Afin de mieux comprendre le fonctionnement d'un système biologique, il est nécessaire d'étudier les différentes entités qui le composent. Pour cela, on peut modéliser ces interactions biologiques sous la forme de graphes. Pour certains de ces graphes, les sommets sont colorés afin d'apporter une information supplémentaire sur la couleur qui leur est associée. Dans ce cadre, une problématique courante consiste à y rechercher un sous-graphe d'intérêt appelé motif. Dans la première partie de ce manuscrit, on présente un état de l'art d'un point de vue algorithmique sur le problème GRAPH MOTIF, qui consiste à rechercher des motifs dits fonctionnels dans ce type de graphes. La modélisation de systèmes biologiques sous la forme de graphes peut également être appliquée em spectrométrie de masse. Ainsi, on introduit le problème MAXIMUM COLORFUL ARBORESCENCE (MCA) dans le but de déterminer de novo la formule moléculaire de métabolites inconnus. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, on réalise une étude algorithmique du problème MCA. Alors que MCA est algorithmiquement difficile à résoudre même dans des classes de graphes très contraintes, notre modélisation nous permet notamment d'obtenir de nouveaux algorithmes d'approximation dans ces mêmes classes, ainsi que de déterminer une nouvelle classe de graphes dans laquelle MCA se résout en temps polynomial. On montre également des résultats de complexité paramétrée pour ce problème, que l'on compare ensuite à ceux de la littérature sur des instances issues de données biologiques. / Ln order to better understand how a biological system works, it is necessary to study the interactions between the different entities that compose it. To this aim, these biological interactions can be modelled in the form of graphs. ln some of these graphs, the vertices are colored in order to provide additional information on the entity which is associated with them. ln this context, a common subproblem consists in searching for a subgraph of interest, called a motif, in these graphs. ln the first part of this manuscript, we present a state of the art from an algorithmical point of view of the GRAPH MOTIF problem, which consists in searching for so-called functional motifs in vertex-colored graphs. The modeling of biological systems in graphs form can also be applied in mass spectrometry. Thus, we introduce the MAXIMUM COLORFUL ARBORESCENCE problem (MCA) in order to de novo determine the molecular formula of unknown metabolites. ln the second part of this manuscript, we carry out an algorithmic study of the MCA problem. While MCA is algorithmically difficult to solve even in very constrained graph classes, our modeling allows us to obtain new approximation algorithms in these same classes, as well as to determine a new graph class in which MCA is solved in polynomial time. Parameterized complexity results for this problem are also shown, which are then compared to those in the literature on instances from biological data.

De nombreux problèmes de la vie réelle sont NP-Difficiles et ne peuvent pas être résolus en temps polynomial. Deux paradigmes notables pour les résoudre quand même sont: l'approximation et la complexité paramétrée. Dans cette thèse, on présente une nouvelle technique appelée "gloutonnerie-Pour-La-Paramétrisation". On l'utilise pour établir ou améliorer la complexité paramétrée de nombreux problèmes et également pour obtenir des algorithmes paramétrés pour des problèmes à cardinalité contrainte sur les graphes bipartis. En vue d'établir des résultats négatifs sur l'approximabilité en temps sous-Exponentiel et en temps paramétré, on introduit différentes méthodes de sparsification d'instances préservant l'approximation. On combine ces "sparsifieurs" à des réductions nouvelles ou déjà connues pour parvenir à nos fins. En guise de digestif, on présente des résultats de complexité de jeux comme le Bridge et Havannah. / Several real-Life problems are NP-Hard and cannot be solved in polynomial time.The two main options to overcome this issue are: approximation and parameterized complexity. In this thesis, we present a new technique called greediness-For-Parameterization and we use it to improve the parameterized complexity of many problems. We also use this notion to obtain parameterized algorithms for some problems in bipartite graphs. Aiming at establishing negative results on the approximability in subexponential time and in parameterized time, we introduce new methods of sparsification that preserves approximation. We combine those "sparsifiers" with known or new reductions to achieve our goal. Finally, we present some hardness results of games such as Bridge and Havannah.

