In the human visual system, one of the most prominent functions of the extensive feedback from the higher brain areas within and outside of the visual cortex is attentional modulation. The feedback helps the brain to concentrate its resources on visual features that are relevant for recognition, i. e. it iteratively selects certain aspects of the visual scene for refined processing by the lower areas until the inference process in the higher areas converges to a single hypothesis about this scene. In order to minimize a number of required selection-refinement iterations, one has to find a short sequence of maximally informative portions of the visual input. Since the feedback is not static, the selection process is adapted to a scene that should be recognized. To find a scene-specific subset of informative features, the adaptive selection process on every iteration utilizes results of previous processing in order to reduce the remaining uncertainty about the visual scene. This phenomenon inspired us to develop a computational algorithm solving a visual classification task that would incorporate such principle, adaptive feature selection. It is especially interesting because usually feature selection methods are not adaptive as they define a unique set of informative features for a task and use them for classifying all objects. However, an adaptive algorithm selects features that are the most informative for the particular input. Thus, the selection process should be driven by statistics of the environment concerning the current task and the object to be classified. Applied to a classification task, our adaptive feature selection algorithm favors features that maximally reduce the current class uncertainty, which is iteratively updated with values of the previously selected features that are observed on the testing sample. In information-theoretical terms, the selection criterion is the mutual information of a class variable and a feature-candidate conditioned on the already selected features, which take values observed on the current testing sample. Then, the main question investigated in this thesis is whether the proposed adaptive way of selecting features is advantageous over the conventional feature selection and in which situations. Further, we studied whether the proposed adaptive information-theoretical selection scheme, which is a computationally complex algorithm, is utilized by humans while they perform a visual classification task. For this, we constructed a psychophysical experiment where people had to select image parts that as they think are relevant for classification of these images. We present the analysis of behavioral data where we investigate whether human strategies of task-dependent selective attention can be explained by a simple ranker based on the mutual information, a more complex feature selection algorithm based on the conventional static mutual information and the proposed here adaptive feature selector that mimics a mechanism of the iterative hypothesis refinement. Hereby, the main contribution of this work is the adaptive feature selection criterion based on the conditional mutual information. Also it is shown that such adaptive selection strategy is indeed used by people while performing visual classification.

Le point de départ de ce travail est la thèse réalisée par Pascal Vrignat sur la modélisation de niveaux de dégradation d'un système dynamique à l'aide de Modèles de Markov Cachés (MMC), pour une application en maintenance industrielle. Quatre niveaux ont été définis : S1 pour un arrêt de production et S2 à S4 pour des dégradations graduelles. Recueillant un certain nombre d'observations sur le terrain dans divers entreprises de la région, nous avons réalisé un modèle de synthèse à base de MMC afin de simuler les différents niveaux de dégradation d'un système réel. Dans un premier temps, nous identifions la pertinence des différentes observations ou symboles utilisés dans la modélisation d'un processus industriel. Nous introduisons ainsi le filtre entropique. Ensuite, dans un but d'amélioration du modèle, nous essayons de répondre aux questions : Quel est l'échantillonnage le plus pertinent et combien de symboles sont ils nécessaires pour évaluer au mieux le modèle ? Nous étudions ensuite les caractéristiques de plusieurs modélisations possibles d'un processus industriel afin d'en déduire la meilleure architecture. Nous utilisons des critères de test comme les critères de l'entropie de Shannon, d'Akaike ainsi que des tests statistiques. Enfin, nous confrontons les résultats issus du modèle de synthèse avec ceux issus d'applications industrielles. Nous proposons un réajustement du modèle pour être plus proche de la réalité de terrain.

