Quelques propriétés topologiques des graphes et applications à Internet et aux réseaux

This thesis focuses on topological properties of graphs and their application on communication networks, specif- ically on graphs reflecting Internet structure. We first look how far from a tree a graph may be by the study of two parameters : hyperbolicity and treewidth. For hyperbolicity, we analyse the relation with others graph parameters, we also show that some graph decom- positions allow its efficient computation. We compute both parameters on Internet snapshots at different levels of granularity and time periods. We propose some structural and algorithmic consequences of obtained values. Then, we study the graph clustering problem from the perspective of modularity, which measures a clustering quality and is largely studied in the literature. We analyse modularity from a theoretical point of view and [describe] its asymptotic behaviour for some graph families. Finally, we deal with adversarial queueing theory, a combinatorial framework derived from classic queueing theory where injection process is under the control of an adversary. We propose a new model generalisation by considering request of distinct types.Ce travail étudie des propriétés topologiques des graphes et leurs applications aux réseaux de communications, notamment aux graphes représentant la structure d'Internet. Dans un premier temps, on s'intéresse à l'arborescence des graphes par l'étude de deux paramètres : l'hyperbolicité et la largeur arborescente (treewidth). Pour l'hyperbolicité, on analyse sa relation avec d'autres paramètres de graphes et on montre que certaines décompositions de graphes en permettent un calcul efficace. On calcule ces deux paramètres dans des instantanés d'Internet pour différents niveaux hiérarchiques et différentes périodes de temps. On y apporte des interprétations structurelles et algorithmiques pour les valeurs obtenues. On aborde ensuite le problème de partitionnement de graphes (clustering) sous l'angle de la modularité, paramètre qui mesure la qualité d'un partitionnement, largement utilisé dans la littérature. On analyse la modularité du point de vue théorique et son comportement asymptotique pour certaines familles de graphes. Enfin, on s'intéresse à une approche combinatoire de la théorie des files d'attente où les injections de paquets sont effectuées par un adversaire. On propose une généralisation de ce modèle par l'introduction de différentes classes de requêtes

Effets de la dimension des réseaux hyperboliques sur la modélisation de la structure communautaire

Le cadre théorique de la géométrie des réseaux consiste à placer des points, les nœuds, dans un espace métrique, puis les connecter par des liens par paires selon la distance qui les sépare. Lorsque la géométrie sous-jacente est hyperbolique, de nombreuses propriétés de réseaux qui proviennent de données empiriques peuvent être élégamment expliquées à l'aide de la proximité entre les nœuds et des caractéristiques de ces espaces si particuliers, dont la courbure est négative. Le modèle de réseaux hyperboliques le plus couramment utilisé attribue à chaque nœud une coordonnée radiale associée à son nombre total de liens et une coordonnée angulaire. Avec celle-ci, les nœuds peuvent être envoyés à un cercle, et à plus petite distance angulaire ils ont plus de chances d'être connectés, ce qui encode la similarité avec les autres nœuds. Or, dans de nombreux systèmes réels, il existe plus d'un facteur poussant les éléments à s'associer, et donc plusieurs manières d'être similaires ou pas. Cela se reflète dans les modèles de réseaux hyperboliques de plus grande dimension, où plus d'une coordonnée angulaire est associée à chaque nœud, qui est alors envoyé à une sphère de plus grande dimension à la place du cercle. Dans ce mémoire, on étudie les effets de la dimension des modèles de réseaux hyperboliques aléatoires. En particulier, la distribution des distances angulaires entre les nœuds connectés change selon la dimension. Or, la coordonnée angulaire des nœuds est aussi utilisée pour modéliser la structure communautaire, c'est-à-dire lorsque des sous-groupes de nœuds, les communautés, sont reliés plus densément entre eux qu'au reste du réseau. Par conséquent, augmenter le nombre de coordonnées angulaires affecte naturellement comment les communautés peuvent être générées et la manière dont elles sont reliées entre elles. Ces effets sont quantifiés en simulant des réseaux hyperboliques qui possèdent de la structure communautaire. Une différence marquée est observée entre le cas le plus simple et l'ajout d'une seule dimension, où la structure communautaire générée est plus diversifiée et réaliste.The framework of network geometry involves placing points, nodes of a network, in a metric space and then creating pairwise connections, the edges, according to the distance between them. When the underlying geometry is hyperbolic, many network properties are elegantly explained by the closeness between nodes through properties of these negatively curved spaces. The flagship model of this framework assigns to each node one radial coordinate related to its total number of connections and one angular coordinate related to its similarity to other nodes. Nodes can thus be mapped to a circle where a smaller angular distance increases the chances to be connected, hence the idea of similarity. However, in many systems, there is more than one factors that drives relationships between elements, and thus more than one way in which they can be similar or not. This is captured by higher dimensional hyperbolic network models, where each node has more angular coordinates that maps it to a higher dimensional sphere instead of the circle. In this master's thesis, we study the effects of the dimension of hyperbolic network models. In particular, the distribution of angular distances between connected nodes changes with dimension. Yet, nodes' angular coordinates are also used to model hyperbolic networks' community structure, when some subgroups of nodes, the communities, are more densely connected than to the rest of the network. Hence, increasing the number of angular coordinates naturally affects how communities can be created and how they are related to one another. These effects are quantified through simulations of hyperbolic networks possessing community structure. A significant difference is observed between the simplest case and the addition of a single dimension, in which case the community structure generated is more diverse and realistic

