Thesis (Ph. D.)--University of Chicago, Dept. of Computer Science, June 1999. / Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs problèmes de théorie des graphes concernant la coloration et la convexité des graphes. La plupart des résultats gurant ici sont liés à la complexité de calcul de ces problèmes pour certaines classes de graphes. Dans la première, et principale, partie de cette thèse, nous traitons de coloration des graphes qui est l'un des domaines les plus étudiés de théorie des graphes. Nous considérons d'abord trois problèmes de coloration appelés coloration gloutone, coloration pondérée et coloration pondérée impropre. Ensuite, nous traitons un probl ème de décision, appelé bon étiquetage de arêtes, dont la dé nition a été motivée par le problème d'affectation de longueurs d'onde dans les réseaux optiques. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à un paramètre d'optimisation des graphes appelé le nombre enveloppe (géodésique). La dé nition de ce paramètre est motivée par une extension aux graphes des notions d'ensembles et d'enveloppes convexes dans l'espace Euclidien. En n, nous présentons dans l'annexe d'autres travaux développées au cours de cette thèse, l'un sur les hypergraphes orientés Eulériens et Hamiltoniens et l'autre concernant les systèmes de stockage distribués.

The field of computational complexity theory--which chiefly aims to quantify the difficulty encountered when performing calculations--is, in the case of conventional computers, correctly practised and well understood (some important and fundamental open questions notwithstanding); however, such understanding is, we argue, lacking when unconventional paradigms are considered. As an illustration, we present here an analogue computer that performs the task of natural-number factorization using only polynomial time and space; the system's true, exponential complexity, which arises from requirements concerning precision, is overlooked by a traditional, `time-and-space' approach to complexity theory. Hence, we formulate the thesis that unconventional computers warrant unconventional complexity analysis; the crucial omission from traditional analysis, we suggest, is consideration of relevant resources, these being not only time and space, but also precision, energy, etc. In the presence of this multitude of resources, however, the task of comparing computers' efficiency (formerly a case merely of comparing time complexity) becomes difficult. We resolve this by introducing a notion of overall complexity, though this transpires to be incompatible with an unrestricted formulation of resource; accordingly, we define normality of resource, and stipulate that considered resources be normal, so as to rectify certain undesirable complexity behaviour. Our concept of overall complexity induces corresponding complexity classes, and we prove theorems concerning, for example, the inclusions therebetween. Our notions of resource, overall complexity, normality, etc. form a model-independent framework of computational complexity theory, which allows: insightful complexity analysis of unconventional computers; comparison of large, model-heterogeneous sets of computers, and correspondingly improved bounds upon the complexity of problems; assessment of novel, unconventional systems against existing, Turing-machine benchmarks; increased confidence in the difficulty of problems; etc. We apply notions of the framework to existing disputes in the literature, and consider in the context of the framework various fundamental questions concerning the nature of computation.

Dans cette thèse, nous cherchons à comparer la complexité booléenne classique et la complexité algébrique, en étudiant des problèmes sur les polynômes. Nous considérons les modèles de calcul algébriques de Valiant et de Blum, Shub et Smale (BSS). Pour étudier les classes de complexité algébriques, il est naturel de partir des résultats et des questions ouvertes dans le cas booléen, et de regarder ce qu'il en est dans le contexte algébrique. La comparaison des résultats obtenus dans ces deux domaines permet ainsi d'enrichir notre compréhension des deux théories. La première partie suit cette approche. En considérant un polynôme canoniquement associé à toute formule booléenne, nous obtenons un lien entre les questions de complexité booléenne sur la formule booléenne et les questions de complexité algébrique sur le polynôme. Nous avons étudié la complexité du calcul de ce polynôme dans le modèle de Valiant en fonction de la complexité de la formule booléenne, et avons obtenu des analogues algébriques à certains résultats booléens. Nous avons aussi pu utiliser des méthodes algébriques pour améliorer certains résultats booléens, en particulier de meilleures réductions de comptage. Une autre motivation aux modèles de calcul algébriques est d'offrir un cadre pour l'analyse d'algorithmes continus. La seconde partie suit cette approche. Nous sommes partis d'algorithmes nouveaux pour la recherche de zéros approchés d'un système de n polynômes complexes à n inconnues. Jusqu'à présent il s'agissait d'algorithmes pour le modèle BSS. Nous avons étudié l'implémentabilité de ces algorithmes sur un ordinateur booléen et proposons un algorithme booléen.