L'objectif de ce travail est d'étudier l'induction en tant qu'outil exploratoire de bases d'exemples. L'induction automatique fournit une description tenant compte de l'ensemble des individus de la base d'exemples et en extrait la connaissance nécessaire à la résolution d'un problème. Il existe de nombreux algorithmes d'induction employant différents critères pragmatiques pour sélectionner une variable. Une formalisation mathématique du problème de la sélection d'une variable est proposée. Elle permet d'une part de définir une famille de "bons" critères reposant sur le choix d'une fonction strictement concave. D'autre part, les systèmes d'induction incertaine décrits dans la littérature emploient des techniques d'élagage dont le but est la construction d'arbres de classement. Une méthode d'élagage liée à un indice de qualité et adaptée à notre usage de l'induction incertaine est proposée. Elle montre en quoi la construction et l'élagage d'un arbre relèvent des mêmes concepts théoriques (l'indice de qualité fait intervenir les résultats des calculs entrepris lors de la construction de l'arbre). Un système d'induction (ARBRE) mettant enoeuvre ces résultats théoriques a été développé. il met en évidence les spécifications qui, à notre avis, sont indispensables pour un système en domaine incertain. Il permet une exploration immédiate de base d'exemples sans connaissance préalable du domaine, et représente la connaissance acquise sous la forme d'arbres d'induction. Trois problèmes médicaux réels montrent l'intérêt de l'usage d'un tel système, adapté à tout domaine où la connaissance est incertaine.

Contrairement à la logique classique, la logique floue permet de manipuler d'autres valeurs de vérité que le 'vrai' et le 'faux' absolus. Dans ce travail, nous étudions l'introduction de cette logique dans les processus de segmentation d'images. Des techniques de premier et de deuxième ordres sont présentées et appliquées à plusieurs images. Deux méthodes de seuillage basées sur l'entropie floue sont développées. Une coopération entre ces méthodes et l'entropie adaptée classique est proposée pour la segmentation d'images cytologiques. Nous présentons les méthodes de segmentation de deuxième ordre utilisant la notion de pyramide. Les pyramides irrégulières sont étudiées et leur support théorique, basé en théorie de graphes, est formalisé. L'introduction d'un facteur d'incertitude dans le processus de segmentation, basé sur la pyramide de graphes, est proposée. Cela se fait à l'aide de sommets et arêtes floues, créant la pyramide floue. Toutes les procédures restent parallélisables et l'ordre d'évaluation des élements des graphes représentant les niveaux de la pyramide n'a pas d'importance.

L'évolution des techniques d'acquisition de l'activité neuronale permet désormais d'enregistrer simultanément jusqu'à plusieurs centaines de neurones dans le cortex ou dans la rétine. L'analyse de ces données nécessite des méthodes mathématiques et numériques pour décrire les corrélations spatiotemporelles de la population neuronale. Une méthode couramment employée est basée sur le principe d'entropie maximale. Dans ce cas, le produit N×R, où N est le nombre de neurones et R le temps maximal considéré dans les corrélations, est un paramètre crucial. Les méthodes de physique statistique usuelles sont limitées aux corrélations spatiales avec R = 1 (Ising) alors que les méthodes basées sur des matrices de transfert, permettant l'analyse des corrélations spatio-temporelles (R > 1), sont limitées à N×R≤20. Dans une première partie, nous proposons une version modifiée de la méthode de matrice de transfert, basée sur un algorithme de Monte-Carlo parallèle, qui nous permet d'aller jusqu'à N×R=100. Dans la deuxième partie, nous présentons la bibliothèque C++ Enas, dotée d'une interface graphique développée pour les neurobiologistes. Enas offre un environnement hautement interactif permettant aux utilisateurs de gérer les données, effectuer des analyses empiriques, interpoler des modèles statistiques et visualiser les résultats. Enfin, dans une troisième partie, nous testons notre méthode sur des données synthétiques et réelles (rétine, fournies par nos partenaires biologistes). Notre analyse non exhaustive montre l'avantage de considérer des corrélations spatio-temporelles pour l'analyse des données rétiniennes; mais elle montre aussi les limites des méthodes d'entropie maximale.

