Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation et de la reconnaissance d'objets par leur apparence et par des descripteurs locaux. Nous partons, dans une première partie de cette thèse, d'images d'où sont extraits des contours puis des segments approchant ces derniers. À partir de ces segments, nous calculons des descripteurs locaux, appelés quasi-invariants, qui ont la particularité d'être très stables par rapport à des changements modérés de point de vue. En stockant ces quasi-invariants dans une structure adaptée, et en modélisant un objet 3D par un ensemble limité de vues 2D, nous montrons qu'il est possible de reconnaître des objets sous tout angle de vue. La reconnaissance est obtenue en deux étapes. D'abord les quasi-invariants locaux entre image et modèles sont mis en correspondance en utilisant une méthode d'indexation. Ensuite, une vérification globale exprimant une cohérence géométrique permet de filtrer des appariements erronés et de sélectionner le modèle le plus semblable à l'image. Constatant des faiblesses dans l'extraction et dans le pouvoir discriminant des descripteurs initiaux, nous étendons ensuite notre approche pour fournir une méthode d'intégration avec toute une classe de méthodes locales existantes. Les résultats expérimentaux fournis par cette extension forment une validation complète de notre travail. Dans un deuxième temps, nous analysons le problème de la complexité algorithmique soulevé par le genre d'approches utilisées. En effet, nous montrons formellement que certaines méthodes d'indexation sont très mal adaptées à la reconnaissance par descripteurs locaux dès lors que ces descripteurs évoluent dans un espace de dimension élevée. La complexité est telle, que, dans certains cas, elle peut dépasser celle d'une comparaison séquentielle de tous les modèles et leurs descripteurs. Nous montrons quels sont ces cas, et ce qui peut être fait pour les éviter.

A PARTIR DU FORMALISME DES SYSTEMES DE REGLES DE DECISION, ON DEFINIT DEUX TYPES DE PROCESSUS DECISIONNELS: LES PROCESSUS FERMES (PDF) PORTANT SUR DES SYSTEMES REPRESENTES DANS DES ESPACES FINIS; ET LES PROCESSUS OUVERTS (PDO) POUR DES SYSTEMES A ESPACES D'ETATS INFINIS. ON CONSIDERE CES PROCESSUS COMME DES ALGORITHMES PARTICULIERS ET ON S'INTERESSE A LEUR MODELISATION, LEUR ANALYSE ET L'OPTIMISATION DE LEUR COMPLEXITE, SELON DIFFERENTS CRITERES, EN TENANT COMPTE DE LA COMPLEXITE DE LA TACHE D'OPTIMISATION ELLE-MEME. LA CARACTERISATION DE CETTE TACHE, EN TANT QUE PROBLEME NP-DUR AU SENS FORT ET APPROXIMATION NP-DUR, CONDUIT A DEVELOPPER DES SCHEMAS D'APPROXIMATION QUI GENERALISENT LES ALGORITHMES DE RECHERCHE HEURISTIQUE DANS LES GRAPHES ET HYPERGRAPHES EN PROCEDURES EPSILON -ADMISSIBLES. DEUX PROCESSUS DECISIONNELS EN ROBOTIQUE SONT TRAITES: L'UN FERME PORTANT SUR L'APPRENTISSAGE D'UN CLASSIFIEUR POUR L'IDENTIFICATION D'OBJETS, ET L'AUTRE OUVERT POUR LA GENERATION DE PLANS

Dans cette thèse, nous cherchons à comparer la complexité booléenne classique et la complexité algébrique, en étudiant des problèmes sur les polynômes. Nous considérons les modèles de calcul algébriques de Valiant et de Blum, Shub et Smale (BSS). Pour étudier les classes de complexité algébriques, il est naturel de partir des résultats et des questions ouvertes dans le cas booléen, et de regarder ce qu'il en est dans le contexte algébrique. La comparaison des résultats obtenus dans ces deux domains permet ainsi d'enrichir notre compréhension des deux théories. La première partie suit cette approche. En considérant un polynôme canoniquement associé à toute formule booléenne, nous obtenons un lien entre les questions de complexité booléenne sur la formule booléenne et les questions de complexité algébrique sur le polynôme. Nous avons étudié la complexité du calcul de ce polynôme dans le modèle de Valiant en fonction de la complexité de la formule booléenne, et avons obtenu des analogues algébriques à certains résultats booléens. Nous avons aussi pu utiliser des méthodes algébriques pour améliorer certains résultats booléens, en particulier de meilleures réductions de comptage. Une autre motivation aux modèles de calcul algébriques est d'offrir un cadre pour l‘analyse d’algorithmes continus. La seconde partie suit cette approche. Nous sommes partis d’algorithmes nouveaux pour la recherche de zéros approchés d'un système de n polynômes complexes à n inconnues. Jusqu'à présent il s'agissait d'algorithmes pour le modèle