Un fasciagraphe de taille n et de fibre F est constitué de n copies consécutives du graphe F, chaque copie étant reliée à la suivante selon le même schéma. Les rotagraphes sont définis similairement, mais selon une structure circulaire. Dans cette thèse nous caractérisons un ensemble de problèmes combinatoires qui peuvent être résolus de façon efficace dans la classe des fasciagraphes et rotagraphes. Dans ce contexte, nous définissons les (d,q,w)-propriétés closes et stables, et présentons pour de telles propriétés un algorithme pour calculer une solution optimale en temps constant pour l'ensemble des fasciagraphes ou rotagraphes de fibre fixée. Nous montrons que plusieurs problèmes communément étudiés dans la théorie des graphes et NP-complets dans le cas général sont caractérisés par des (d,q,w)-propriétés closes ou stables. Dans une seconde partie de la thèse, nous adaptons cet algorithme générique à trois problèmes spécifiques caractérisés par des (d,q,w)-propriétés stables : le problème du code identifiant minimum, et deux problèmes proches, celui de dominant-localisateur minimum et celui du dominant-total-localisateur minimum. Nous présentons alors une implémentation de l'algorithme qui nous a permis de répondre à des questions ouvertes dans certains rotagraphes particuliers : les bandes circulaires de hauteur bornée. Nous en déduisons d'autres résultats sur les bandes infinies de hauteur bornée. Enfin, nous explorons le problème du code identifiant dans une autre classe de graphes à structure répétitive : les graphes fractals de cycle.

Les codes identifiants dans les graphes modélisent des systèmes de détection et de localisation à distance de pannes multiples dans les réseaux. Nous abordons dans une première partie différents problèmes de nature algorithmique ou structurelle concernant plusieurs variations autour de ces codes ; en particulier, nous obtenons de nombreux résultats quant à la structure des graphes sans jumeaux. Ces questions nous amènent dans une deuxième partie à considérer une notion de puissance de graphe, que nous étudions plus avant. Nous obtenons en particulier des résultats de type extrémal et nous consacrons l'étude des racines carrées de graphes.

Un fasciagraphe de taille n et de fibre F est constitué de n copies consécutives du graphe F, chaque copie étant reliée à la suivante selon le même schéma. Les rotagraphes sont définis similairement, mais selon une structure circulaire. Dans cette thèse nous caractérisons un ensemble de problèmes combinatoires qui peuvent être résolus de façon efficace dans la classe des fasciagraphes et rotagraphes. Dans ce contexte, nous définissons les (d,q,w)-propriétés closes et stables, et présentons pour de telles propriétés un algorithme pour calculer une solution optimale en temps constant pour l'ensemble des fasciagraphes ou rotagraphes de fibre fixée. Nous montrons que plusieurs problèmes communément étudiés dans la théorie des graphes et NP-complets dans le cas général sont caractérisés par des (d,q,w)-propriétés closes ou stables. Dans une seconde partie de la thèse, nous adaptons cet algorithme générique à trois problèmes spécifiques caractérisés par des (d,q,w)-propriétés stables : le problème du code identifiant minimum, et deux problèmes proches, celui de dominant-localisateur minimum et celui du dominant-total-localisateur minimum. Nous présentons alors une implémentation de l'algorithme qui nous a permis de répondre à des questions ouvertes dans certains rotagraphes particuliers : les bandes circulaires de hauteur bornée. Nous en déduisons d'autres résultats sur les bandes infinies de hauteur bornée. Enfin, nous explorons le problème du code identifiant dans une autre classe de graphes à structure répétitive : les graphes fractals de cycle. / A fasciagraph of length n and of fiber F, is constituted of n consecutive copies of a graph F, each copy being linked to the next one according to a same scheme. Rotagraphs are defines similarily, but along a circular structure. In this thesis, we caracterize a set of combinatorial problems that can be efficiently solved when applied on the class of rotagraphs and fasciagraphs. In this context, we define closed and stable (d,q,w)-properties, and we present, for such properties, an algorithm to compute an optimal solution, in constant time, for the set of fasciagraphs or rotagraphs of fixed fiber. We show that several problems, largely studied in graph theory, are caracterized by closed or stable (d,q,w)-properties. In a second part of the thesis, we adapt the generic algorithm to three problems caracterized by stable (d,q,w)-properties : the problem of minimum indentifying code, and two other, close to this one, the problem of minimum locating-dominating set et the one of minimum locating-total-dominating set. We present an implementation of our algorithm which has let us respond to open questions in a certain sub-class of rotagraphs : the circular strips of bounded height. We deduce from there other results on infinite strips of bounded height. Finaly we explore the problem of minimum identifying code in another class of graphs with repetitive structure : the fractal graphs.