We study asymptotic properties of evolution partial differential equations posed in unbounded spatial domain in the context of locally uniform spaces. This context allows the use of non-integrable data and carries an inherent non-compactness and non-separability. We establish the existence of a lo- cally compact attractor for non-local parabolic equation and weakly damped semilinear wave equation and provide an upper bound on the Kolmogorov's ε-entropy of these attractors and the attractor of strongly damped wave equation in the subcritical case using the method of trajectories. Finally we also investigate infinite dimensional exponential attractors of nonlinear reaction-diffusion equation in its natural energy setting. 1

The uncertainty principle lies at the heart of quantum physics. It exhibits one of the key divergences between a classical and a quantum system: it is impossible to define a quantum state for which the values of two observables that do not commute are simultaneously specified with infinite precision. A paradigmatic example is given by Heisenberg’s original formulation of the uncertainty principle expressed in terms of variances of two canonically-conjugate variables, such as position x and momentum p, which was later generalized to a symplectic-invariant form by Schrödinger and Robertson. A different kind of uncertainty relations, originated by Białynicki-Birula and Mycielski, again for canonically-conjugate variables, relies on Shannon entropy instead of variances as a measure of uncertainty. In this thesis, we suggest several improvements of these entropic uncertainty relations and highlight the fact that they are better formulated in terms of entropy power, a notion borrowed from the information theory of real-valued signals. Our first novel entropic uncertainty relation takes x-p correlations into account and is consequently saturated by all pure Gaussian states in an arbitrary number of modes, improving on the original formulation by Białynicki-Birula and Mycielski. Our second main result is the derivation of an entropic uncertainty relation that holds for any n-tuples of not-necessarily canonically conjugate variables based on the matrix of their commutators. We then define a general form of the entropic uncertainty principle that combines both previous results. It expresses the incompatibility between two arbitrary variable n-uples and is saturated by all pure Gaussian states. Interestingly, we can also deduce from it the most general form of the Robertson uncertainty relation based on the covariance matrix of n variables.This line of research underlines the interest of defining an entropic uncertainty relation that is intrinsically invariant under symplectic transformations. Then, as a first attempt to reach this goal, we conjecture a symplectic-invariant uncertainty relation that is based on the joint differential entropy of the Wigner function. This conjecture is, however, only legitimate for states with a non-negative Wigner function. We also suggest a complex extension of this so-called Wigner entropy, which could provide the way towards an extension (and proof) of the above conjecture for all states. As a second attempt, we introduce the notion of multi-copy uncertainty observables, exploiting a connection with the algebra of angular momenta. Expressing the positivity of the variance of our multi-copy observable coincides with the Schrödinger-Robertson uncertainty relation, which suggests that the discrete Shannon entropy of such an uncertainty observable provides a new symplectic-invariant measure of uncertainty.Currently available separability criteria for continuous-variable systems imply a necessary and sufficient condition for a two-mode Gaussian state to be separable, but leave many entangled non-Gaussian states undetected. In this thesis, we introduce two improved separability criteria that enable a stronger entanglement detection. The first improved condition is based on the knowledge of an additional parameter, namely the degree of Gaussianity, and exploits a connection with Gaussianity-bounded uncertainty relations by Mandilara and Cerf. We exhibit families of non- Gaussian entangled states whose entanglement remains undetected by the Duan- Simon criterion. The second improved separability criterion is based on our improved entropic uncertainty relation that takes x-p correlations into account, and has the main advantage over the one proposed by Walborn et al. that it does not require any optimization procedure. / Le principe d’incertitude se situe au cœur de la physique quantique. Il représente l’une des différences majeures entre des systèmes classiques et quantiques, soit qu’il est impossible de définir un état quantique pour lequel deux observables qui ne commutent pas auraient des valeurs spécifiées simultanément et avec une précision infinie. La formulation originale du principe d’incertitude est due à Heisenberg et est exprimée en termes des variances de deux variables canoniquement conjuguées, telles que la position x et l’impulsion p. Cela