colorables. L'étude des graphes minimalement h-imparfaits (relativement aux t-mineurs) est liée à la recherche d'une caractérisation co-NP com- binatoire de la h-perfection. Nous faisons l'inventaire des exemples connus de tels graphes, donnons une description de leur polytope des stables et énonçons plusieurs conjectures à leur propos. D'autre part, nous montrons que le nombre chromatique (pondéré) de certains graphes h-parfaits peut être obtenu efficacement en ar- rondissant sa relaxation fractionnaire à l'entier supérieur. Ce résultat implique notamment un nouveau cas d'une conjecture de Goldberg et Seymour sur la coloration d'arêtes. Enfin, nous présentons un nouveau paramètre de graphe associé aux facettes du polytope des couplages et l'utilisons pour donner un algorithme simple et efficace de reconnaissance des graphes h- parfaits dans la classe des graphes adjoints. / Computing the chromatic number and finding an optimal coloring of a perfect graph can be done efficiently, whereas it is an NP-hard problem in general. Furthermore, testing perfection can be carried- out in polynomial-time. Perfect graphs are characterized by a minimal structure of their sta- ble set polytope: the non-trivial facets are defined by clique-inequalities only. Conversely, does a similar facet-structure for the stable set polytope imply nice combinatorial and algorithmic properties of the graph ? A graph is h-perfect if its stable set polytope is completely de- scribed by non-negativity, clique and odd-circuit inequalities. Statements analogous to the results on perfection are far from being understood for h-perfection, and negative results are missing. For ex- ample, testing h-perfection and determining the chromatic number of an h-perfect graph are unsolved. Besides, no upper bound is known on the gap between the chromatic and clique numbers of an h-perfect graph. Our first main result states that the operations of t-minors keep h- perfection (this is a non-trivial extension of a result of Gerards and Shepherd on t-perfect graphs). We show that it also keeps the Integer Decomposition Property of the stable set polytope, and use this to answer a question of Shepherd on 3-colorable h-perfect graphs in the negative. The study of minimally h-imperfect graphs with respect to t-minors may yield a combinatorial co-NP characterization of h-perfection. We review the currently known examples of such graphs, study their stable set polytope and state several conjectures on their structure. On the other hand, we show that the (weighted) chromatic number of certain h-perfect graphs can be obtained efficiently by rounding-up its fractional relaxation. This is related to conjectures of Goldberg and Seymour on edge-colorings. Finally, we introduce a new parameter on the complexity of the matching polytope and use it to give an efficient and elementary al- gorithm for testing h-perfection in line-graphs.