J'ai étudié trois problèmes d'optimisation dans les graphes et les jeux combinatoires.Tout d'abord, les codes identifiants dans les graphes où les sommets font faces à des failles: les codes cherchent à repérer les failles pour les réparer. On s'est intéressé aux codes identifiants dans les graphes circulants en utilisant des plongements de ces graphes dans des grilles infinies.Ensuite, j'ai étudié le jeu de marquage de sommets et le jeu de coloration d'arêtes: ici deux joueurs se font face, le premier cherche à construire une coloration correcte (ou un marquage correct) et le deuxième cherche à l'en empêcher. Pour le jeu de marquage on s'est intéressé aux changements de stratégie gagnante lorsqu'on modifie le graphe. Pour le jeu de coloration d'arêtes on a donné une stratégie gagnante pour le premier joueur pourvu que le graphe considéré admette une certaine décomposition sur les arêtes. On améliore notamment des résultats sur les graphes planaires.Enfin j'ai étudié les jeux à tas purement de casse: deux joueurs à tour de rôle prennent un tas et le cassent en un certain nombre de tas non vides. On s'intéresse aux stratégies gagnantes lorsque les joueurs jouent sur un unique tas contenant n jetons. Ces jeux de pure casse semblent, à l'oeil nu, être réguliers. On a montré que c'est effectivement le cas pour certains et on a donné un test qui permet de déterminer la régularité cas par cas. Un seul cas ne semble pas correspondre à cette régularité: son comportement reste un mystère.En conclusion, je me suis intéressé à trois problèmes bilatéraux qui utilisent différentes méthodes et qui remplissent des propos différents dans le domaine de la combinatoire / I studied three optimization problems on graphs and combinatorial games.First, identifying codes were studied : vertices couteract faults. Identifying codes help locate the fault to repare it. We focused on circulant graphs by embedding them on infinite grids.Then, the marking and the coloring games were studied : two player games were one player wants to build something (a proper coloration or a proper marking) and the other wants to prevent the first player from doing so. For the marking game we studied the evolution of the strategy when modifying the graph. For the coloring game we defined a new edge-wise decomposition of graphs and we defined a new strategy on this decomposition that improves known results on planar graphs.In the end, I studied pure breaking games : two players take turns to break a heap of tokens in a given number of non-empty heaps. We focused on winning strategies for the game starting with a unique heap on n tokens. These games seem, on first sight, to be all regular : we showed this is the case for some of them and we gave a test to study one game at a time. Only one of these games does not seem to be regular, its behavior remains a mystery.To sum up, I studied three bilateral problems that use different methods and have different purposes in combinatorics

Ce mémoire présente quelques résultats récents sur les codes identifiants. La thèse est structurée en cinq chapitres. Le Chapitre 1 contient les définitions et présente la notion de code identifiant. Dans le Chapitre 2 nous étudions l'aspect algorithmique des codes identifiants. Le Chapitre 3 contient quelques résultats concernant des classes de graphes particulières, à savoir les hypercubes, les grilles, et les cycles. Nous étudions quelques questions extrémales au Chapitre 4. Enfin, le Chapitre 5 présente quelques résultats récents sur les codes identifiants dans les graphes aléatoires. A la fin du document nous résumons les résultats les plus importants que nous avons présentés et nous donnons quelques problèmes ouverts sur le sujet.