La théorie de la NP-complétude nous apprend que pour un certain nombre de problèmes d'optimisation, il est vain d'espérer un algorithme efficace calculant une solution optimale. Partant de ce constat, un moyen pour contourner cet obstacle est de réaliser un compromis sur chacun de ces critères, engendrant deux approches devenues classiques. La première, appelée approximation polynomiale, consiste à développer des algorithmes efficaces et retournant une solution proche d'une solution optimale. La seconde, appelée complexité paramétrée, consiste à développer des algorithmes retournant une solution optimale mais dont l'explosion combinatoire est capturée par un paramètre de l'entrée bien choisi. Cette thèse comporte deux objectifs. Dans un premier temps, nous proposons d'étudier et d'appliquer les méthodes classiques de ces deux domaines afin d'obtenir des résultats positifs et négatifs pour deux problèmes d'optimisation dans les graphes : un problème de partition appelé Sparsest k-Compaction, et un problème de recherche d'un sous-graphe avec une cardinalité fixée appelé Sparsest k-Subgraph. Dans un second temps, nous présentons comment les méthodes de ces deux domaines ont pu se combiner ces dernières années pour donner naissance au principe d'approximation paramétrée. En particulier, nous étudierons les liens entre approximation et algorithmes de noyaux. / The theory of NP-completeness tells us that for many optimization problems, there is no hope for finding an efficient algorithm computing an optimal solution. Based on this, two classical approaches have been developped to deal with these problems. The first one, called polynomial- time approximation, consists in designing efficient algorithms computing a solution that is close to an optimal one. The second one, called param- eterized complexity, consists in designing exact algorithms which com- binatorial explosion is captured by a carefully chosen parameter of the instance. The goal of this thesis is twofold. First, we study and apply classical methods from these two domains in order to obtain positive and negative results for two optimization problems in graphs: a partitioning problem called Sparsest k-Compaction, and a cardinality constraint subgraph problem called Sparsest k-Subgraph. Then, we present how the different methods from these two domains have been combined in recent years in a concept called parameterized approximation. In particular, we study the links between approximation and kernelization algorithms.

Au cours de la thèse, nous nous sommes intéressés aux problèmes d'empilement de wafers. Ces problèmes apparaissent lors de la fabrication de processeurs en 3 dimensions. Au cours du processus de fabrication, les puces électroniques doivent être empilées les unes sur les autres. Jusqu'à peu, ces dernières, une fois gravées sur des plaques de silicium appelées wafers, étaient découpées, puis triées afin d'écarter les puces défectueuses et enfin assemblées les unes entre elles.Cependant empiler les wafers plutôt que les puces présente de nombreux avantages techniques et financiers. Naturellement, étant impossible d'écarter les puces défectueuses sans découper la plaque de silice, le problème de la superposition d'une puce viable avec une puce défectueuse se pose. Une pile de puces, étant considérées comme défectueuse si elle contient ne serait-ce qu'une puce défectueuse, la superposition non réfléchie des wafers entre eux mènerait à un rendement désastreux.Afin de générer un nombre minimum de piles défectueuses, une "cartographie" de chaque wafer candidat à la superposition est réalisée lors d'une phase de test, permettant de situer les puces défectueuses sur le wafer. Une fois cette cartographie réalisée, l'objectif est de sélectionner les wafers qui seront assemblés ensembles de manière à faire correspondre les défauts de chacun des wafers.Ce problème peut être modélisé à l'aide d'un problème d'affectation multidimensionnelle. Chaque wafer est représenté par un vecteur comportant autant de composantes que de puces sur le wafer qu'il représente. Une composante égale à zéro matérialise une puce défectueuse tandis qu'un un matérialise une puce viable. Chaque lot de wafers est représenté par un lot de vecteurs. Formellement, une instance d'empilement de wafers est représenté par m ensembles de n vecteurs binaires p-dimensionnels. L'objectif est alors de réaliser n m-uplets disjoints contenant exactement un vecteur par ensemble. Ces m-uplets représenteront les piles. Chaque m-uplet peut être représenté par un vecteur binaire p-dimensionnels, chaque composante étant calculée en réalisant le ET binaire des composantes correspondantes des vecteurs qui composent le m-uplet. Autrement dit, une composante du vecteur représentant le m-uplet est égale à un si et seulement si tous les vecteurs ont cette composante égale à un. Et donc une pile de puces est viables si toutes les puces qui la composent sont viables. L'objectif est alors de minimiser le nombre de zéros ou de maximiser le nombre de un.La thèse comporte deux grandes parties. Une partie théorique abordant la complexité des différentes versions du problèmes en fonction de certains paramètres tels que m, n, p ou encore le nombre maximum de zéros par vecteurs. Nous montrons entre autre que ces problèmes peuvent être utilisés pour modéliser des problèmes plus classiques