Este trabalho foi motivado pela necessidade de considerar comportamento estocástico durante o planejamento da produção de sistemas de manufatura, ou seja, o que produzir e em que ordem. Estes sistemas possuem um comportamento estocástico geralmente não considerado no planejamento da produção. O principal objetivo deste trabalho foi obter um método que modelasse sistemas de manufatura e representasse seu comportamento estocástico durante o planejamento de produção destes sistemas. Como os métodos que eram ideais para planejamento não forneciam a modelagem adequada dos sistemas, e os com modelagem adequada não forneciam a capacidade de planejamento necessária, decidiu-se combinar dois métodos para atingir o objetivo desejado. Decidiu-se modelar os sistemas em rede de Petri e convertê-los em processos de decisão markovianos, e então realizar o planejamento com o ultimo. Para que fosse possível modelar as probabilidades envolvidas nos processos, foi proposto um tipo especial de rede de Petri, nomeada rede de Petri fatorada. Utilizando este tipo de rede de Petri, foi desenvolvido o método de conversão em processos de decisão markovianos. A conversão ocorreu com sucesso, conforme testes que mostraram que planos podem ser produzidos utilizando-se algoritmos de ponta para processos de decisão markovianos. / The present work was motivated by the need to consider stochastic behavior when planning the production mix in a manufacturing system. These systems are exposed to stochastic behavior that is usually not considered during production planning. The main goal of this work was to obtain a method to model manufacturing systems and to represent their stochastic behavior when planning the production for these systems. Because the methods that were suitable for planning were not adequate for modeling the systems and vice-versa, two methods were combined to achieve the main goal. It was decided to model the systems in Petri nets and to convert them into Markov decision processes, to do the planning with the latter. In order to represent probabilities in the process, a special type of Petri nets, named Factored Petri nets, were proposed. Using this kind of Petri nets, a conversion method into Markov decision processes was developed. The conversion is successful as tests showed that plans can be produced within seconds using state-of-art algorithms for Markov decision processes.

Avec l'évolution de la technologie, l'homme a procédé à la conception de systèmes de plus en plus complexes mais aussi de plus en plus sensibles aux défauts qui peuvent les affecter. Une procédure de diagnostic contribuant au bon déroulement du processus est ainsi nécessaire. Dans ce contexte, le but de cette thèse est le diagnostic des systèmes à événements discrets modélisés par des Réseaux de Petri Étiquetés (RdPE) partiellement observables. Sous l'hypothèse que chaque défaut est modélisé par le tir d'une transition non observable, deux approches de diagnostic à base d'estimation d'état sont développées. Une première approche composée de deux étapes consiste à estimer l'ensemble des marquages de base sur un horizon élémentaire glissant. La première étape consiste à déterminer un ensemble de vecteurs candidats à partir d'une approche algébrique. La deuxième étape consiste à éliminer les solutions candidates calculées qui ne sont pas associées à une trajectoire possible du RdPE. Comme l'ensemble des marquages de base pourra aussi être important, une deuxième approche de diagnostic évitera cet écueil en n'estimant pas les marquages. Une technique de relaxation des problèmes de Programmation Linéaire en Nombres Entiers (PLNE) sur un horizon fuyant est utilisée afin d'avoir un diagnostic en temps polynomial. / With the evolution of technology, humans have made available systems increasingly complex but also increasingly sensitive to faults that may affect it. A diagnostic procedure which contributes to the smooth running of the process is thus necessary. In this context, the aim of this thesis is the diagnosis of discrete event systems modeled by partially observed Labeled Petri Nets (LPNs). Under the assumption that each defect is modeled by the firing of an unobservable transition, two diagnostic approaches based on state estimation are developed. A first approach is to estimate the set of basis markings on a sliding elementary horizon. This approach is carried out in two steps. The first step is to determine a set of candidate vectors from an algebraic approach. The second step is to eliminate the calculated candidate solutions that are not associated with a possible trajectory of the LPN. As the set of basis markings can also be huge, a second diagnostic approach will avoid this pitfall by not estimating the markings. A relaxation technique of Integer Linear Programming (ILP) problems on a receding horizon is used to have a diagnosis in polynomial time.

