Cette thèse s'inscrit dans l'étude de familles de graphes infinis de présentation finie, de leurs propriétés structurelles, ainsi que des comparaisons entre ces familles. Étant donné un alphabet fini Σ, un graphe infini étiqueté par Σ peut être caractérisé par un ensemble fini de relations binaires (Ra )a∈Σ sur un domaine dénombrable V quelconque. De multiples caractérisations finies de tels ensembles de relations existent, soit de façon explicite grâce à des systèmes de réécriture ou à divers formalismes de la théorie des automates, soit de façon implicite. Après un survol des principaux résultats existants, nous nous intéressons plus particulièrement à trois problèmes. Dans un premier temps, nous définissons trois familles de systèmes de réécriture de termes dont nous démontrons que la rela- tion de dérivation peut être représentée de façon finie. De ces résultats découlent plusieurs questions sur les familles de graphes infinis correspondantes. Dans un se- cond temps, nous étudions deux familles de graphes dont les ensembles de traces forment la famille des langages contextuels, à savoir les graphes rationnels et les graphes linéairement bornés. Nous nous intéressons en particulier au cas des langages contextuels déterministes, ainsi qu'à la comparaison structurelle de ces deux familles. Enfin, d'un point de vue plus proche du domaine de la vérifica- tion, nous proposons un algorithme de calcul des prédécesseurs pour une famille d'automates à pile d'ordre supérieur.

Les principaux sujets d'intérêt de cette thèse concerneront deux notions de la complexité d'un mot infini : la complexité abélienne et la complexité de permutation. La complexité abélienne a été étudiée durant les dernières décennies. La complexité de permutation est, elle, une forme de complexité des mots relativement nouvelle qui associe à chaque mot apériodique de manière naturelle une permutation infinie. Nous nous pencherons sur deux sujets dans le domaine de la complexité abélienne. Dans un premier temps, nous nous intéresserons à une notion abélienne de la maximal pattern complexity définie par T. Kamae. Deuxièmement, nous analyserons une limite supérieure de cette complexité pour les mots C-équilibré. Dans le domaine de la complexité de permutation des mots apériodiques binaires, nous établissons une formule pour la complexité de permutation du mot de Thue-Morse, conjecturée par Makarov, en étudiant la combinatoire des sous-permutations sous l'action du morphisme de Thue-Morse. Par la suite, nous donnons une méthode générale pour calculer la complexité de permutation de l'image de certains mots sous l'application du morphisme du doublement des lettres. Finalement, nous déterminons la complexité de permutation de l'image du mot de Thue-Morse et d'un mot Sturmien sous l'application du morphisme du doublement des lettres.

Dans cette thèse on s'intéresse aux matrices infinies considérées comme des opérateurs linéaires dans des espaces de suites. On est ainsi conduit à l'étude des matrices de transformations et à la résolution de systèmes linéaires infinis ayant une infinité dénombrable d'équations et une infinité dénombrable d'inconnues. On donne des applications à la résolution de systèmes différentiels infinis où interviennent des matrices infinies remarquables. Ensuite, on s'intéresse à la résolution d'équations d'espaces de suites (EES) qui sont déterminées par une identité dont chaque terme est une somme ou un produit d'espaces de suites de type s_a et s _{\phi(x)} où \phi est une application de U^+ dans lui même et x est la suite inconnue. La résolution de telles équations consiste à déterminer l'ensemble de toutes les suites x qui satisfont l'équation. Puis, on étudie le spectre de l'opérateur de différence d'ordre un \Delta dans de nouveaux espaces de suites et on considère enfin des applications directes de la théorie des matrices infinies à des problèmes d'optimisation où on présente des résultats donnés par B. de Malafosse et A. Yassine pour déterminer le nombre de chemins comportant N arcs et reliant deux points quelconques dans le plan à l'aide d'une matrice booléenne infinie de Toeplitz.

Cette thèse porte sur un certain nombre de problèmes algorithmiques motivés par la planification temporelle automatisée et la vérification formelle des systèmes réactifs et finis. Nous nous sommes concentrés sur les méthodes théoriques des jeux pour obtenir de nouvelles connaissances, des limites de complexité améliorées et des algorithmes plus rapides pour les modèles suivants: réseaux temporels hyper, réseaux conditionnels Simples / Hyper temporels, jeux de mise à jour, jeux Muller McNaughton et jeux Mean Payoff / This dissertation deals with a number of algorithmic problems motivated by automated temporal planning and formal verification of reactive and finite state systems. We focused on game theoretical methods to obtain novel insights, improved complexity bounds, and faster algorithms for the following models: Hyper Temporal Networks, Conditional Simple/Hyper Temporal Networks, Update Games, Muller McNaughton Games, and Mean Payoff Games

L'utilisation omniprésente des systèmes informatiques impose de s'assurer de leur bon fonctionnement. Dans ce but, les méthodes de vérification formelle permettent de suppléer les simulations qui ne peuvent être complètement exhaustives du fait de la complexité croissante des systèmes. Le model checking fait partie de ces méthodes et présente l'avantage d'être complètement automatisée. Cette méthode consiste à développer des algorithmes pour vérifier qu'une spécification exprimée la plupart du temps sous la forme d'une formule logique est satisfaite par un modèle du système. Les langages historiques de spécification utilisent comme formules atomiques des variables propositionnelles qui permettent d'exprimer principalement des propriétés portant sur les états de contrôle du modèle. Le but de cette thèse est de vérifier des propriétés plus riches portant sur diverses données manipulées par les modèles: des compteurs, des horloges ou des queues. Ces données peuvent prendre une infinité de valeurs et induisent donc des modèles avec un nombre infini d'états. Nous définissons un cadre général pour l'extension des logiques temporelles avec des contraintes permettant de comparer la valeur des variables a différents états de l'exécution. Nous établissons des résultats de décidabilité et complexité pour des problèmes de model checking impliquant diverses instances de ces extensions. Nous privilégions pour cela l'approche à base d'automates en combinant des constructions connues pour les logiques propositionnelles classiques avec des méthodes d'abstraction des modèles dont les variables sont interprétées dans des domaines infinis.

