Parallélisation de quelques algorithmes d'algèbre linéaire à l'aide du formalisme du graphe des taches

Description du prototype d'un système multimicroprocesseur adapté au traitement des algorithmes parallèles dont une étude des différentes architectures multiprocesseurs et de leur classification permet de le situer au sein des MIMD. Son architecture modulaire permet la connexion d'un grand nombre de processeurs sur un bus commun par un circuit d'arbitrage asynchrone. Une évaluation des performances du système dans le traitement des programmes utilisant les différents types de parallélisme est présentée.

Ce travail présente l'étude d'une structure de données qui s'efface d'allier souplesse de représentation et de traitement lors de la traduction automatique. On montre la formalisation de la structure (un réseau) et de ses notions principales (sous-structures, ordres, etc), puis on passe a l'analyse de quelques transformations de la structure. On décrit l'implémentation d'un prototype réduit programme en PROLOG et enfin on donne des algorithmes pour une programmation plus efficace de prototype

Cette thèse se situe dans le cadre de la vérification de systèmes distribués. Plus précisément, nous nous intéressons aux méthodes de preuve de convergence d'algorithmes distribués s'exécutant sur des réseaux en anneau de taille paramétrée. Cette étude distingue de plus le cas des algorithmes probabilistes de celui des algorithmes déterministes.

Après un état de l'art sur l'ordonnancement en général et l'ordonnancement temps réel en particulier permetttant de préciser les notions utilisées par la suite et après avoir motivé l'intérêt d'une nouvelle contrainte temps réel de latence, nous proposons un modèle qui formalise les systèmes temps réel avec contraintes de précédences, de périodicités et de latences. Dans ce modèle, les précédences sont définies par un graphe orienté acyclique infiniment répété. Pour le cas monoprocesseur, on étudie trois problèmes d'ordonnancement : celui des systèmes avec contraintes de précédences et de périodicités, celui des systèmes avec contraintes de précédences et de latences et enfin celui des systèmes avec contraintes de précédences, de périodicités et de latences. Pour chaque problème on étudie la cohérence entre les différentes contraintes, on donne des conditions d'ordonnançabilité et on propose un algorithme prouvé optimal dans le sens où s'il y a un ordonnancement, l'algorithme le trouvera. On passe ensuite au cas multiprocesseur où l'architecture est définie par un graphe non-orienté. On étudie trois problèmes d'implantation (distribution et ordonnancement) dans les mêmes cas qu'en monoprocesseur en tenant compte des temps de communications. On prouve que ces trois problèmes sont NP-difficiles et on propose, donc, des heuristiques. Les performances de chaque heuristique sont comparées à celles d'algorithme exacte de type "branch and bound", en utilisant des simulations numériques.

Nous présentons dans cette thèse une étude sur des<br />algorithmes distribués asynchrones et déterministes de<br />contröle. Un système distribué consiste en un réseau<br />de sites (processeurs, ordinateurs ou réseaux locaux). Dans cette<br />thèse, nous ne considérons que des réseaux de sites<br />communicants n'ayant ni mémoire partagée ni horloge globale.<br />De nombreux problèmes de l'algorithmique distribuée sont<br />réductibles à la construction d'un Arbre Couvrant qui est la<br />structure de contrôle qui nous intéresse.<br /><br />Nous étudions deux types d'algorithmes~: ceux utilisant<br />la notion de phase logique et les autres qui ne considèrent aucun<br />mécanisme de synchronisation. Ces derniers ont des comportements<br />imprévisibles améliorant la tolérance aux fautes. Nous<br />présentons un nouvel algorithme de ce type associé à une<br />élection qui n'est pas une recherche d'extremum contrairement<br />à l'usage. Cet algorithme est comparable au meilleur<br />algorithme connu qui utilise des jetons et des phases logiques<br />induisant un comportement plus "séquentiel".<br /><br />D'autres algorithmes, construisant des AC contraints, sont<br />considérés. En particulier l'AC de Diamètre Minimum qui<br />est, à notre connaissance, un problème qui n'a jamais<br />été étudié dans ce domaine. Le diamètre d'un<br />graphe est la somme des poids des arêtes du plus long des plus<br />courts chemins. Si nous considérons la complexité temporelle,<br />cette contrainte est d'un intérêt &vident. Nous proposons<br />différents algorithmes suivant que la tolérance aux fautes est<br />nécessaire ou non.<br /><br />Finalement, l'étude pratique des algorithmes distribués sur<br />des réseaux de grande taille nous a conduit à la construction<br />d'un simulateur. Il permet l'exécution d'un même code source<br />sur des machines séquentielles ou parallèles.