fut par la suite généralisé par Schrödinger et Robertson qui ont donné au principe d’incertitude une forme invariante sous transformations symplectiques. Si l’incertitude est mesurée à l’aide de l’entropie différentielle de Shannon plutôt que des variances, il est alors possible de définir d’autres types de relations d’incertitude. Originellement introduites par Białynicki-Birula et Mycielski, elles expriment également l’incompatibilité entre deux variables canoniquement conjuguées. Dans cette thèse, nous proposons différentes améliorations de ces relations d’incertitude entropiques et mettons particulièrement l’accent sur le fait qu’elles s’expriment mieux sous forme de puissances entropiques, une notion empruntée à la théorie de l’information. En premier lieu, nous introduisons une nouvelle relation d’incertitude entropique qui tient compte des corrélations x-p et qui est par conséquent saturée par tous les états purs Gaussiens, ce qui représente une amélioration par rapport à la formulation originale de Białynicki- Birula et Mycielski. En second lieu, nous dérivons une relation d’incertitude entropique valide pour tous les n-uplets de variables non nécessairement canoniquement conjuguées et basée sur la matrice de leurs commutateurs. Nous définissons ensuite une forme plus générale du principe d’incertitude entropique qui combine les deux résultats précédents. Il exprime l’incompatibilité entre deux n-uplets arbitraires de variables et est saturé par tous les états purs Gaussiens. Notons que de ce principe d’incertitude entropique, nous pouvons déduire la forme la plus générale de la relation d’incertitude de Robertson, basée sur la matrice de covariance de n variables. Les résultats précédents soulignent un des points essentiels de notre axe de recherche: définir une relation d’incertitude entropique intrinsèquement invariante sous trans- formations symplectiques. Afin d’atteindre cet objectif, notre première tentative est de conjecturer une relation d’incertitude — invariante sous transformations symplectiques — basée sur l’entropie différentielle jointe de la fonction de Wigner. Cette conjecture n’est cependant légitime que pour des états décrits par une fonction de Wigner non-négative. Nous proposons aussi une extension complexe de cette en- tropie dite entropie de Wigner, qui pourrait ouvrir la voie vers une extension (et une preuve) de la conjecture proposée ci-dessus qui serait alors valide pour tous les états quantiques. Comme seconde tentative, en exploitant une connexion avec l’algèbre des moments angulaires, nous introduisons la notion d’observables d’incertitude agissant sur plusieurs copies d’un état. Exprimer la positivité de la variance de notre observable coïncide avec la relation d’incertitude de Schrödinger-Robertson, ce qui suggère que l’entropie discrète de Shannon d’une telle observable fournit une nouvelle mesure de l’incertitude. Cette relation d’incertitude est invariante sous transformations symplectiques.Les critères de séparabilité actuellement disponibles pour les variables continues donnent une condition nécessaire et suffisante afin qu’un état Gaussien bimodal soit séparable, mais laissent de nombreux états intriqués non-Gaussiens non détectés. Dans cette thèse, nous introduisons deux nouveaux critères de séparabilité qui permettent une meilleure détection de l’intrication. La première nouvelle condition est basée sur la connaissance d’un paramètre supplémentaire, à savoir le degré de Gaussianité de l’état, et exploite une connexion avec les relations d’incertitude de Mandilara et Cerf bornées par ce degré de Gaussianité. En particulier, nous donnons l’exemple de familles d’états intriqués non Gaussiens dont l’intrication est détectée par notre critère, mais pas par celui de Duan-Simon. Le second critère de séparabil- ité entropique que nous proposons est basé sur notre nouvelle relation d’incertitude entropique qui tient compte des corrélations x-p. Son principal avantage par rapport au critère de Walborn et al. est de ne nécessiter aucune procédure d’optimisation. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La présente thèse vise à défendre la valeur esthétique du temps inscrit dans l’architecture. Elle considère le temps à travers la notion d’événement qu’elle met à l’épreuve sur un objet : le village de Viens dans le Vaucluse. L’événement du temps inscrivant partout des inégalités et des différences, l’analyse systématique de l’architecture permet de construire une grammaire plastique du temps. Cette grammaire se caractérise par l’hétérogénéité des matériaux, des actions et des usages qui participent chacun à leur manière et dans leurs interactions à la temporalisation de l’architecture. Le temps architectural se dialectise selon deux lignes complémentaires, celle de la rencontre d’une part, celle de l’entropie et du désordre de l’autre. Si les inégalités produites par le temps se manifestent dans des singularités irréductibles les unes aux autres, les conditions d’existence du bâti créent une expérience commune dont l’architecture témoigne