tels que Maximum Clique, Minimum Vertex Cover ou encore k-Dimensional Matching, permettant de prouver un certain nombre de résultats négatifs que ce soit d'un point de vue de la complexité classique, l'approximabilité ou la complexité paramétrée. Nous fournissons également des résultats positifs pour des cas particuliers du problème.Dans un second temps, nous nous intéressons à la résolution pratique du problème en fournissant et comparant un certain nombre de formulations en Programmation Linéaire en Nombres Entiers. Mais nous nous intéressons également aux performances en pratique de certaines heuristiques à garantie de performances détaillées dans la partie théorique. / In this thesis, we focused in the Wafer-to-Wafer integration problems. These problems come from IC manufacturing. During the production of three-dimensional processors, dies have to be superimposed. Until recent, the dies were engraved on a silicon disk called wafer, then were cut, tested and sorted to suppress faulty dies and lastly superimposed one to each other.However superimposing wafers instead of dies presents several technical and financial advantages. Since faulty dies can only be dismissed when cutting the wafer, superimpose two wafers can lead to superimpose a faulty die with a viable one. In this case, the resulting stack of dies is considered as faulty. It follows that a bad assignment between the wafers can lead to a disastrous yield.In order to minimize the number of faulty dies stacks, a "failure map" of each wafer is generated during a test phase. This map gives location of the faulty dies on the wafers. The objective is then to take advantage of this map to define an assignment of the wafers to each other in order to match as many failures as possible.This problem can be modelized with Multidimensional Assignment problems. Each wafer can be seen as a vector with as many dimensions as the number of dies engraved on it. A coordinate set to zero marks a faulty die while a coordinate set to one indicates a viable one. Each seat of wafers is represented by a set of vector. Formally, an instance of a Wafer-to-Wafer integration problem is represented by m sets of n p-dimensional vectors. The objective is then to partition the vectors into n disjoint m-tuples, each tuple containing exactly one vector per set. An m-tuple represents a stack of wafers. Every m-tuple can be represented by a p-dimensional vector. Each coordinate is computed by performing the bitwise AND between the corresponding coordinates of the vectors that compose the m-tuple. In other words, a coordinate of the representative vector is equal to one if and only if this coordinate is equal to one in every vector composing the tuple. It follows that a dies stack is viable if and only if all the dies composing the stack are viable. The objective is then to maximize the overall number of ones of to minimize the overall number of zeros.The first part of the thesis is a theoretical one. We study the complexity of the considered versions of the problem with regards to natural parameters such as m, n, p or the number of zeros per vector. We show that these problems can encode more classical problems such as Maximum Clique, Minimum Vertex Cover or k-Dimensional Matching. This leads to several negative results from computational complexity, approximability or even parameterized complexity point of view. We also provide several positive results for some specific cases of the problem.In a second part, we focus on the practical solving of the problem. We provide and compare several Integer Linear Programming formulations. We also focus on performances of some approximation algorithms that we detailed in the theoretical part.

En algorithmique et en complexité, la plus grande part de la recherche se base sur l’hypothèse que P ≠ NP (Polynomial time et Non deterministic Polynomial time), c'est-à-dire qu'il existe des problèmes dont la solution peut être vérifiée mais non construite en temps polynomial. Si cette hypothèse est admise, de nombreux problèmes naturels ne sont pas dans P (c'est-à-dire, n'admettent pas d'algorithme efficace), ce qui a conduit au développement de nombreuses branches de l'algorithmique. L'une d'elles est la complexité paramétrée. Elle propose des algorithmes exacts, dont l'analyse est faite en fonction de la taille de l'instance et d'un paramètre. Ce paramètre permet une granularité plus fine dans l'analyse de la complexité.Un algorithme sera alors considéré comme efficace s'il est à paramètre fixé, c'est-à-dire, lorsque sa complexité est exponentielle en fonction du paramètre et polynomiale en fonction de la taille de l'instance. Ces algorithmes résolvent les problèmes de la classe FPT (Fixed Parameter Tractable).L'extraction de noyaux est une technique qui permet, entre autre, d’élaborer des algorithmes à paramètre fixé. Elle peut être vue comme un pré-calcul de l'instance, avec une garantie sur la compression des données. Plus formellement, une extraction de noyau est une réduction polynomiale depuis un problème vers lui même, avec la contrainte supplémentaire que la taille du noyau (l'instance réduite) est bornée en fonction du paramètre. Pour obtenir l’algorithme à paramètre fixé, il suffit de résoudre le problème dans le noyau, par exemple par une recherche exhaustive (de complexité exponentielle, en fonction du