Le paludisme est l’une des maladies infectieuses la plus fréquente au monde avec 40% de la population mondiale exposée. En dépit des stratégies actuelles de lutte notamment la prise en charge rapide des cas, l’utilisation de matériaux imprégnés et la pulvérisation intra domiciliaire d’insecticide, le paludisme reste une des premières causes de morbidité et de mortalité notamment en Afrique subsaharienne. Cette partie du monde totalise à elle seule plus de 90% des cas de décès par paludisme dont 88% chez les enfants de moins de moins de 5 ans. En absence de vaccin utilisable en santé publique, il y a donc un besoin urgent de trouver une stratégie efficiente et simple de contrôle du paludisme. Le traitement préventif intermittent (TPI) définie comme l’administration d’un antipaludique à dose curative à des intervalles de temps prédéfinis réduit l’incidence du paludisme et apparaît aujourd’hui comme une des stratégies les plus prometteuses. Cette stratégie couplée au Programme Elargi de Vaccination (PEV) chez les enfants de moins de 1 an réduit l’incidence du paludisme de 30%. Des résultats plus importants sont obtenus chez les enfants de 0 à 5 ans voire de 0 à 10 ans lorsque la stratégie est appliquée en ciblant la saison de transmission. Nos travaux de recherche au Mali ont porté sur :- l’impact de la mise en œuvre du TPI couplé à la vaccination du PEV (TPin) sur i) la résistance P. falciparum à la Sulfadoxine pyrimethamine (SP), ii) la couverture des vaccins du PEV, iii) le taux de mortalité des enfants âgés de 4 à 18 mois.- l’efficacité du TPI chez les enfants ciblant la saison de transmission (TPIe) dans un contexte de faible et de forte couverture en des Moustiquaires Imprégnés d’Insecticides (MII). Nos résultats ont montré qu’après une année de mise en œuvre à l’échelle du district sanitaire, le TPIn a entrainé une augmentation de la couverture des vaccins du PEV. Cette couverture était de 53% en zone de non-intervention contre 69.5% en zone d’intervention (p<0.01). Il y a eu une réduction de la mortalité globale de 27% (RR= 0,73, IC95% : 0,55-0,97, p=0,029) chez les enfants âgés de 4 à 18 mois. Les fréquences des marqueurs moléculaires de la résistance de P. falciparum à SP en début et en fin la mise en œuvre et entre la zone d’intervention et la zone de non –intervention après une année de mise en œuvre étaient similaires. Deux doses de SP données en TPI à 8 semaines d’ intervalle durant la saison de transmission réduit le taux d’incidence du paludisme pendant la saison de transmission de 69,4% chez les enfants de moins de 5 ans et de 63,4% chez les enfants de 5-10 ans dans un contexte de très faible utilisation de MII (<5%). Dans une autre étude que nous avons menée, le TPI avec SP + Amodiaquine (AQ) donné en 3 occasions à un mois d’ intervalle pendant la saison de transmission a réduit le taux d’ incidence du paludisme clinique non compliqué de 82% (IC à 95%: 78%– 85%; P<0.001) et les formes graves de paludisme de 87% (IC à 95% 42% – 99%, P=0.001) chez les enfants âgés de 3 à 59 mois en dépit un taux d’utilisation des MII de plus de 99%. Nous n’avons pas documenté d’événement indésirable grave lié à l’utilisation de la SP ou de la SP + AQ en TPI durant ces deux études. Nos résultats étayent la recommandation du TPI, ciblant la saison de transmission ou couplée au PEV, pour la lutte antipaludique chez les enfants. / Malaria is one of the most common infectious diseases in the world and 40% of the world population is exposed to malaria. Despite the current control strategies such as rapid diagnosis and treatment of disease cases, use of insecticide impregnated materials and indoor residuals spraying with insecticides, malaria remained a main cause of morbidity and mortality particularly in sub Saharan Africa. More than 90% of the deaths due to malaria occurred in this region and 88% of these deaths occurred in children aged less than 5 years of age. In absence of vaccine that can be used in public health, there is an urgent need for a simple and efficient control strategy. Malaria intermittent preventive treatment (IPT) defined as the administration of curative dose of anti-malarial drug at predefined time intervals, appears as one of the most promising strategies. Given through the Expanded Program of Immunization (EPI), the strategy reduced the incidence of malaria by 30%. More drastic reductions were obtained in children aged 0-5 years and even 0-10 years when the malaria transmission