par une résolution harmonieuse des tensions que le temps engendre. La question grammaticale se double d’une question d’ordre déontologique. Il s’agit alors de se demander comment on produit le présent et ce qu’on fait du passé architectural. Le temps architectural étant foncièrement hétérogène, rapports de temporalités distinctes, la question déontologique du temps consacre le présent comme temps de référence. Dans ce présent hétérogène la photographie joue un rôle crucial : en éternisant le temps dans la prise de vue et en créant des rapports nouveaux par la juxtaposition de ses images. La photographie, et après elle les différents supports de mémorisation et de communication, inventent un temps nouveau qui ne se lit plus sous la forme d’une histoire linéaire mais sous la forme de cohabitations continues de temporalités. / This thesis supports the view of an aesthetic value of time as inscribed in architecture. It considers time under the notion of event, as implemented in a case study : the village of Viens in Vaucluse. Since the specificity of time is to inscribe differences and inequalities everywhere, a systematic analysis of architecture should build a visual time grammar. The latter is characterized by the heterogeneity of materials, actions, and uses which, each in its own way and interactions, participate to the temporalisation of architecture. Architectural time consists in two dialectical and complementary lines : that of the encounter on one hand, and that of entropy and disorder on the other hand. Even if the differences produced by time manifest themselves in irreducible singularities, the living conditions of built architecture makes possible an experience where tensions created over time are harmoniously resolved.A deontological issue adds up to the grammatical one : how does one include architectural past into present propositions? Architectural time being radically heterogeneous, made from distinct temporalities, the deontological issue of time institutes the present time as reference. In such an heterogeneous times pattern, photography has a key role by fixing eternity in a single shot and creating new relationships through the juxtaposition of pictures. Photography, and later on the new memorisation and communication media, invent a new type of time which doesn’t read in the form of a linear narrative any more, but of continuous cohabitations of temporalities.

Dans le cadre de la géométrie riemannienne globale sans hypothèse de courbure en lien avec la topologie, nous nous intéressons au volume maximal des boules de rayon fixé dans les revêtements universels des graphes et des surfaces. Dans la première partie, nous prouvons que si l’aire d’une surface riemannienne fermée M de genre g ≥ 2 est suffisamment petite par rapport à son aire hyperbolique, alors pour chaque rayon R ≥ 0, le revêtement universel de M contient une R-boule d’aire au moins l’aire d’une cR-boule dans le plan hyperbolique, où c ∈ (0; 1) est une constante universelle. En particulier (quitte à prendre l’aire de la surface encore plus petite), nous démontrons que pour chaque rayon R ≥ 1, le revêtement universel de M contient une R-boule d’aire au moins l’aire d’une R-boule dans le plan hyperbolique. Ce résultat répond positivement pour les surfaces, à une question de L. Guth. Nous démontrons également que si Γ est un graphe connexe de premier nombre de Betti b ≥ 2 et de longueur suffisamment petite par rapport à la longueur d’un graphe trivalent Γb de premier nombre de Betti b dont la longueur de chaque arête est 1, alors pour chaque rayon R ≥ 0, le revêtement universel de Γ contient une R-boule d’aire au moins c fois l’aire d’une R-boule dans le revêtement universel de Γb, où c ∈ ( ½ ; 1). / This thesis deals with global Riemannian geometry without curvature assumptions and its link to topology, we focus on the maximal volume of balls of fixed radius in the universal covers of graphs and surfaces. In the first part, we prove that if the area of a closed Riemannian surface M of genus at least two is sufficiently small with respect to its hyperbolic area, then for every radius R ≥ 0 the universal cover of M contains an R-ball with area at least the area of a cR-ball in the hyperbolic plane, where c ∈ (0; 1) is a universal positive constant. In particular (taking the area of M smaller if needed), we prove that for every radius R ≥ 1, the universal cover of M contains an R-ball with area at least the area of a ball with the same radius in the hyperbolic plane. This result answers positively a question of L. Guth for surfaces. We also prove an analog result for graphs. Specifically, we prove that if Γ is a connected metric graph of first Betti number b ≥ 2 and of length sufficiently small with respect to the length of a connected trivalent graph Γb of the same Betti number where the length of each edge is 1, then for every radius R ≥ 0 the universal cover of Γ contains an R-ball with length at least c times the length of an R-ball in the universal cover of Γb, where c ∈ ( ½ ; 1) is a universal constant.