L'idée de mettre en place un simulateur relativement général de la partie mécanique de l'usinage à l'échelle macroscopique est à l'origine de ce travail. <br />Le principal apport de ce travail est la prise en compte de pièces dont la zone concernée par l'usinage est flexible. Cette présence de déformations dans la pièce a nécessité une définition précise de l'enlèvement de matière. Cette définition se fonde sur une configuration dite matérielle, où la réalisation pratique de la simulation de l'usinage est effectuée. <br />Par ailleurs, les pièces flexibles étant généralement très minces, l'enlèvement de matière peut modifier de façon significative le comportement dynamique de la pièce (perte de masse et de raideur). Pour être fidèle, une simulation doit alors prendre en compte cette modification de façon régulière en cours d'usinage. Nous montrons que cette prise en compte ne peut dans certains cas être évitée, et nous proposons une stratégie limitant les coûts numériques induits par cette prise en compte. <br />Un autre apport du travail réalisé est l'utilisation d'un modèle géométrique différent de celui des approches précédentes du LMSP, pour représenter le volume occupé par la pièce. Avec le modèle géométrique de la pièce retenu dans les travaux précédents du LMSP (modèle B-Rep analogue aux modèles utilisés en CAO), de très nombreuses intersections de polyèdres conduisent à des facettes "dégénérées" dont la prise en compte dans les algorithmes d'intersection est loin d'être triviale et constitue actuellement un des points bloquants pour ce qui concerne la robustesse. La nouvelle technique adoptée est celle des Z-buffer où la pièce est modélisée par des dexels (ensemble de « bâtonnets » disposés sur une matrice régulière). Cette description permet de simplifier sensiblement les algorithmes d'intersection tout en les rendant plus robustes. Cette nouvelle description nous a conduit à revoir la démarche de modélisation de l'interaction outil/pièce et notamment la démarche de calcul des efforts de coupe. Cette modélisation s'intègre dans le logiciel Nessy du LMSP. Par les résultats obtenus, nous démontrons la faisabilité de notre approche et son potentiel d'analyse.

Dans ce mémoire, nous étudions les méthodes itératives de recherche dans le cadre de la résolution du problème d'ordonnancement de type jobshop<br /><br />Plus que les performances en elles-mêmes, nous nous intéressons tout particulièrement à la compréhension du fonctionnement des méthodes de résolution ainsi qu'à l'analyse de l'influence de la coopération de plusieurs méthodes de recherche sur la qualité des solutions engendrées.<br /> <br />Dans un premier temps, nous évaluons l'apport de critères secondaires intégrés dans la fonction coût. Nous utilisons des algorithmes itératifs de recherche pour étudier l'impact de l'intégration de ces critères sur le paysage adaptatif ainsi que sur la qualité des ordonnancements engendrés.<br /><br />Nous proposons ensuite quelques améliorations du schéma d'application des opérateurs dans les algorithmes génétiques. <br /><br />Finalement, nous étudions quelques modèles d'hybridation des méta-heuristiques basés sur la recherche tabou et les algorithmes évolutifs.

Les nouveaux supports d'exécution que sont les grilles de processeurs<br />apparaissent aujourd'hui comme une alternative économiquement viable aux grands systèmes de calcul centralisés. De grands projets nationaux comme GRID5000 sont basés sur ce concept de machines réparties. Ce changement du paysage du calcul parallèle haute performance a créé une nouvelle demande d'algorithmes spécifiques pour tirer le meilleur parti des ressources déployées. Pour concevoir ces algorithmes et démontrer leur efficacité, il faut s'appuyer sur des modèles qui tentent de décrire fidèlement le comportement réel des machines tout en restant suffisamment simples à manipuler. Dans cette thèse, nous avons étudié deux modèles parmi les plus importants pour ces nouveaux supports et nous avons fourni des algorithmes polynomiaux optimaux, des algorithmes d'approximations garantis, ou des preuves de NP-complètudes le cas échéant.

Le travail présenté dans cette thèse traite de l'extraction de connaissances à l'aide de métaheuristiques et de ses applications à des problématiques en génomique. Dans un premier temps, nous donnons un état de l'art des métaheuristiques utilisées pour l'extraction de connaissances et plus particulièrement de l'utilisation des algorithmes génétiques en orientant notre présentation sur trois aspects fondamentaux des métaheuristiques : la représentation d'une solution, la fonction d'évaluation et le choix des opérateurs. Nous présentons ensuite deux problématiques issues d'une collaboration avec l'Institut de Biologie de Lille autour de la recherche de facteurs génétiques de prédisposition à certaines maladies multifactorielles (diabète de type II, obésité). Nous proposons une modélisation de ces problèmes en problèmes d'extraction de connaissances. Nous traitons ensuite les différentes taches d'extraction de connaissances identifiées comme des problèmes d'optimisation et proposons un schéma d'algorithme génétique possédant des mécanismes avancés d'intensification et de diversification pour les résoudre. Les apports de ces mécanismes sont testés modulairement afin de montrer leurs performances. Nous intégrons également des connaissances du domaine biologique afin de répondre aux problématiques posées. Cette intégration s'effectue aussi bien au niveau des fonctions d'évaluation proposées qu'au niveau de certains mécanismes utilisés. Enfin, différents modèles de parallélisme sont utilisés.