Evaluation et application de méthodes de criblage in silico

Lors de la conception de médicaments, le criblage in silico est de plus en plus utilisé et lesméthodes disponibles nécessitent d'être évaluées. L'évaluation de 8 méthodes a mis enévidence l'efficacité des méthodes de criblage in silico et des problèmes de construction de labanque d'évaluation de référence (DUD), la conformation choisie pour les sites de liaisonn'étant pas toujours adaptée à tous les actifs. La puissance informatique actuelle le permettant,plusieurs structures expérimentales ont été choisies pour tenter de mimer la flexibilité dessites de liaison. Un autre problème a été mis en évidence : les métriques d'évaluation desméthodes souffrent de biais. De nouvelles métriques ont donc été proposées, telles queBEDROC et RIE. Une autre alternative est proposée ici, mesurant la capacité prédictive d'uneméthode en actifs. Enfin, une petite molécule active sur le TNFa in vitro et in vivo sur souris aété identifiée par un protocole de criblage in silico. Ainsi, malgré le besoin d'amélioration desméthodes, le criblage in silico peut être d'un important soutien à l'identification de nouvellesmolécules a visée thérapeutique.Since the introduction of virtual screening in the drug discovery process, the number ofvirtual screening methods has been increasing and available methods have to be evaluated.In this work, eight virtual screening methods were evaluated in the DUD database, showingadequate efficiency. This also revealed some shortcomings of the DUD database as thebinding site conformation used in the DUD was not relevant for all the actives.As computational power now permits to address this issue, classical docking runs have beenperformed on several X-ray structures, used to represent the binding site flexibility. This alsorevealed that evaluation metrics show some biases. New evaluation metrics have thus beenproposed, e.g. BEDROC and RIE. An alternative method was also proposed usingpredictiveness curves, based on compound activity probabilityFinally, a virtual screening procedure has been applied to TNFa. A small molecule inhibitor,showing in vitro and in vivo activity in mice, has been identified. This demonstrated the valueof virtual screening for the drug discovery process, although virtual screening methods needto be improved.PARIS-CNAM (751032301) / SudocSudocFranceF

L’impact de la structure spatiale urbaine sur les places urbaines : usage et imagibilité, une analyse syntaxique.