paramètre). L’existence d'un noyau implique donc l'existence d'un algorithme à paramètre fixé, la réciproque est également vraie. Cependant, l’existence d'un algorithme à paramètre fixé efficace ne garantit pas un petit noyau, c'est a dire un noyau dont la taille est linéaire ou polynomiale. Sous certaines hypothèses, il existe des problèmes n’admettant pas de noyau (c'est-à-dire hors de FPT) et il existe des problèmes de FPT n’admettant pas de noyaux polynomiaux.Un résultat majeur dans le domaine des noyaux est la construction d'un noyau linéaire pour le problème Domination dans les graphes planaires, par Alber, Fellows et Niedermeier.Tout d'abord, la méthode de décomposition en régions proposée par Alber, Fellows et Niedermeier, a permis de construire de nombreux noyaux pour des variantes de Domination dans les graphes planaires. Cependant cette méthode comportait un certain nombre d’imprécisions, ce qui rendait les preuves invalides. Dans la première partie de notre thèse, nous présentons cette méthode sous une forme plus rigoureuse et nous l’illustrons par deux problèmes : Domination Rouge Bleue et Domination Totale.Ensuite, la méthode a été généralisée, d'une part, sur des classes de graphes plus larges (de genre borné, sans-mineur, sans-mineur-topologique), d'autre part, pour une plus grande variété de problèmes. Ces méta-résultats prouvent l’existence de noyaux linéaires ou polynomiaux pour tout problème vérifiant certaines conditions génériques, sur une classe de graphes peu denses. Cependant, pour atteindre une telle généralité, il a fallu sacrifier la constructivité des preuves : les preuves ne fournissent pas d'algorithme d'extraction constructif et la borne sur le noyau n'est pas explicite. Dans la seconde partie de notre thèse nous effectuons un premier pas vers des méta-résultats constructifs ; nous proposons un cadre général pour construire des noyaux linéaires en nous inspirant des principes de la programmation dynamique et d'un méta-résultat de Bodlaender, Fomin, Lokshtanov, Penninkx, Saurabh et Thilikos. / In the fields of Algorithmic and Complexity, a large area of research is based on the assumption that P ≠ NP(Polynomial time and Non deterministic Polynomial time), which means that there are problems for which a solution can be verified but not constructed in polynomial time. Many natural problems are not in P, which means, that they have no efficient algorithm. In order to tackle such problems, many different branches of Algorithmic have been developed. One of them is called Parametric Complexity. It consists in developing exact algorithms whose complexity is measured as a function of the size of the instance and of a parameter. Such a parameter allows a more precise analysis of the complexity. In this context, an algorithm will be considered to be efficient if it is fixed parameter tractable (fpt), that is, if it has a complexity which is exponential in the parameter and polynomial in the size of the instance. Problems that can be solved by such an algorithm form the FPT class.Kernelisation is a technical that produces fpt algorithms, among others. It can be viewed as a preprocessing of the instance, with a guarantee on the compression of the data. More formally, a kernelisation is a polynomial reduction from a problem to itself, with the additional constraint that the size of the kernel, the reduced instance, is bounded by a function of the parameter. In order to obtain an fpt algorithm, it is sufficient to solve the problem in the reduced instance, by brute-force for example (which has exponential complexity, in the parameter). Hence, the existence of a kernelisiation implies the existence of an fpt algorithm. It holds that the converse is true also. Nevertheless, the existence of an efficient fpt algorithm does not imply a small kernel, meaning a kernel with a linear or polynomial size. Under certain hypotheses, it can be proved that some problems can not have a kernel (that is, are not in FPT) and that some problems in FPT do not have a polynomial kernel.One of the main results in the field of Kernelisation is the construction of a linear kernel for the Dominating Set problem on planar graphs, by Alber, Fellows and Niedermeier.To begin with, the region decomposition method proposed by Alber, Fellows and Niedermeier has been reused many times to develop kernels for variants of Dominating Set on planar graphs. Nevertheless, this method had quite a few inaccuracies, which has invalidated the proofs. In the first part of our thesis, we present a more thorough version of this method and we illustrate it with two examples: Red Blue Dominating Set and Total Dominating Set.Next, the method has been generalised to larger classes of graphs (bounded genus, minor-free, topological-minor-free), and to larger families of problems. These meta-results prove the existence of a linear or polynomial kernel for all problems verifying some generic conditions, on a class of sparse graphs. As a price of generality, the proofs do not provide constructive algorithms and the bound on the size of the kernel is not explicit. In the second part of our thesis, we make a first step to constructive meta-results. We propose a framework to build linear kernels based on principles of dynamic programming and a meta-result of Bodlaender, Fomin, Lokshtanov, Penninkx, Saurabh and Thilikos.