Les travaux présentés dans ce document traitent des codes identifiants dans les graphes. Cette notion, introduite à la fin des années 1990, modélise des problèmes de détection de défaillance dans les réseaux. Un code identifiant peut être vu comme une variante du problème de domination, avec une contrainte supplémentaire d'identification des sommets. La recherche de la cardinalité minimum d'un tel code est un problème NP-difficile. Les résultats obtenus sont regroupés en quatre grands thèmes. Le premier thème concerne les structures régulières (grilles, cycles, hypercubes, produits de cliques, graphes de Sierpiński), pour lesquels des résultats sur la cardinalité minimum d'un code sont présentés (bornes et valeurs exactes). Ensuite, les aspects algorithmiques sont développés, que ce soit au sujet de la recherche d'algorithmes polynomiaux pour des classes de graphes particulières (arbres, fasciagraphes) ou concernant l'approximabilité du problème. Quelques questions structurelles sont ensuite discutées, notamment la construction de graphes extrémaux pour le problème, la construction de familles de graphes admettant un code identifiant de faible cardinalité, et la structure (degrés, sous-graphes, etc.) des graphes admettant un tel code. Enfin, une nouvelle variante de ces codes est présentée, les codes identifiants adaptatifs. Cette variante permet de modéliser une situation où nous pouvons tirer parti de l'aspect dynamique du problème, et espérer interroger un nombre de sommets bien moins grand que dans le cas statique. Nous explicitons en particulier dans ce document les liens qu'entretiennent les codes identifiants avec d'autres types de structures, tels les ensembles dominants, les codes superposés, les plans projectifs, ou les jeux de Rényi.

Dans cette thèse, nous étudions des problèmes d'identification des sommets dans les graphes. Identifier les sommets d'un graphe consiste à attribuer à chaque sommet un objet qui rend le sommet unique par rapport aux autres. Nous nous intéressons particulièrement aux codes identifiants : sous-ensembles de sommets d'un graphe, dominants, tels que le voisinage fermé de chaque sommet du graphe a une intersection unique avec l'ensemble. Les sommets du code identifiant peuvent être considérés comme des capteurs et chaque sommet du graphe comme un lieu possible pour une défaillance. Nous caractérisons tout d'abord l'ensemble des graphes pour lesquels tous les sommets sauf un sont nécessaires dans tout code identifiant. Le problème consistant à trouver un code identifiant optimal, c'est-'a-dire de taille minimale, étant NP-difficile, nous l'étudions sur quatre classes restreintes de graphes. Suivant les cas, nous pouvons résoudre complètement le problème (pour les graphes de Sierpinski), améliorer les bornes générales (pour les graphes d'intervalles, les graphes adjoints, la grille du roi) ou montrer que le problème reste difficile même restreint (pour les graphes adjoints). Nous considérons ensuite des variations autour des codes identifiants permettant plus de flexibilité pour les capteurs. Nous étudions par exemple des capteurs du plan capables de détecter des défaillances 'a un rayon connu avec une erreur tolérée. Nous donnons des constructions de tels codes et bornons leur taille pour des valeurs de rayons et d'erreurs fixés ou asymptotiques. Nous introduisons enfin la notion de coloration identifiante d'un graphe, permettant d'identifier les sommets d'un graphe avec les couleurs présentes dans son voisinage. Nous comparons cette coloration avec la coloration propre des graphes et donnons des bornes sur le nombre de couleurs nécessaires pour identifier un graphe, pour plusieurs classes de graphes.