season was targeted for the administration of the strategy. Our research work in Mali has assessed the following:- The impact of implementation of IPT administrated through EPI (IPTi) on: i) the resistance of P. falciparum to Sulfadoxine pyrimethamine (SP); ii) EPI vaccine coverage, and iii) mortality of children of 4-18 months of age. - The efficacy of IPT in children targeting the malaria transmission season (IPTe) in a context of low and high coverage of insecticide impregnated nets (ITN).We have found that the implementation of IPTi at the district level has resulted in an augmentation of the EPI vaccine coverage. The EPI vaccine coverage was 53% in the non-intervention zone compared to 69.5% in the intervention zone (p<0,01). There was a reduction in all cause mortality of 27% (RR= 0.73, 95% CI : 0.55-0.97, p=0.029) in children aged 4-18 months. The frequencies of molecular markers of the resistance of P. falciparum to SP were similar at the beginning and the end of the one year implementation period and between the intervention and non-intervention zones.Two doses of SP given at 8 weeks interval during the transmission season, reduced the incidence of malaria episodes during the transmission season by 69.4% in children aged less than 5 years and by 63.4% in children aged 5-10 years in a context of very low ITN use (<5%). In another study that we have conducted, IPT with SP + Amodiaquine (AQ) given at three occasions at one month interval during the transmission season reduced the incidence rate of clinical malaria by 82% (95% CI: 78%– 85%; P<0.001), and the incidence of severe and complicated malaria by 87% (95% IC 42% – 99%, P=0.001) in children aged 3 to 59 months of age despite an ITN use of greater than 99%.There was no serious adverse event related to the use of SP or SP+AQ in IPT during the two studies. Our results support the recommendation of IPT targeting the transmission season and IPT given through the EPI for malaria control in children.

L’objectif de ce travail est d’exploiter les potentialités offertes par la conduite coopérative afin de fluidifier le trafic au niveau des intersections isolées. Pour ce faire, nous avons proposé un nouveau système de régulation au sein des intersections en s’inspirant du principe de l’intersection autonome. Nous avons appelé notre système : SVAC (système du véhicule-actionneur coopératif). Il repose sur la possibilité des échanges d’information entre le véhicule et son environnement de conduite.Le SVAC permet une régulation plus précise du trafic puisqu’il se base sur les requêtes de droit de passage envoyées par les véhicules réellement présents dans l’intersection. En outre, grâce à la signalisation à bord, la régulation consiste à définir les séquences de passage des véhicules, ce qui permet de personnaliser la signalisation. Le gain de précision soulève plusieurs obstacles. D’une part, nous nous heurtons systématiquement à l’absence de modèles mathématiques permettant d’aborder le problème. D’autre part, la simple énumération des séquences implique une explosion combinatoire, ce qui ne convient pas à l’application temps-réelle de la régulation des intersections. Pour s’affranchir des deux problématiques nous avons utilisé les réseaux de Petri P-temporisés. Le modèle nous a permis de décrire sous la forme d’équations mathématiques les compteurs des différents évènements observés par les véhicules. Deux objectifs de régulation ont été dégagés après avoir déduit le temps moyen d’attente basé sur la formule de Little. Le premier consiste à vider les intersections au plus tôt. Nous avons proposé un algorithme de programmation dynamique et deux heuristiques. La première heuristique est directement issue de l’analyse des propriétés du problème posé. La deuxième est basée sur l’algorithme de colonies de fourmis. En effet, le problème défini est un cas particulier du problème du voyageur de commerce. Le deuxième objectif de régulation consiste à minimiser instantanément la longueur de la file d’attente. Dans ce cadre, nous avons supposé le fonctionnement à vitesse maximale du réseau de Petri. L’utilisation des contraintes sur les ressources nous a permis de définir des règles simples de régulation en utilisant le mapping.Dans ce mémoire, nous avons utilisé la simulation microscopique basée sur les lois de poursuite pour s’approcher du comportement de conduite. La simulation a servi pour la comparaison des différentes approches proposées dans ce mémoire