OOPS stands for Opensource Opencourseware Prototype System, a project sponsored by Fantasy Foundation. Aiming to benefit Chinese readers, this project recruit volunteer translators all over the world through internet to translate Opencourseware materials from Massachusetts Institute of Technology (MIT) into Chinese. This research was a qualitative case study conducted between 2004/2 ~ 2007/1. Multiple data sources were surveyed, including OOPS¡¦ online discussion forum, and archival information from OOPS website. Online archival data ranged from media reports, activity reports, e-newsletters, volunteer reports, survey summaries, and sub-group websites. Interviews with group leaders were also conducted. Evidence collected through these means were used to describe how OOPS employed the Internet to coordinate translation efforts and promote Opencourseware. In addition, this research applied Science of Complexity to explain the self organizing phenomenon within the network arisen from its participants. This research looked further into how Science of Complexity can clarify the organic process of a self organizing network going from simple to complex. This research found 1) the degree of openness in a collaborative knowledge network influenced its degree of self organization; 2) volunteer¡¦s willingness to participate was related to environment¡¦s fitness; 3) critical mass, diversity, variety, interaction and feedback promoted evolution; 4) a collaborative knowledge network¡¦s key to an organic expansion depended on participants¡¦ outgrowth and self organization; and 5) effective facilitation at the edge of chaos would foster new organization growth.

Texte remanié de : Ph. D : Mathématiques : University of Chicago : 1999. / Notes bibliogr.

The thesis applies the ICC tecniques to the probabilistic polinomial complexity classes in order to get an implicit characterization of them. The main contribution lays on the implicit characterization of PP (which stands for Probabilistic Polynomial Time) class, showing a syntactical characterisation of PP and a static complexity analyser able to recognise if an imperative program computes in Probabilistic Polynomial Time. The thesis is divided in two parts. The first part focuses on solving the problem by creating a prototype of functional language (a probabilistic variation of lambda calculus with bounded recursion) that is sound and complete respect to Probabilistic Prolynomial Time. The second part, instead, reverses the problem and develops a feasible way to verify if a program, written with a prototype of imperative programming language, is running in Probabilistic polynomial time or not. This thesis would characterise itself as one of the first step for Implicit Computational Complexity over probabilistic classes. There are still open hard problem to investigate and try to solve. There are a lot of theoretical aspects strongly connected with these topics and I expect that in the future there will be wide attention to ICC and probabilistic classes.

L'étude que nous proposons s'inscrit dans le cadre de la complexité implicite des calculs. Selon Daniel Leivant, il s'agit de donner des caractérisations de la complexité sans faire de référence explicite à un modèle de calcul. Nous montrons que les interprétations de programmes sont un bon outil d'analyse dans ce contexte. Les aspects théoriques et pratiques sont abordés.

Cette thèse porte sur l'étude des propriétés structurelles de graphes dont la compréhension permet de concevoir des algorithmes efficaces pour résoudre des problèmes d'optimisation. Nous nous intéressons plus particulièrement aux méthodes de décomposition des graphes, aux jeux de poursuites et à la notion de convexité. Le jeu de Processus a été défini comme un modèle de la reconfiguration de routage. Souvent, ces jeux où une équipe de chercheurs doit effacer un graphe non orienté sont reliés aux décompositions de graphes. Dans les digraphes, nous montrons que le jeu de Processus est monotone et nous définissons une nouvelle décomposition de graphes que lui est équivalente. Ensuite, nous étudions d'autres décompositions de graphes. Nous proposons un algorithme FPT-unifiée pour calculer plusieurs paramètres de largeur de graphes. En particulier, ceci est le premier FPT-algorithme pour la largeur arborescente q-branché et spéciale d'un graphe. Nous étudions ensuite un autre jeu qui modélise les problèmes de pré-chargement. Nous introduisons la variante en ligne du jeu de surveillance. Nous étudions l'écart entre le jeu de surveillance classique et ses versions connecté et en ligne, en fournissant de nouvelles bornes. Nous définissons ensuite un cadre général pour l'étude des jeux poursuite-évasion. Cette méthode nous permet de donner les premiers résultats d'approximation pour certains de ces jeux. Finalement, nous étudions un autre paramètre lié à la convexité des graphes et à la propagation d'infection dans les réseaux, le nombre enveloppe. Nous fournissons plusieurs résultats de complexité en fonction des structures des graphes et en utilisant des décompositions de graphes.

Nous nous intéressons dans cette thèse à différents types de réseaux (optiques, sans-fil, pair-à-pair) ayant chacun leurs spécificités mais partageant des problématiques communes : assurer la meilleure qualité de services possible, garantir la stabilité du système, minimiser les ressources et donc le coût de fonctionnement. Tout d'abord, nous étudions le problème de la reconfiguration du routage dans les réseaux optiques consistant à rerouter les requêtes de connexion en minimisant les perturbations pour les utilisateurs. Puis, nous nous intéressons au problème de la détermination de routages efficaces en énergie dans les réseaux coeur. Pour ce faire, nous étudions le problème de trouver des routages minimisant le nombre d'équipements utilisés. Ensuite, nous nous intéressons aux algorithmes d'ordonnancement des liens dans les réseaux sans-fil en présence d'interférence. Enfin, nous considérons le problème de stockage de données dans les réseaux pair-à-pair. Nous étudions l'impact de différentes politiques de placement sur la durée de vie des données et nous déterminons un choix de placement optimal. Pour résoudre ces problèmes, nous utilisons les outils théoriques des mathématiques discrètes (graphes, configurations, optimisation combinatoire), d'algorithmique (complexité, algorithmique distribuée) et de probabilités.