BSS. Nous avons étudié l'implémentabilité de ces algorithmes sur un ordinateur booléen et proposons un algorithme booléen. / In the present thesis, we try to compare the classical boolean complexity with the algebraic complexity, by studying problems related to polynomials. We consider the algebraic models from Valiant and from Blum, Shub and Smale (BSS). To study the algebraic complexity classes, one can start from results and open questions from the boolean case, and look at their translation in the algebraic context. The comparison of the results obtained in the two settings will then boost our understanding of both complexity theories. The first part follows this framework. By considering a polynomial canonically associated to a boolean formula, we get a link between boolean complexity issues on the formula and algebraic complexity problems on the polynomial. We studied the complexity of computing the polynomial in Valiant's model, as a function of the complexity of the boolean formula. We found algebraic counterparts to some boolean results. Along the way, we could also use some algebraic methods to improve boolean results, in particular by getting better counting reductions. Another motivation for algebraic models of computation is to offer an elegant framework to the study of numerical algorithms. The second part of this thesis follows this approach. We started from new algorithms for the search of approximate zeros of complex systems of n polynomials in n variables. Up to now, those were BSS machine algorithms. We studied the implementation of these algorithms on digital computers, and propose an algorithm using floating arithmetic for this problem.

Le théorème de Carathéodory coloré, prouvé en 1982 par Bárány, énonce le résultat suivant. Etant donnés d Å1 ensembles de points S1,SdÅ1 dans Rd , si chaque Si contient 0 dans son enveloppe convexe, alors il existe un sous-ensemble arc-en-ciel T µ SdÅ1 iÆ1 Si contenant 0 dans son enveloppe convexe, i.e. un sous-ensemble T tel que jT \Si j • 1 pour tout i et tel que 0 2 conv(T ). Ce théorème a donné naissance à de nombreuses questions, certaines algorithmiques et d’autres plus combinatoires. Dans ce manuscrit, nous nous intéressons à ces deux aspects. En 1997, Bárány et Onn ont défini la programmation linéaire colorée comme l’ensemble des questions algorithmiques liées au théorème de Carathéodory coloré. Parmi ces questions, deux ont particulièrement retenu notre attention. La première concerne la complexité du calcul d’un sous-ensemble arc-en-ciel comme dans l’énoncé du théorème. La seconde, en un sens plus générale, concerne la complexité du problème de décision suivant. Etant donnés des ensembles de points dans Rd , correspondant aux couleurs, il s’agit de décider s’il existe un sous-ensemble arc-en-ciel contenant 0 dans son enveloppe convexe, et ce en dehors des conditions du théorème de Carathéodory coloré. L’objectif de cette thèse est de mieux délimiter les cas polynomiaux et les cas “difficiles” de la programmation linéaire colorée. Nous présentons de nouveaux résultats de complexités permettant effectivement de réduire l’ensemble des cas encore incertains. En particulier, des versions combinatoires du théorème de Carathéodory coloré sont présentées d’un point de vue algorithmique. D’autre part, nous montrons que le problème de calcul d’un équilibre de Nash dans un jeu bimatriciel peut être réduit polynomialement à la programmation linéaire coloré. En prouvant ce dernier résultat, nous montrons aussi comment l’appartenance des problèmes de complémentarité à la classe PPAD peut être obtenue à l’aide du lemme de Sperner. Enfin, nous proposons une variante de l’algorithme de Bárány et Onn, calculant un sous ensemble arc-en-ciel contenant 0 dans son enveloppe convexe sous les conditions du théorème de Carathéodory coloré. Notre algorithme est clairement relié à l’algorithme du simplexe. Après une légère modification, il coïncide également avec l’algorithme de Lemke, calculant un équilibre de Nash dans un jeu bimatriciel. La question combinatoire posée par le théorème de Carathéodory coloré concerne le nombre de sous-ensemble arc-en-ciel contenant 0 dans leurs enveloppes convexes. Deza, Huang, Stephen et Terlaky (Colourful simplicial depth, Discrete Comput. Geom., 35, 597–604 (2006)) ont formulé la conjecture suivante. Si jSi j Æ d Å1 pour tout i 2 {1, . . . ,d Å1}, alors il y a au moins d2Å1 sous-ensemble arc-en-ciel