avec les régulateurs adaptatifs et les intersections autonomes. Dans tous les cas notre approche se distingue par un gain de capacité, ce qui nous a encouragé de reproduire le SVAC à travers un prototype de robots. Cette maquette montre la faisabilité du système au moins pour des applications industrielles. / The aim of this work is to benefit from the potential of the cooperative driving in order to optimize the traffic throughput at isolated intersections. To achieve this objective, we have proposed a new traffic control system for isolated intersections: Cooperative Vehicle-Actuation Signalization (CVAS). The concept of this new system is based on the assumption of the ability of exchanging information between each vehicle and the surrounding vehicles or the nearby infrastructure.The system allows more precise control of the traffic since it determines the right-of-way of each vehicle according to its corresponding data sent by the embedded wireless device. The right-of-way is displayed to the driver by means of the onboard signalization. The control system determines the sequence of the vehicles to be directed through the intersection. For the sake of benefiting the improvement brought by the new system, we face several challenges. On the one hand, we are confronted with the absence of a mathematical model to address the control problem. On the other hand, despite the fact that the optimal passing sequence of vehicles can be found by the simple enumeration of all feasible sequences, the exhaustive search does not fulfill the requirements of the real-time application. To overcome these two problems, we seek help from the P-timed Petri nets. This mathematical modeling tool is able to describe the events observed by the position markers in the form of mathematical equations. Two different objectives of the control have been derived from the Little's formula. The first one aims to minimize the maximum exit time of vehicles present in the intersection. An algorithm of dynamic programming and two heuristics have been proposed to achieve this objective. The first heuristic is based on the analysis of the properties of the control problem. The second heuristic is based on the analogy between the dealt problem and the problem of Traveling Salesman Problem, which can be solved successfully by the algorithm of ant colony system. The second objective of the control is to instantly minimize the queue length. A protocol of relaying the right of way has been determined from the assumption of a Petri net that operates at its maximum speed. This simple protocol of control can be extended to all possible layouts of the isolated intersections by using the technique of “mapping”.In this work, a microscopic model (car-following model) is used to simulate the driving behavior. The simulations show that the CVAS system outperforms the other systems which are popularly used at present. It is even better than some innovative systems based on the technology of the cooperative driving. The good results encouraged us to replicate the system under real conditions through a prototype of NXT robots. The tests of this prototype prove the feasibility of the system at least for industrial applications.

De nos jours, les services Web sont très utilisés notamment par les entreprises pour rendre accessibles leurs métiers, leurs données et leurs savoir-faire via le Web. L'émergence des services Web a permis aux applications d'être présentées comme un ensemble de services métiers bien structurés et correctement décrits, plutôt que comme un ensemble d'objets et de méthodes. La composition automatique de services est une tâche complexe mais qui rend les services interopérables, ainsi leur interaction permet d’offrir une valeur ajoutée dans le traitement des requêtes des utilisateurs en prenant en compte des critères fonctionnels et non fonctionnels de la qualité de service. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons plus précisément aux services à base de localisation (LBS) qui permettent d'intégrer des informations géographiques, et de fournir des informations accessibles depuis des appareils mobiles via, les réseaux mobiles en faisant usage des positions géographiques de ces appareils. L'objectif de ce travail est de proposer une approche orientée modèles pour spécifier, valider et mettre en œuvre des processus de composition automatique de services à des fins de sécurité routière dans les transports. Cette approche est basée sur deux outils formels à savoir les Réseaux de Petri (RdP) et l'algèbre (max,+). Pour cela, nous préconisons l'utilisation des workflow patterns dans la composition, où chaque pattern est traduit par un modèle RdP et ensuite par une équation mathématique dans l'algèbre (max,+). Les modèles formels développés ont conduits, d'une part, à la description graphique et analytique des processus considérés, et d'autre part, à l'évaluation et la vérification quantitatives et qualitatives de ces processus. Une plateforme, appelée TransportML, pour la collaboration et l'interopérabilité de services à base de positionnement a été implémentée. Les résultats obtenus par la simulation des modèles formels sont comparés à ceux issus des simulations du fonctionnement de la plateforme et des expérimentations sur le terrain.Cette thèse est effectuée dans le cadre des projets Européens FP7 ASSET (2008-2011) et TeleFOT (2008-2012). / Web services are widely used by organizations to share their knowledge over the network and facilitate business-to-business collaboration. The emergence of Web services enabled applications to be presented as a set of business services well structured and correctly described. However, combining Web services and making them interoperable, to satisfy user requests taking into account functional and non-functional quality criteria, is a complex process. In this work, we focus specifically on location-based services (LBS) that integrate geographic information and provide information reachable from mobile devices, through wireless network by making use of the geographical positions of the devices. The aim of this work is to develop a model driven approach to specify, validate and implement service composition process in an automatic fashion for road security. This approach is based on two formal tools namely Petri nets (PN) and (max, +) algebra used to model, to verify and to evaluate the performance of service composition process. Workflow patterns are used to represent service composition processes. The behavior of each pattern is modeled by a PN model and then by a (max,+) state equation. The developed formal models allow the graphical and analytical description of the considered processes. Also, these models enable to evaluate some quantitative and qualitative properties of the considered processes. A platform, called TransportML, has been developed for collaboration and interoperability of different LBS. The obtained simulation results from the formal models are compared, on one hand, to those obtained from trials of the platform, and on the other hand, to those obtained from the real experimentations on the field.This work is a part of the FP7 European projects ASSET (2008-2011) and TeleFOT (2008-2012).

Les questions <EM>"Qu'est-ce qu'une preuve?"</EM> et <EM>"Quand deux preuves sont-elles identiques?"</EM> sont fondamentales pour la théorie de la preuve. Mais pour la logique classique propositionnelle --- la logique la plus répandue --- nous n'avons pas encore de réponse satisfaisante. C'est embarrassant non seulement pour la théorie de la preuve, mais aussi pour l'informatique, où la logique classique joue un rôle majeur dans le raisonnement automatique et dans la programmation logique. De même, l'architecture des processeurs est fondée sur la logique classique. Tous les domaines dans lesquels la recherche de preuve est employée peuvent bénéficier d'une meilleure compréhension de la notion de preuve en logique classique, et le célèbre problème NP-vs-coNP peut être réduit à la question de savoir s'il existe une preuve courte (c'est-à-dire, de taille polynomiale) pour chaque tautologie booléenne. Normalement, les preuves sont étudiées comme des objets syntaxiques au sein de systèmes déductifs (par exemple, les tableaux, le calcul des séquents, la résolution, ...). Ici, nous prenons le point de vue que ces objets syntaxiques (également connus sous le nom d'arbres de preuve) doivent être considérés comme des représentations concrètes des objets abstraits que sont les preuves, et qu'un tel objet abstrait peut être représenté par un arbre en résolution ou dans le calcul des séquents. Le thème principal de ce travail est d'améliorer notre compréhension des objets abstraits que sont les preuves, et cela se fera sous trois angles différents, étudiés dans les trois parties de ce mémoire: l'algèbre abstraite (chapitre 2), la combinatoire (chapitres 3 et 4), et la complexité (chapitre 5).