Dans cette thèse, nous étudions des problèmes d'identification des sommets dans les graphes. Identifier les sommets d'un graphe consiste à attribuer à chaque sommet un objet qui rend le sommet unique par rapport aux autres. Nous nous intéressons particulièrement aux codes identifiants : sous-ensembles de sommets d'un graphe, dominants, tels que le voisinage fermé de chaque sommet du graphe a une intersection unique avec l'ensemble. Les sommets du code identifiant peuvent être considérés comme des capteurs et chaque sommet du graphe comme un lieu possible pour une défaillance. Nous caractérisons tout d'abord l'ensemble des graphes pour lesquels tous les sommets sauf un sont nécessaires dans tout code identifiant. Le problème consistant à trouver un code identifiant optimal, c'est-`a-dire de taille minimale, étant NP-difficile, nous l'étudions sur quatre classes restreintes de graphes. Suivant les cas, nous pouvons résoudre complètement le problème (pour les graphes de Sierpinski), améliorer les bornes générales (pour les graphes d'intervalles, les graphes adjoints, la grille du roi) ou montrer que le problème reste difficile même restreint (pour les graphes adjoints). Nous considérons ensuite des variations autour des codes identifiants permettant plus de flexibilité pour les capteurs. Nous étudions par exemple des capteurs du plan capables de détecter des défaillances `a un rayon connu avec une erreur tolérée. Nous donnons des constructions de tels codes et bornons leur taille pour des valeurs de rayons et d'erreurs fixés ou asymptotiques. Nous introduisons enfin la notion de coloration identifiante d'un graphe, permettant d'identifier les sommets d'un graphe avec les couleurs présentes dans son voisinage. Nous comparons cette coloration avec la coloration propre des graphes et donnons des bornes sur le nombre de couleurs nécessaires pour identifier un graphe, pour plusieurs classes de graphes. / In this thesis, we study problems on vertices identification of graphs. To identify the vertices of a graph consists in giving to each vertex of the graph an object that makes it unique. We are specially interested in the problem of identifying codes : dominating sets of vertices for which the closed neighborhood of each vertex has a unique intersection with the set. The vertices of the identifying code can be seen as sensors and each vertex of the graph as the location of a potential fault. We first classify all finite graphs for which all but one of the vertices are needed in any identifying code. Finding an optimal identifying code, i.e, an identifying code of minimum size, is a $NP$-hard problem. Therefore, we study this problem in some restricted classes of graphes. Depending on the class considered, we are able to solve this problem (for Sierpi`nski graphs), to give better bounds on the size of an identifying code than the general one (for interval graphs, line graphs and the king grid) or to prove that the problem remains NP-hard even in the restricted class (for line graphs). Then, we consider some variations of identifing codes that give flexibility to the sensors. For example, we study codes sensors able to detect faults within a radius around a fixed value. We give constructions of such codes and bounds on their size for general and asymptotic values of the radius and the tolerance on it. Finally, we introduce identifying colourings of graphs; verex-colouring of graph such that each vertex is identified by the set of colours in its closed neighbourhood. We compare this colouring of graphs with proper vertex-coloring and give bounds on the number of colours required to identify a graph, for several class of graphs.