contenant 0 dans leurs enveloppes convexes. Nous prouvons cette conjecture à l’aide d’objets combinatoires, connus sous le nom de systèmes octaédriques, dont nous présentons une étude plus approfondie / The colorful Carathéodory theorem, proved by Bárány in 1982, states the following. Given d Å1 sets of points S1, . . . ,SdÅ1 µ Rd , each of them containing 0 in its convex hull, there exists a colorful set T containing 0 in its convex hull, i.e. a set T µ SdÅ1 iÆ1 Si such that jT \Si j • 1 for all i and such that 0 2 conv(T ). This result gave birth to several questions, some algorithmic and some more combinatorial. This thesis provides answers on both aspects. The algorithmic questions raised by the colorful Carathéodory theorem concern, among other things, the complexity of finding a colorful set under the condition of the theorem, and more generally of deciding whether there exists such a colorful set when the condition is not satisfied. In 1997, Bárány and Onn defined colorful linear programming as algorithmic questions related to the colorful Carathéodory theorem. The two questions we just mentioned come under colorful linear programming. This thesis aims at determining which are the polynomial cases of colorful linear programming and which are the harder ones. New complexity results are obtained, refining the sets of undetermined cases. In particular, we discuss some combinatorial versions of the colorful Carathéodory theorem from an algorithmic point of view. Furthermore, we show that computing a Nash equilibrium in a bimatrix game is polynomially reducible to a colorful linear programming problem. On our track, we found a new way to prove that a complementarity problem belongs to the PPAD class with the help of Sperner’s lemma. Finally, we present a variant of the “Bárány-Onn” algorithm, which is an algorithmcomputing a colorful set T containing 0 in its convex hull whose existence is ensured by the colorful Carathéodory theorem. Our algorithm makes a clear connection with the simplex algorithm. After a slight modification, it also coincides with the Lemke method, which computes a Nash equilibriumin a bimatrix game. The combinatorial question raised by the colorful Carathéodory theorem concerns the number of positively dependent colorful sets. Deza, Huang, Stephen, and Terlaky (Colourful simplicial depth, Discrete Comput. Geom., 35, 597–604 (2006)) conjectured that, when jSi j Æ d Å1 for all i 2 {1, . . . ,d Å1}, there are always at least d2Å1 colourful sets containing 0 in their convex hulls. We prove this conjecture with the help of combinatorial objects, known as the octahedral systems. Moreover, we provide a thorough study of these objects

Dans cette recherche, on s’intéresse à l’étude asymptotique des méthodes de points intérieurs pour la programmation linéaire. En se basant sur les travaux de Schrijver et Padberg, nous proposons deux nouveaux pas de déplacement pour accélérer la convergence de l'algorithme de Karmarkar et réduire sa complexité algorithmique. Le premier pas est une amélioration modérée du comportement de l'algorithme, le deuxième représente le meilleur pas de déplacement fixe obtenu jusqu'à présent. Ensuite nous proposons deux approches paramétrées de la l'algorithme de trajectoire centrale basé sur les fonctions noyau. La première fonction généralise la fonction noyau proposé par Y. Q. Bai et al., la deuxième est la première fonction noyau trigonométrique qui donne la meilleure complexité algorithmique, obtenue jusqu'à présent. Ces propositions ont apporté des nouvelles contributions d'ordre algorithmique, théorique et numérique. / In this research, we are interested by asymptotic study of interior point methods for linear programming. By basing itself on the works of Schrijver and Padberg, we propose two new displacement steps to accelerate the convergence of Karmarkar's algorithm and reduce its algorithmic complexity. The first step is a moderate improvement of the behaviour of this algorithm; the second represents the best fixed displacement step obtained actually. We propose two parameterized approaches of the central trajectory algorithm via a kernel function. The first function generalizes the kernel function given by Y. Q. Bai et al., the second is the first trigonometric kernel function that gives the best algorithmic complexity, obtained until now. These proposals have made new contributions of algorithmic, theoretical and numerical order.