Los sistemas flexibles de alta resistencia anclados al terreno son una de las distintas técnicas existentes para la estabilización de taludes, ya sean de roca o de suelos. Están constituidos por una membrana (red de cables o malla de alambre) sujeta al terreno mediante placas de anclaje, cables de refuerzo y bulones. En la mayor parte de los modelos de cálculo existentes se supone un comportamiento activo del sistema, es decir, que evita que se produzcan deslizamientos a través de una supuesta pretensión del sistema y convexidad del terreno. El sistema ejercería una presión normal al terreno que incrementa la tensión tangencial en la superficie potencial de deslizamiento evitando que se alcance la rotura del terreno. En esta tesis se han medido las fuerzas en distintos componentes del sistema desde el momento de la instalación, y se ha comprobado que la pretensión es muy reducida. Por otro lado, la supuesta convexidad del terreno raramente tiene lugar. Todo esto conduce a demostrar la hipótesis de comportamiento pasivo del sistema, es decir, que éste contiene a la masa inestable una vez que se ha producido la rotura. Es por ello que se ha considerado el desarrollar un nueva metodología de cálculo basada en un comportamiento pasivo. La nueva metodología consiste en realizar una simulación numérica dinámica en 2D de la interacción sistema flexible - masa inestable – talud estable. Partiendo de las dimensiones de un círculo de rotura en suelos o una cuña en roca, se deja caer la masa inestable con la fuerza de la gravedad. En su caída, la masa inestable deformará a la membrana, cables de refuerzo y bulones desarrollándose en ellos tensiones que deberán considerarse para su correcto dimensionamiento. En el caso particular de los taludes de suelos, se ha recurrido a la modelización de la masa inestable mediante la discretización por puntos SPH (Smooth Particle Hydrodynamics). / Highly resistant flexible systems anchored to the ground are among the techniques for slope stabilisation, either soil or rock. The system is formed by a membrane (cable net or wire mesh) tightened to the ground through spike plates, reinforcement cables and bolts. In the majority of the existing design models, an active behaviour of the system is considered; which means, that it is able to avoid ground sliding through a pretension of the system and the convexity of the slope surface. The system would exert a normal pressure over the ground that increases the shear stress in the potential slip surface avoiding that failure takes place. In this thesis, forces on different system components have been measured, finding that the pretension force is very low. On the other hand, the supposed ground convexity rarely exists. All this demonstrates that actual system behaviour is passive; which means that it is able to contain the unstable mass once the failure has already occurred. Therefore, a new design methodology based on a passive behaviour has been developed. The new methodology consists in performing a dynamic numerical simulation in 2D of the interaction flexible system – unstable mass – stable slope. Starting from specific known dimensions of slip circle in soils or a wedge in rocks, unstable mass falls only under the action of gravity. During its falling, the unstable mass deforms the membrane, reinforcement cables and bolts. Maximum stresses developed in these components should be considered for their design. In the particular case of soil slopes, unstable mass has been discretised with the mesh free method SPH (Smooth Particle Hydrodynamics).

This thesis is concerned with the modeling and the analysis of distributedreal-time systems. In distributed systems, components evolve partlyindependently: concurrent actions may be performed in any order, withoutinfluencing each other and the state reached after these actions does notdepends on the order of execution. The time constraints in distributed real-timesystems create complex dependencies between the components and the events thatoccur. So far, distributed real-time systems have not been deeply studied, andin particular the distributed aspect of these systems is often left aside. Thisthesis explores distributed real-time systems. Our work on distributed real-timesystems is based on two formalisms: time Petri nets and networks of timedautomata, and is divided into two parts.In the first part, we highlight the differences between centralized anddistributed timed systems. We compare the main formalisms and their extensions,with a novel approach that focuses on the preservation of concurrency. Inparticular, we show how to translate a time Petri net into a network of timedautomata with the same distributed behavior. We then study a concurrency relatedproblem: shared clocks in networks of timed automata can be problematic when oneconsiders the implementation of a model on a multi-core architecture. We showhow to avoid shared clocks while preserving the distributed behavior, when thisis possible.In the second part, we focus on formalizing the dependencies between events inpartial order representations of the executions of Petri nets and time Petrinets. Occurrence nets is one of these partial order representations, and theirstructure directly provides the causality, conflict and concurrency relationsbetween events. However, we show that, even in the untimed case, some logicaldependencies between event occurrences are not directly described by thesestructural relations. After having formalized these logical dependencies, wesolve the following synthesis problem: from a formula that describes a set ofruns, we build an associated occurrence net. Then we study the logicalrelations in a simplified timed setting and show that time creates complexdependencies between event occurrences. These dependencies can be used to definea canonical unfolding, for this particular timed setting.