Les codes identifiants ont été introduits en 1998 par Karpovsky, Chakrabarty et Levitin. Un code identifiant est un sous-graphe tel que chaque sommet est identifié de manière unique par les sommets du code qui l'entourent. Il existe plusieurs variantes de ces codes, dont notamment une version colorée dans laquelle les sommets sont identifiés par les couleurs dans leur voisinage. Dans cette thèse, nous cherchons en particulier à construire un cycle le plus grand possible qui admette une coloration identifiante, étant donné un nombre de couleurs fixé. Nous avons aussi étudié le problème des codes identifiants sur une classe particulière de graphes orientés : les tournois. Dans une seconde partie, nous avons aussi étudié deux jeux particuliers. Le premier est une généralisation des jeux octaux - qui se jouent normalement sur un tas - aux graphes. Plus précisemment, le jeu 0.33 ; chaque joueur peut retirer un ou deux sommets voisins d'un graphe, sans déconnecter ce dernier. Le premier qui ne peut plus jouer perd. Nous avons été capable de caractériser les issues de ce jeu dans des classes de graphes particulières, les étoiles subdivisées et les bi-étoiles subdivisées. Le second jeu est appelé le jeu du Pompier (Firefighter). Il consiste à arrêter un feu qui se propage dans un graphe en protégeant des sommets à chaque tour. Nous avons résolu une conjecture sur ce jeu, et introduit la version online, pour laquelle nous avons pu donner des résultats d'approximation. / Identifying codes were introduced in 1998 by Karpovsky, Chakrabarty and Levitin. An identifying code is a subgraph such that each vertex is uniquely identified by the vertices in its neighborhood. There are several variants of these codes, including a colored version where the vertices are identified by the colors in their neighborhood. In this phd, we want to build an identifying coloring of a large cycle, given a fixed number of colors. We also studied identified codes in a certain class of oriented graphs: tournaments. We have also studied some topics in the game theory. The first one is a generalization of octal games, where we play on a graph instead of a heap. More precisely, the 0.33 game; each player can remove one or two vertices in a graph, with no disconnection allowed. The first player who cannot play loses. We studied this game in some graph classes: subdivided stars and subdivided bistars. The other game is called the Firefighter game. It's a one player game, where this one wants to contain a spreading fire in a graph. We solved a conjecture about this game, and introduced the online version of the game, for which we found some approximation results.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à trois problèmes issus de l'informatique théorique, à savoir le placement de formes rectangulaires dans un conteneur (OPP), la coloration dite "forte" d'arêtes des graphes et les codes identifiants dans les graphes. L'OPP consiste à décider si un ensemble d'items rectangulaires peut être placé sans chevauchement dans un conteneur rectangulaire et sans dépassement des bords de celui-ci. Une contrainte supplémentaire est prise en compte, à savoir l'interdiction de rotation des items. Le problème est NP-difficile même dans le cas où le conteneur et les formes sont des carrés. Nous présentons un algorithme de résolution efficace basé sur une caractérisation du problème par des graphes d'intervalles, proposée par Fekete et Schepers. L'algorithme est exact et utilise les MPQ-arbres - structures de données qui encodent ces graphes de manière compacte tout en capturant leurs propriétés remarquables. Nous montrons les résultats expérimentaux de notre approche en les comparant aux performances d'autres algorithmes existants. L'étude de la coloration forte d'arêtes et des codes identifiants porte sur les aspects structurels et de calculabilité de ces deux problèmes. Dans le cas de la coloration forte d'arêtes nous nous intéressons plus particulièrement aux familles des graphes planaires et des graphes subcubiques. Nous montrons des bornes optimales pour l'indice chromatique fort des graphes subcubiques en fonction du degré moyen maximum et montrons que tout graphe planaire subcubique sans cycles induits de longueur 4 et 5 est coloriable avec neuf couleurs. Enfin nous confirmons la difficulté du problème de décision associé, en prouvant qu'il est NP-complet dans des sous-classes restreintes des graphes planaires subcubiques. La troisième partie de la thèse est consacrée aux codes identifiants. Nous proposons une caractérisation des graphes identifiables dont la cardinalité du code identifiant minimum est n − 1, où n est l'ordre du graphe. Nous étudions la classe des graphes adjoints et nous prouvons des bornes inférieures et supérieures serrées pour la cardinalité du code identifiant minimum dans cette classe. Finalement, nous montrons qu'il existe un algorithme linéaire de calcul de ce paramètre dans la classe des graphes adjoints L(G) où G a une largeur arborescente bornée par une constante. En revanche nous nous apercevons que le problème est NP-complet dans des sous-classes très restreintes des graphes parfaits.