Pour mieux saisir les liens complexes entre génotype et phénotype, une méthode utilisée consiste à étudier les relations entre différents éléments biologiques (entre les protéines, entre les métabolites...). Celles-ci forment ce qui est appelé un réseau biologique, que l'on représente algorithmiquement par un graphe. Nous nous intéressons principalement dans cette thèse au problème de la recherche d'un motif (multi-ensemble de couleurs) dans un graphe coloré, représentant un réseau biologique. De tels motifs correspondent généralement à un ensemble d'éléments conservés au cours de l'évolution et participant à une même fonction biologique. Nous continuons l'étude algorithmique de ce problème et de ses variantes (qui admettent plus de souplesse biologique), en distinguant les instances difficiles algorithmiquement et en étudiant différentes possibilités pour contourner cette difficulté (complexité paramétrée, réduction d'instance, approximation...). Nous proposons également un greffon intégré au logiciel Cytoscape pour résoudre efficacement ce problème, que nous testons sur des données réelles.Nous nous intéressons également à différents problèmes de génomique comparative. La démarche scientifique adoptée reste la même: depuis une formalisation d'un problème biologique, déterminer ses instances difficiles algorithmiquement et proposer des solutions pour contourner cette difficulté (ou prouver que de telles solutions sont impossibles à trouver sous des hypothèses fortes) / To investigate the complex links between genotype and phenotype, one can study the relations between different biological entities. It forms a biological network, represented by a graph. In this thesis, we are interested in the occurrence of a motif (a multi-set of colors) in a vertex-colored graph, representing a biological network. Such motifs usually correspond to a set of elements realizing a same function, and which may have been evolutionarily preserved. We follow the algorithmic study of this problem, by establishing hard instances and studying possibilities to cope with the hardness (parameterized complexity, preprocessing, approximation...). We also develop a plugin for Cytoscape, in order to solve efficiently this problem and to test it on real data.We are also interested in different problems related to comparative genomics. The scientific method is the same: studying problems arising from biology, specifying the hard instances and giving solutions to cope with the hardness (or proving such solutions are unlikely)

Dans un graphe orienté contenant un nœud appelé racine, un sous ensemble de nœuds appelés terminaux et une pondération sur les arcs, le problème de l’arborescence de Steiner (DST) consiste en la recherche d’une arborescence de poids minimum contenant pour chaque terminal un chemin de la racine vers ce terminal. Ce problème est NP-Complet. Cette thèse se penche sur l’étude de l’approximabilité de ce problème. Sauf si P=NP, il n’existe pas pour ce problème d’approximation de rapport constant ou logarithmique en k, oú k est le nombre de terminaux. Le plus petit rapport d’approximation connu est O (k") où " est un réel strictement positif. Dans la première partie, nous donnons trois algorithmes d’approximation : un algorithme glouton efficace qui associe deux techniques d’approximations connues pour DST, un algorithme dans le cas des graphes structurés en paliers qui étudie l’approximabilité du problème quand les terminaux sont éloignés de la racine, et un algorithme exponentiel qui combine un algorithme d’approximation et un algorithme exact, dont le rapport d’approximation et la complexité temporelle sont paramétrés par le nombre de terminaux couverts par l’algorithme exact. Dans la seconde partie, nous étudions deux problèmes issus de DST auquel est ajoutée une contrainte sur les nœuds de branchement. Cette contrainte réduit le nombre de solutions réalisables et peut faciliter la recherche d’une solution optimale parmi ce sous-ensemble de solutions. En fonction de la contrainte, nous étudions la possibilité de la trouver en temps polynomial et quel est le rapport d’approximation entre cette solution et la solution du problème non contraint / The directed Steiner tree problem (DST) asks, considering a directed weighted graph, a node r called root and a set of nodes X called terminals, for a minimum cost directed tree rooted in r