Cette thèse est une étude de la géométrie de l'interaction dans le facteur hyperfini (GdI5), introduite par Jean-Yves Girard, et de ses liens avec les constructions plus anciennes. Nous commençons par montrer comment obtenir des adjonctions purement géométriques comme une identité entre des ensembles de cycles apparaissant entre des graphes. Il est alors possible, en choisissant une fonction qui mesure les cycles, d'obtenir une adjonction numérique. Nous montrons ensuite comment construire, sur la base d'une adjonction numérique, une géométrie de l'interaction pour la logique linéaire multiplicative additive où les preuves sont interprétées par des graphes. Nous expliquons également comment cette construction permet de définir une sémantique dénotationnelle de MALL, et une notion de vérité. Nous étudions finalement une généralisation de ce cadre afin d'interpréter les exponentielles et le second ordre. Les constructions sur les graphes étant paramétrées par une fonction de mesure des cycles, nous entreprenons ensuite l'étude de deux cas particuliers. Le premier s'avère être une version combinatoire de la GdI5, et nous obtenons donc une interprétation géométrique de l'orthogonalité basée sur le déterminant de Fuglede-Kadison. Le second cas particulier est une version combinatoire des constructions plus anciennes de la géométrie de l'interaction, où l'orthogonalité est basée sur la nilpotence. Ceci permet donc de comprendre le lien entre les différentes versions de la géométrie de l'interaction, et d'en déduire que les deux adjonctions — qui semblent à première vue si différentes — sont des conséquences d'une même identité géométrique. / This work is a study of the geometry of interaction in the hyperfinite factor introduced by Jean-Yves Girard, and of its relations with ancient constructions. We start by showing how to obtain purely geometrical adjunctions as an identity between sets of cycles appearing between graphs. It is then possible, by chosing a function that measures those cycles, to obtain a numerical adjunction. We then show how to construct, on the basis of such a numerical adjunction, a geometry of interaction for multiplicative additive linear logic where proofs are interpreted as graphs. We also explain how to define from this construction a denotational semantics for MALL, and a notion of truth. We extend this setting in order to deal with exponential connectives and show a full soundness result for a variant of elementary linear logic (ELL). Since the constructions on graphs we define are parametrized by a function that measures cycles, we then focus our study to two particular cases. The first case turns out to be a combinatorial version of GoI5, and we thus obtain a geometrical caracterisation of its orthogonality which is based on Fuglede-Kadison determinant. The second particular case we study will giveus a refined version of older constructions of geometry of interaction, where orthogonality is based on nilpotency. This allows us to show how these two versions of GoI, which seem quite different, are related and understand that the respective adjunctions are both consequences of a unique geometrical property. In the last part, we study the notion of subjective truth.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la représentation des connaissances et du raisonnement en Intelligence Artificielle. Elle traite divers aspects du changement de croyances dans le cadre de fragments de la logique propositionnelle.Dans un premier temps, nous nous intéressons à la complexité du problème de vérification de modèle pour des opérateurs de révision de bases de croyances dans le cadre général de la logique propositionnelle et dans le cadre restreint des formules de Horn et des formules de Krom.Notre contribution principale porte ensuite sur le raffinement des opérateurs de changement de croyances afin que ceux-ci opèrent dans des fragments de la logique propositionnelle. Nous examinons en particulier les opérations de révision, de mise-à-jour et de contraction. Cette approche permet, dans chacun des cas, d'obtenir des opérateurs concrets, dont nous étudions les propriétés logiques en terme de de satisfaction de postulats que doivent satisfaire les opérateurs de changement de croyances rationnels. Divers fragments de la logique propositionnelle sont considérés, notamment les fragment de Horn et de Krom. / This thesis takes place in the field of knowledge representation and reasoning in Artificial Intelligence.It deals with various issues of belief change within fragments of propositional logic.First we focus on the complexity of model-checking for different revision operators within the general framework of propositional logic and within the framework of Horn and Krom fragments.Second, our main contribution is the study of the refinement of belief change operators in such a way that they act within fragments of propositional logic. In particular, we address refinement of revision, update and contraction operators. In each case this approach allows us to define concrete operators, for which we study logical properties in terms of satisfaction of postulates that should hold for any rational belief change operator. Various propositional fragments of propositional logic are considered, such as Horn and Krom fragments.

Cette thèse de doctorat étudie trois problèmes à l'aide des outils de la mécanique statistique. Nous montrons l'existence du phénomène d'universalité critique pour la transition de phases dynamique de certains algorithmes de recherche combinatoire. Nous donnons les valeurs exactes des exposants critiques et une formule analytique pour une fonction d'échelle. Nous développons un formalisme qui nous permet de calculer un développement perturbatif systématique, en grandes dimensions d'espace, de la fonction de grandes déviations de l'état métastable du processus de contact. Il peut resservir entre autres pour d'autres modèles de biologie des populations. Nous introduisons enfin deux modèles bidimensionnels exactement solubles pour la statique des milieux granulaires. Ils reproduisent la transition de jamming et permettent de discuter les différentes échelles de longueurs de ces milieux et de mettre en défaut l'hypothèse d'Edwards dans un cas réaliste.