Analyse limite : formulations analytique et numérique avec application aux structures en géotechnique, pour les milieux isotropes et orthotropes de révolution.

Cette thèse s'inscrit dans l'étude des graphes infinis de présentation finie. Nous nous intéressons à la fois à leurs propriétés logiques et aux langages qui leur sont associés. Nous nous concentrons sur l'étude des graphes infinis associés aux automates à pile d'ordre supérieur. Notre première contribution est la définition d'une notion de rationalité pour les piles d'ordre supérieur. Nous montrons que cette notion partage de nombreuses propriétés de la rationalité sur les mots : clôture par complémentaire, accepteurs déterministes et complets, et caractérisation en logique du second ordre monadique. Nous établissons un lien étroit entre les automates à pile d'ordre supérieur et les ensembles rationnels de piles d'ordre supérieur. Notre seconde contribution est l'étude structurelle des graphes associés à ces automates. Nous en donnons différentes caractérisations qui montrent la robustesse de ces familles de graphes infinis.

Cette thèse étudie les structures dont la théorie au second ordremonadique est décidable, et en particulier la hiérarchie à pile. Onpeut définir celle-ci comme la hiérarchie pour $n$ des graphesd'automates à piles imbriquées $n$ fois ; une définition externe, partransformations de graphes, est également disponible. Nous nousintéressons à l'exemple des ordinaux. Nous montrons que les ordinauxplus petits que $epsilon_0$ sont dans la hiérarchie, ainsi que des graphesporteurs de plus d'information, que l'on appelle "graphecouvrants''. Nous montrons ensuite l'inverse : tous les ordinaux de lahiérarchie sont plus petits que $epsilon_0$. Ce résultat utilise le fait queles ordres d'un niveau sont en fait isomorphes aux structures desfeuilles des arbres déterministes dans l'ordre lexicographique, aumême niveau. Plus généralement, nous obtenons une caractérisation desordres linéaires dispersés dans la hiérarchie. Dans un troisièmetemps, nous resserons l'intérêt aux ordres de type $omega$ --- les mots infinis --- pour montrer que les mots du niveau 2 sont les motsmorphiques, ce qui nous amène à une nouvelle extension au niveau 3

Cette thèse a pour cadre la spécification et la vérification de systèmes informatiques distribués, concurrents ou réactifs au moyen de graphes infinis associés à des spécifications de Thue et à certaines machines. Nous montrons que la classe des graphes des spécifications de Thue est fermée par produit synchronisé. Nous établissons aussi ce fait pour la classe des graphes des machines de Turing et pour certaines de ses sous-classes. Nous nous intéressons également à la conservation par produit synchronisé de la décidabilité de la théorie du premier ordre de graphes infinis. Nous montrons que le produit synchronisé de graphes de machines à pile restreint à sa partie accessible depuis un sommet donné à une théorie du premier ordre qui n'est pas décidable. Cependant, le produit synchronisé de graphes sans racine distinguée et dont la théorie du premier oordre est décidable a une théorie du premier ordre qui est décidable. Enfin nous mettons en évidence des liens qui unissent les graphes des machines de Turing à ceux des spécifications de Thue.

Les jeux à deux joueurs sur des graphes finis ou infinis permettent de modéliser de nombreux problèmes liés à la vérification des systèmes. Le système spécifié dépend de la nature du graphe de jeu considéré tandis que la propriété à vérifier est décrite par la condition de gain. Le premier joueur, Eve, représente un programme qui évolue dans un environnement hostile représenté par le second joueur, Adam. Dans ce formalisme, Eve possède une stratégie gagnante si et seulement si le programme peut être contrôlé de sorte à satisfaire la propriété spécifiée par la condition de gain. On souhaite alors décider si Eve possède une stratégie gagnante et si oui la déterminer, afin de synthétiser ensuite un contrôleur. <br /><br />Dans cette thèse, les graphes de jeu considérés sont des graphes de processus à pile qui offrent une représentation finie simple de systèmes infinis relativement complexes. Sur de tels graphes, on peut considérer des conditions de gain classiques (accessibilité, Büchi ou parité) mais aussi des conditions plus spécifiques au modèle comme celles portant sur le bornage de la pile. On peut également combiner ces dernières entre elles. <br /><br />Une première contribution a été de fournir une représentation des ensembles de positions gagnantes pour les jeux de parité ainsi qu'une nouvelle présentation des résultats connus pour ces derniers. On a alors pu étendre de façon naturelle les techniques de preuves à d'autres conditions de gain, notamment à celles portant sur le bornage de la pile. <br /><br />Une autre contribution a été la description d'une famille de conditions de gain de complexité borélienne arbitraire finie pour lesquelles les jeux (sur des graphes finis ou sur des graphes de processus à pile) restent décidables. <br /><br />L'étude des jeux sur les graphes de BPA et sur les graphes de processus à compteur a permis de proposer des techniques propres à ces modèles qui fournissent alors des bornes de complexité meilleures que celles obtenues dans le cas général des graphes de processus à pile. <br /><br />Enfin, une dernière contribution a été de proposer une solution pour les jeux sur des graphes de processus à pile munis de conditions combinant des conditions régulières et des conditions sur la hauteur de pile et pour des conditions décrites par des automates à pile avec visibilité.