Un hypercube latin (LHD) maximin est un ensemble de points contenus dans un hypercube tel que les points ne partagent de coordonnées sur aucune dimension et tel que la distance minimale entre deux points est maximale. Les LHDs maximin sont particulièrement utilisés pour la construction de métamodèles en raison de leurs bonnes propriétés pour l’échantillonnage. Comme la plus grande partie des travaux concernant les LHD se sont concentrés sur leur construction par des algorithmes heuristiques, nous avons décidé de produire une étude détaillée du problème, et en particulier de sa complexité et de son approximabilité en plus des algorithmes heuristiques permettant de le résoudre en pratique.Nous avons généralisé le problème de construction d’un LHD maximin en définissant le problème de compléter un LHD entamé en respectant la contrainte maximin. Le sous-problème dans lequel le LHD partiel est vide correspond au problème de construction de LHD classique. Nous avons étudié la complexité du problème de complétion et avons prouvé qu’il est NP-complet dans de nombreux cas. N’ayant pas déterminé la complexité du sous-problème, nous avons cherché des garanties de performances pour les algorithmes résolvant les deux problèmes.D’un côté, nous avons prouvé que le problème de complétion n’est approximable pour aucune norme en dimensions k ≥ 3. Nous avons également prouvé un résultat d’inapproximabilité plus faible pour la norme L1 en dimension k = 2. D’un autre côté, nous avons proposé un algorithme d’approximation pour le problème de construction, et avons calculé le rapport d’approximation grâce à deux bornes supérieures que nous avons établies. En plus de l’aspect théorique de cette étude, nous avons travaillé sur les algorithmes heuristiques, et en particulier sur la méta-heuristique du recuit simulé. Nous avons proposé une nouvelle fonction d’évaluation pour le problème de construction et de nouvelles mutations pour les deux problèmes, permettant d’améliorer les résultats rapportés dans la littérature. / A maximin Latin Hypercube Design (LHD) is a set of point in a hypercube which do not share a coordinate on any dimension and such that the minimal distance between two points, is maximal. Maximin LHDs are widely used in metamodeling thanks to their good properties for sampling. As most work concerning LHDs focused on heuristic algorithms to produce them, we decided to make a detailed study of this problem, including its complexity, approximability, and the design of practical heuristic algorithms.We generalized the maximin LHD construction problem by defining the problem of completing a partial LHD while respecting the maximin constraint. The subproblem where the partial LHD is initially empty corresponds to the classical LHD construction problem. We studied the complexity of the completion problem and proved its NP-completeness for many cases. As we did not determine the complexity of the subproblem, we searched for performance guarantees of algorithms which may be designed for both problems. On the one hand, we found that the completion problem is inapproximable for all norms in dimensions k ≥ 3. We also gave a weaker inapproximation result for norm L1 in dimension k = 2. On the other hand, we designed an approximation algorithm for the construction problem which we proved using two new upper bounds we introduced.Besides the theoretical aspect of this study, we worked on heuristic algorithms adapted for these problems, focusing on the Simulated Annealing metaheuristic. We proposed a new evaluation function for the construction problem and new mutations for both the construction and completion problems, improving the results found in the literature.

Avec l’avènement de l’ère intellectuelle et de l’Internet of Everything (IoE), les besoins de la communication mondiale et des applications diverses ont explosé. Cette révolution exige que les futurs réseaux de communication soient plus efficaces, intellectuels, agiles et évolutifs. De nombreuses technologies réseau sont apparues pour répondre à la tendance des réseaux de communication de nouvelle génération tels que les réseaux optiques élastiques (EONs) et la virtualisation de réseau. De nombreux défis apparaissent avec les apparences de la nouvelle architecture et de la nouvelle technologie, telles que le routage et l’allocation de ressource spectrale (RSA) dans les EONs et l’intégration de réseaux virtuels (Virtual Network Embedding ou VNE) dans la virtualisation de réseau.Cette thèse traite la conception et l’analyse d’algorithmes d’approximation dans trois problèmes d’optimation du RSA et du VNE : les impacts de la distribution du trafic et de la topologie du réseau sur le routage tout optique, de l’allocation de ressource spectrale, et du VNE dans les topologies des chemins et cycles. Pour le routage tout optique, le premier sous-problème du RSA, il y a toujours un problème en suspens concernant l’impact de la distribution du trafic et de la topologie EON. Comme le routage tout optique joue un rôle essentiel pour la performance globale de la RSA, cette thèse fournit une analyse approfondi théorique sur ces impacts. Pour le deuxième sous-problème du RSA, l’allocation de ressource spectrale, deux chemins optiques quelconques partageant des fibres optiques communes pourraient devoir être isolés dans le domaine spectral avec une bande de garde appropriée pour empêcher la diaphonie et / ou réduire les menaces de sécurité de la couche physique. Cette thèse considère le scénario dans lequel les exigences de bandes de garde réelles optiques sont différentes pour différentes paires de chemins, et étudie comment affecter les ressources spectrales efficacement dans une telle situation. L’hétérogénéité de la topologie des demandes de réseau virtuel (VNR) est un facteur important qui entrave les performances de la VNE. Cependant, dans de nombreuses applications spécialisées, les VNR ont des caractéristiques structurelles communes par exemple, des chemins et des cycles. Pour obtenir de meilleurs résultats, il est donc essentiel de concevoir des algorithmes dédiés pour ces applications en tenant compte des caractéristiques topologiques. Dans cette thèse, nous prouvons que les problèmes VNE dans les topologies de chemin et de cycle sont NP-difficiles. Afin de les résoudre, nous proposons des algorithmes efficaces également analysons leurs ratios d’approximation / With the coming of intellectual era and Internet of Everything (IoE), the needs of worldwide communication and diverse applications have been explosively growing. This information revolution requires the future communication networks to be more efficient, intellectual, agile and scalable. Many technologies have emerged to meet the requirements of next generation communication networks such as Elastic Optical Networks (EONs) and networking virtualization. However, there are many challenges coming along with them, such as Routing and Spectrum Assignment (RSA) in EONs and Virtual Network Embedding (VNE) in network virtualization. This dissertation addresses the algorithm design and analysis for these challenging problems: the impacts of traffic distribution and network topology on lightpath routing, the distance spectrum assignment and the VNE problem for paths and cycles.For lightpath routing, the first subproblem of the RSA, there is always a pending issue that how the changes of the traffic distribution and EON topology affect it. As the lightpath routing plays a critical role in the overall performance of the RSA, this dissertation provides a thoroughly theoretical analysis on the impacts of the aforementioned two key factors. To this end, we propose two theoretical chains, and derive the optimal routing scheme taking into account two key factors. We then treat the second subproblem of RSA, namely spectrum assignment. Any two lightpaths sharing common fiber links might have to be isolated in the spectrum domain with a proper guard-band to prevent crosstalk and/or reduce physical-layer security threats. We consider the scenario with diverse guard-band sizes, and investigate how to assign the spectrum resources efficiently in such a situation. We provide the upper and lower bounds for the optimal solution of the DSA, and further devise an efficient algorithm which can guarantee approximation ratios in some graph classes.The topology heterogeneity of Virtual Network Requests (VNRs) is one important factor hampering the performance of the VNE. However, in many specialized applications, the VNRs are of some common structural features e.g., paths and cycles. To achieve better outcomes, it is thus critical to design dedicated algorithms for these applications by accounting for topology characteristics. We prove the NP-Harness of path and cycle embeddings. To solve them, we propose some efficient algorithms and analyze their approximation ratios.