spanning X. DST is an NP-complete problem. We are interested in the search for polynomial approximations for DST. Unless P = NP, DST can not be approximated neither within a constant ratio nor a logarithmic ratio with respected to k, where k is the number of terminals. The smallest known approximation ratio is O(kԑ)$ where ԑ is a positive real.In the first part, we provide three new approximation algorithms : a practical greedy algorithm merging two of the main approximation techniques for DST, an algorithm for the case where the graph is layered and where the distance between the terminals and the root is high, and an exponential approximation algorithm combining an approximation algorithm and an exact algorithm, parameterized with the number of terminals the exact algorithm must cover.In the last part we study DST with two branching constraints. With this technique, we are able to reduce the number of feasible solutions, and possibly facilitate the search for an optimal solution of the constraint problem. We study how it is possible to build such a solution in polynomial time and if this solution is a good approximation of an optimal solution of the non-constraint problem

Nous étudions des problèmes NP-difficiles portant sur les graphes contenant des blocages.Nous traitons les problèmes de coupes du point de vue de la complexité paramétrée. La taille p de la coupe est le paramètre. Étant donné un ensemble de sources {s1,...,sk} et une cible t, nous proposons un algorithme qui construit une coupe de taille au plus p séparant au moins r sources de t. Nous nommons ce problème NP-complet Partial One-Target Cut. Notre algorithme est FPT. Nous prouvons également que la variante de Partial One-Target Cut, où la coupe est composée de noeuds, est W[1]-difficile. Notre seconde contribution est la construction d'un algorithme qui compte les coupes minimums entre deux ensembles S et T en temps $2^{O(plog p)}n^{O(1)}$.Nous présentons ensuite plusieurs résultats sur le ratio de compétitivité des stratégies déterministes et randomisées pour le problème du voyageur canadien.Nous prouvons que les stratégies randomisées n'utilisant pas de mémoire ne peuvent pas améliorer le ratio 2k+1. Nous apportons également des éléments concernant les bornes inférieures de compétitivité de l'ensemble des stratégies randomisées. Puis, nous étudions la compétitivité en distance d'un groupe de voyageurs avec et sans communication. Enfin, nous nous penchons sur la compétitivité des stratégies déterministes pour certaines familles de graphes. Deux stratégies, avec un ratio inférieur à 2k+1 sont proposées: une pour les graphes cordaux avec poids uniformes et l'autre pour les graphes où la taille de la plus grande coupe minimale séparant s et t est au plus k. / We study NP-hard problems on graphs with blockages seen as models of networks which are exposed to risk of failures.We treat cut problems via the parameterized complexity framework. The cutset size p is taken as a parameter. Given a set of sources {s1,...,sk} and a target $t, we propose an algorithm which builds a small edge cut of size p separating at least r sources from t. This NP-complete problem is called Partial One-Target Cut. It belongs to the family of multiterminal cut problems. Our algorithm is fixed-parameter tractable (FPT) as its execution takes $2^{O(p^2)}n^{O(1)}$. We prove that the vertex version of this problem, which imposes cuts to contain vertices instead of edges, is W[1]-hard. Then, we design an FPT algorithm which counts the minimum vertex (S,T)-cuts of an undirected graph in time $2^{O(plog p)}n^{O(1)}$.We provide numerous results on the competitive ratio of both deterministic and randomized strategies for the Canadian Traveller Problem. The optimal ratio obtained for the deterministic strategies on general graphs is 2k+1, where k is a given upper bound on the number of blockages. We show that randomized strategies which do not use memory cannot improve the bound 2k+1. In addition, we discuss the tightness of lower bounds on the competitiveness of randomized strategies. The distance competitive ratio for a group of travellers possibly equipped with telecommunication devices is studied. Eventually, a strategy dedicated to equal-weight chordal graphs is proposed while another one is built for graphs with small maximum (s,t)-cuts. Both strategies outperform the ratio 2k+1.