Organizations try to gain competitive advantages, and to increase customer satisfaction. To ensure the quality and efficiency of their business processes, they perform business process management. An important part of process management that happens on the daily operational level is process controlling. A prerequisite of controlling is process monitoring, i.e., keeping track of the performed activities in running process instances. Only by process monitoring can business analysts detect delays and react to deviations from the expected or guaranteed performance of a process instance. To enable monitoring, process events need to be collected from the process environment. When a business process is orchestrated by a process execution engine, monitoring is available for all orchestrated process activities. Many business processes, however, do not lend themselves to automatic orchestration, e.g., because of required freedom of action. This situation is often encountered in hospitals, where most business processes are manually enacted. Hence, in practice it is often inefficient or infeasible to document and monitor every process activity. Additionally, manual process execution and documentation is prone to errors, e.g., documentation of activities can be forgotten. Thus, organizations face the challenge of process events that occur, but are not observed by the monitoring environment. These unobserved process events can serve as basis for operational process decisions, even without exact knowledge of when they happened or when they will happen. An exemplary decision is whether to invest more resources to manage timely completion of a case, anticipating that the process end event will occur too late. This thesis offers means to reason about unobserved process events in a probabilistic way. We address decisive questions of process managers (e.g., "when will the case be finished?", or "when did we perform the activity that we forgot to document?") in this thesis. As main contribution, we introduce an advanced probabilistic model to business process management that is based on a stochastic variant of Petri nets. We present a holistic approach to use the model effectively along the business process lifecycle. Therefore, we provide techniques to discover such models from historical observations, to predict the termination time of processes, and to ensure quality by missing data management. We propose mechanisms to optimize configuration for monitoring and prediction, i.e., to offer guidance in selecting important activities to monitor. An implementation is provided as a proof of concept. For evaluation, we compare the accuracy of the approach with that of state-of-the-art approaches using real process data of a hospital. Additionally, we show its more general applicability in other domains by applying the approach on process data from logistics and finance. / Unternehmen versuchen Wettbewerbsvorteile zu gewinnen und die Kundenzufriedenheit zu erhöhen. Um die Qualität und die Effizienz ihrer Prozesse zu gewährleisten, wenden Unternehmen Geschäftsprozessmanagement an. Hierbei spielt die Prozesskontrolle im täglichen Betrieb eine wichtige Rolle. Prozesskontrolle wird durch Prozessmonitoring ermöglicht, d.h. durch die Überwachung des Prozessfortschritts laufender Prozessinstanzen. So können Verzögerungen entdeckt und es kann entsprechend reagiert werden, um Prozesse wie erwartet und termingerecht beenden zu können. Um Prozessmonitoring zu ermöglichen, müssen prozessrelevante Ereignisse aus der Prozessumgebung gesammelt und ausgewertet werden. Sofern eine Prozessausführungsengine die Orchestrierung von Geschäftsprozessen übernimmt, kann jede Prozessaktivität überwacht werden. Aber viele Geschäftsprozesse eignen sich nicht für automatisierte Orchestrierung, da sie z.B. besonders viel Handlungsfreiheit erfordern. Dies ist in Krankenhäusern der Fall, in denen Geschäftsprozesse oft manuell durchgeführt werden. Daher ist es meist umständlich oder unmöglich, jeden Prozessfortschritt zu erfassen. Zudem ist händische Prozessausführung und -dokumentation fehleranfällig, so wird z.B. manchmal vergessen zu dokumentieren. Eine Herausforderung für Unternehmen ist, dass manche Prozessereignisse nicht im Prozessmonitoring erfasst werden. Solch unbeobachtete Prozessereignisse können jedoch als Entscheidungsgrundlage dienen, selbst wenn kein exaktes Wissen über den Zeitpunkt ihres Auftretens vorliegt. Zum Beispiel ist bei der Prozesskontrolle zu entscheiden, ob zusätzliche Ressourcen eingesetzt werden sollen, wenn eine Verspätung angenommen wird. Diese Arbeit stellt einen probabilistischen Ansatz für den Umgang mit unbeobachteten Prozessereignissen vor. Dabei werden entscheidende Fragen von Prozessmanagern beantwortet (z.B. "Wann werden wir den Fall beenden?", oder "Wann wurde die Aktivität ausgeführt, die nicht dokumentiert wurde?"). Der Hauptbeitrag der Arbeit ist die Einführung eines erweiterten probabilistischen Modells ins Geschäftsprozessmanagement, das auf stochastischen Petri Netzen basiert. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz zur Unterstützung der einzelnen Phasen des Geschäftsprozesslebenszyklus verfolgt. Es werden Techniken zum Lernen des probabilistischen Modells, zum Vorhersagen des Zeitpunkts des Prozessendes, zum Qualitätsmanagement von Dokumentationen durch Erkennung fehlender Einträge, und zur Optimierung von Monitoringkonfigurationen bereitgestellt. Letztere dient zur Auswahl von relevanten Stellen im Prozess, die beobachtet werden sollten. Diese Techniken wurden in einer quelloffenen prototypischen Anwendung implementiert. Zur Evaluierung wird der Ansatz mit existierenden Alternativen an echten Prozessdaten eines Krankenhauses gemessen. Die generelle Anwendbarkeit in weiteren Domänen wird examplarisch an Prozessdaten aus der Logistik und dem Finanzwesen gezeigt.