La notion d’entropie d’intrication a eu un profond impact sur la physique théorique, particulièrement depuis ces dix dernières années. D’abord introduite afin expliquer l’entropie des trous noirs, son champ d’application s’est par la suite ouvert à une grande variété de domaines de recherche, de la matière condensée à la gravitation quantique, de l’information quantique à la théorie quantique des champs. Dans ce contexte scientifique effervescent, l’entropie d’intrication apparait comme un outil central et doit donc intensivement être étudiée. A l’origine de cette thèse se trouve le désir de mieux comprendre cette entropie. D’intéressants développements concernant les effets de bord sur l’entropie d’intrication ont vu le jour récemment. Nous proposons donc d’explorer comment le bord d’un espace affecte l’entropie, en particulier dans la situation où la surface d’intrication intersecte ce bord. Nous présentons des calculs explicites de l’entropie d’intrication en espace plat avec bords. Nous montrons que des termes induits par ces bords apparaissent dans l’entropie et nous soulignons le rôle prépondérant que jouent les conditions aux bords. Nous étudions ensuite la contribution de bord dans le terme logarithmique de l’entropie d’intrication en dimensions trois et quatre. Nous calculons en premier lieu ce terme en théorie des champs pour la théorie N = 4 de Yang-Mills, puis nous répétons ce calcul de manière holographique. Nous montrons que ces deux méthodes de calcul donnent le même résultat, si du côté théorie des champs les conditions aux bords préservent la moitié de la supersymétrie et que du côté gravité l’extension du bord dans le bulk est une surface minimale. / The entanglement entropy has had a tremendous and profound impact on theoretical physics, particularly since the last decade. First introduced in an attempt to explain black holes entropy, it has then found applications in a wide range of research areas, from condensed matter physics to quantum gravity, from quantum information to quantum field theory. In this exciting scientific context, the entanglement entropy has thus emerged as a useful and pivotal tool, and as such justifies the need to be intensively studied. At the heart of this thesis therefore lies the desire to better understand the entanglement entropy. Interesting developments during the recent years concern the boundary effects on the entanglement entropy. This dissertation proposes to explore the question of how the presence of spacetime boundaries affects the entropy, specifically in situations where the entangling surface intersects these boundaries. We present explicit calculations of entanglement entropy in flat spacetime with plane boundaries. We show that boundary induced terms appear in the entropy and we emphasize the prominent role of the boundary conditions. We then study the boundary contribution to the logarithmic term in the entanglement entropy in three and four dimensions. We perform the field theoretic computation of this boundary term for the free N = 4 super-gauge multiplet and then repeat the same calculation holographically. We show that these two calculations are in agreement provided that on the field theory side one chooses the boundary conditions which preserve half of the full supersymmetry and that on the gravity side the extension of the boundary in the bulk is minimal.