Cette thèse est consacrée à l'évaluation de requêtes logiques du point de vue de l'énumération. Nous étudions quatre classes de requêtes. En premier lieu, nous nous intéressons aux formules conjonctives acycliques avec inégalités pour lesquelles nous améliorons un résultat de Papadimitriou et Yannakakis en montrant que de telles requêtes logiques peuvent être évaluées à délai linéaire en la taille de la structure. Nous exhibons ensuite la sous-classe des formules connexe-acycliques pour lesquelles l'évaluation de requêtes s'effectue à délai constant après prétraitement linéaire. Nous montrons que cette classe est maximale pour ce résultat dans le sens suivant: si le produit de matrices booléennes ne peut pas être calculé en temps linéaire alors toute requête conjonctive acyclique est évaluable à délai constant après prétra itement linéaire si et seulement si elle est connexe-acyclique. En second lieu, nous démontrons que toute requête MSO sur une classe de structures de largeur arborescente bornée peut être évaluée à délai linéaire en la taille de chaque solution produite après un prétraitement linéaire en la taille de la structure. En troisième lieu, nous montrons que, pour chaque requête en logique du premier ordre sur des structures de degré borné, il est possible de trouver en temps constant la j-ème solution dans un certain ordre après un prétraitement linéraire. Enfin, nous établissons que les graphes d'intervalles unitaires ont une largeur de clique localement bornée. D'où nous déduisons que tout énoncé du premier ordre sur ces graphes est décidable en temps linéaire; là encore, nous démontrons une certaine maximalité de ce résultat.

Cette thèse s'intéresse à la conception et le développement des techniques de bioinfor- matique qui peuvent faciliter l'utilisation de l'approche metabarcoding pour mesurer la diversité d'espèces. Le metabarcoding peut être utilisé avec le séquencage haut débit pour l'identification d'espèces multiples à partir d'un seul échantillon environnemental. La véritable force du metabarcoding réside dans l'utilisation de barcode marqueurs choisi pour une étude particulière et l'identification d'espèces ou des taxons peut être réalisé avec des marqueurs soigneusement conçu. Avec l'avancement des techniques haut débit de séquençage, une énorme quantité des données de séquences est produit qui contient un nombres substantiel des mutations. Ces mutations posent un grand problème pour les estimations correctes de la biodiversité et pour le d'assignation de taxon. Les trois problèmes majeurs dans le domaine de la bioinformatique que j'ai abordés dans cette thèse sont: i) évaluer la qualité d'une barcode marker , ii) concevoir des nouveaux région barcode et iii) d'analyser les données de séquençage pour traiter les erreurs et éliminer le bruit en séquences. Pour évaluer la qualité d'un barcode marker, on a développé deux mesures quantita- tive,formelle: la couverture (Bc) et la spécificité (Bs). La couverture donne une mesure de universalité d'une pairs de primer pour amplifier un large nombre de taxa, alors que la spécificité donne une mesure de capacité à discriminer entre les différents taxons. Ces mesures sont très utiles pour le classement des barcode marker et pour sélectionner les meilleurs markers. Pour trouver des nouveaux région barcode notamment pour les applications metabarcod- ing, j'ai développé un logiciel, ecoPrimers3. Basé sur ces deux mesures de qualité et de l'information taxinomique intégré, ecoPrimers nous permet de concevoir barcode markers pour n'importe quel niveau taxonomique . En plus, avec un grand nombre de paramètres réglables il nous permet de contrôler les propriétés des amorces. Enfin, grâce a des algorithmes efficaces et programmé en langage C, ecoPrimers est suffisamment efficace pour traiter des grosses bases de données, y compris génomes bactériens entièrement séquencés. Enfin pour traiter des erreurs présentes dans les données de séquencage , nous avons analysé un ensemble simple d'échantillons de PCR obtenus à partir de l'analyse du régime alimentaire de Snow Leopard. En mesurant les corrélations entre les différents paramètres des erreurs, nous avons observé que la plupart des erreurs sont produites pendant l'amplification par PCR. Pour détecter ces erreurs, nous avons développé un algorithme utilisant les graphes, qui peuvent différencier les vrai séquences des erreurs induites par PCR. Les résultats obtenus à partir de cet algorithme a montré que les données de-bruitée a donnent une estimation réaliste de la diversité des espèces étudiées dans les Alpes françaises.