Les humains communiquent via différents types de canaux: les mots, la voix, les gestes du corps, des émotions, etc. Pour cette raison, un ordinateur doit percevoir ces divers canaux de communication pour pouvoir interagir intelligemment avec les humains, par exemple en faisant usage de microphones et de webcams. Dans cette thèse, nous nous intéressons à déterminer les émotions humaines à partir d’images ou de vidéo de visages afin d’ensuite utiliser ces informations dans différents domaines d’applications. Ce mémoire débute par une brève introduction à l'apprentissage machine en s’attardant aux modèles et algorithmes que nous avons utilisés tels que les perceptrons multicouches, réseaux de neurones à convolution et autoencodeurs. Elle présente ensuite les résultats de l'application de ces modèles sur plusieurs ensembles de données d'expressions et émotions faciales. Nous nous concentrons sur l'étude des différents types d’autoencodeurs (autoencodeur débruitant, autoencodeur contractant, etc) afin de révéler certaines de leurs limitations, comme la possibilité d'obtenir de la coadaptation entre les filtres ou encore d’obtenir une courbe spectrale trop lisse, et étudions de nouvelles idées pour répondre à ces problèmes. Nous proposons également une nouvelle approche pour surmonter une limite des autoencodeurs traditionnellement entrainés de façon purement non-supervisée, c'est-à-dire sans utiliser aucune connaissance de la tâche que nous voulons finalement résoudre (comme la prévision des étiquettes de classe) en développant un nouveau critère d'apprentissage semi-supervisé qui exploite un faible nombre de données étiquetées en combinaison avec une grande quantité de données non-étiquetées afin d'apprendre une représentation adaptée à la tâche de classification, et d'obtenir une meilleure performance de classification. Finalement, nous décrivons le fonctionnement général de notre système de détection d'émotions et proposons de nouvelles idées pouvant mener à de futurs travaux. / Humans communicate via different types of channels: words, voice, body gesture, emotions …etc. For this reason, implementing these channels in computers is inevitable to make them interact intelligently with humans. Using a webcam and a microphone, computers should figure out what we want to tell from our voice, gesture and face emotions. In this thesis we are interested in figuring human emotions from their images or video in order to use that later in different applications. The thesis starts by giving an introduction to machine learning and some of the models and algorithms we used like multilayer perceptron, convolutional neural networks, autoencoders and finally report the results of applying these models on several facial emotion expression datasets. We moreover concentrate on studying different kinds of autoencoders (Denoising Autoencoder , Contractive Autoencoder, …etc.) and identify some limitations like the possibility of obtaining filters co-adaptation and undesirably smooth spectral curve and we investigate new ideas to address these problems. We also overcome the limitations of training autoencoders in a purely unsupervised manner, i.e. without using any knowledge of task we ultimately want to solve (such as predicting class labels) and develop a new semi-supervised training criterion which exploits the knowledge of the few labeled data to train the autoencoder together with a large amount of unlabeled data in order to learn a representation better suited for the classification task, and obtain better classification performance. Finally, we describe the general pipeline for our emotion detection system and suggest new ideas for future work.