Dans cette thèse, nous abordons des problèmes NP-difficiles à l'aide de techniques combinatoires, en se focalisant sur le domaine de la complexité paramétrée. Les principaux problèmes que nous considérons sont les problèmes de Multicoupe et d'Arbre Orienté Couvrant avec Beaucoup de Feuilles. La Multicoupe est une généralisation naturelle du très classique problème de coupe, et consiste à séparer un ensemble donné de paires de sommets en supprimant le moins d'arêtes possible dans un graphe. Le problème d'Arbre Orienté Couvrant avec Beaucoup de Feuilles consiste à trouver un arbre couvrant avec le plus de feuilles possible dans un graphe dirigé. Les résultats principaux de cette thèse sont les suivants. Nous montrons que le problème de Multicoupe paramétré par la taille de la solution est FPT (soluble à paramètre fixé), c'est-à-dire que l'existence d'une multicoupe de taille $k$ dans un graphe à $n$ sommets peut être décidée en temps $f(k)*poly(n)$. Nous montrons que Multicoupe dans les arbres admet un noyau polynomial, c'est-à-dire est réductible aux instances de taille polynomiale en $k$. Nous donnons un algorithme en temps $O^*(3.72^k)$ pour le problème d'Arbre Orienté Couvrant avec Beaucoup de Feuilles et le premier algorithme exponentiel exact non trivial (c'est-à-dire meilleur que $2^n$). Nous fournissons aussi un noyau quadratique et une approximation à facteur constant. Ces résultats algorithmiques sont basés sur des résultats combinatoires et des propriétés structurelles qui concernent, entre autres, les décompositions arborescentes, les mineurs, des règles de réduction et les $s-t$ numberings. Nous présentons des résultats combinatoires hors du domaine de la complexité paramétrée: une caractérisation des graphes de cercle Helly comme les graphes de cercle sans diamant induit, et une caractérisation partielle des classes de graphes 2-bel-ordonnées. / This thesis tackles NP-hard problems with combinatorial techniques, focusing on the framework of Fixed-Parameter Tractability. The main problems considered here are Multicut and Maximum Leaf Out-branching. Multicut is a natural generalisation of the cut problem, and consists in simultaneously separating prescribed pairs of vertices by removing as few edges as possible in a graph. Maximum Leaf Out-branching consists in finding a spanning directed tree with as many leaves as possible in a directed graph. The main results of this thesis are the following. We show that Multicut is FPT when parameterized by the solution size, i.e. deciding the existence of a multicut of size $k$ in a graph with $n$ vertices can be done in time $f(k)*poly(n)$. We show that Multicut In Trees admits a polynomial kernel, i.e. can be reduced to instances of size polynomial in $k$. We give an $O^*(3.72^k)$ algorithm for Maximum Leaf Out-branching and the first non-trivial (better than $2^n$) exact algorithm. We also provide a quadratic kernel and a constant factor approximation algorithm. These algorithmic results are based on combinatorial results and structural properties, involving tree decompositions, minors, reduction rules and $s-t$ numberings, among others. We present results obtained with combinatorial techniques outside the scope of parameterized complexity: a characterization of Helly circle graphs as the diamond-free circle graphs, and a partial characterisation of 2-well-quasi-ordered classes of graphs.

Dans cette thèse, nous étudions diverses largeurs de graphes autour de la largeur arborescente ainsi que de la largeur de clique. Nous commençons avec une étude comparative entre la largeur arborescente d’un graphe et la largeur de clique du graphe d’incidence associé, de laquelle nous extrayons des résultats algorithmiques encourageants. Puis nous présentons quelques propriétés structurelles liées à la largeur arborescente spéciale, largeur relativement récente qui est à mi-chemin entre les deux largeurs précédentes. Enfin nous nous intéressons à une notion plus générale connue sous le nom de fonction de partition sous-modulaire qui englobe, entre autres, les largeurs arborescentes « classique » et spéciale, la largeur de chemin ainsi que la largeur linéaire et les largeurs de branches de coupe et de découpe. Nous présentons alors un algorithme linéaire à paramètre fixé pour le calcul de ces différentes largeurs, lequel généralise un certain nombre de résultats propres à chacune de ces largeurs. / In this thesis, we study some width parameters on graphs, beyond tree-width and clique-width. Our first investigation is a comparative study between the tree-width of a graph and the clique-width of the associated incidence graph, from which we extract some strong algorithmic results. Then we present a few structural properties over a recently defined width called special tree-width and which takes its definition through both tree-width and clique-width. Finally, we end our journey with a more general notion named sub-modular partition fonction and which encompass both “classic” and special tree-widths, path-width, branch-width, linear-width, cut-width and carvingwidth among others. So, we introduce a fixed parameter tractable algorithm computing those widths parameters and thus we generalize a number of results specific to each of them.