Le mouvement des piétons et leurs schémas de déplacement au sein d’une ville sont extrêmement influencés par la configuration de sa structure spatiale. Cette dernière rentre aussi en jeu dans le choix et la préférence des individus de certains espaces, tels que les places publiques. Les places sont des espaces qui participent à la formation de l’ossature de la ville et à l’organisation de son espace urbain. Elles sont aussi considérées comme des espaces de sociabilité par excellence, ayant un impact considérable sur le fonctionnement d’une ville. Cette recherche vise alors à investiguer la relation entre l'usage et l'attractivité des places publiques et la configuration de la structure spatiale urbaine dans laquelle elles s’inscrivent. Pour atteindre cet objectif, une étude comparative de quatre places publiques dans la ville de Béjaïa (Algérie) a été menée, et cela en adoptant une approche méthodologique mixte chevauchant deux différentes approches : qualitative et quantitative. L’approche qualitative s’appuie d’une part, sur l'observation in-situ des places publiques retenues pour l’étude, et cela en utilisant la méthode des « gate counts » et celle des « static snapshots » ; et d’autre part, sur des entrevues semi-directives. Quant à l’approche quantitative, celle-ci s’appuie sur des analyses syntaxiques et isovistes, axiales et convexes, utilisant différentes mesures (telles que le choix et l’intégration). Ces analyses sont effectuées à différentes échelles à l’aide du logiciel Depthmap ; allant de l’échelle macro de toute la ville, à l’échelle micro de chaque place publique. Cette thèse commencera par présenter les différents concepts théoriques de l’étude et quelques méthodes d’évaluation et de quantification de l’espace public ; par la suite, les cas d’étude, le processus d’investigation ainsi que les résultats de l’étude de cas seront aussi présentés. Ces résultats montrent que l'usage et l’attractivité des places publiques dans la ville de Béjaïa dépendent fortement des propriétés syntaxiques de la structure spatiale urbaine dans laquelle chaque place est intégrée, et cela à un double niveau : global et local, ce qui impacte leur accessibilité et leur perception depuis le réseau urbain ; en plus des propriétés géométriques et fonctionnelles de ces places

Contribution à la multi-modélisation des applications distribuées pour le contrôle de l'évolution des logiciels

The software evolution control requires a complete understanding of the changes and their impact on the various systems artifacts. We propose a multi-modeling approach for the change impact analysis to provide assistance in understanding the effects of projected or actual changes in distributed software systems. This work elaborate the modeling of software artifacts along with their various interdependencies to build a knowledge-based system, which allows, among others, an assistance for the software developers or maintenance engineers to establish an a priori evaluation of impact of changes. The model we develop integrates two major descriptions of software, at first, the underlying structural description that encompasses the levels of granularity and abstraction of software artifacts, and then the qualitative description designed to integrate the structural description. Initially, the formal models are designed separately for the respective descriptions, and then these are integrated for the objective to study the change impact and its potential propagation through the affected software artifacts. For a change, it is important to establish a qualitative assessment of its impact. The integrated modeling leads to a reasoning based on expert rules. The proposed model is being tested and validated through the development of a platform, implemented in the Eclipse environment.Le contrôle de l'évolution des logiciels exige une compréhension profonde des changements et leur impact sur les différents artefacts du système. Nous proposons une approche de multi-modélisation pour l'analyse d'impact du changement pour une compréhension des effets des modifications prévus ou réels dans les systèmes distribués. Ce travail consiste à élaborer une modélisation des artefacts logiciels et de leur différents liens d'interdépendance pour construire un système à base de connaissance permettant, entre autres, d'assister les développeurs et les chargés de l'évolution des logiciels pour étblir une évaluation a priori de l'impact des modifications.La modélisation que nous élaborons intègre deux descriptions majeures des logiciels, dans un premier temps, la description structurelle sous-jacente qui englobe l'ensemble des niveaux granulaires et l'abstraction des constituants logiciels, et ensuite la description qualitative conçue pour s'intégrer à la description précédente. Deux modèles, d'abord élaborés individuellement pour les deux descriptions respectives, ont été intégrés ou mis en correspondance dans l'objectif d'étudier l'impact de toute modification et sa potentielle propagation à travers les constituants logiciels concernés. Lors de chaque modification, il devient alors possible d'établir un bilan qualitatif de son impact. La modélisation intégrée est élaborée pour se prêter à un raisonnement à base de règles expertes. La modélisation proposée est en cours d'expérimentation et validation à travers le développement d'une plate-forme d'implémentation basée sur l'environnement Eclipse

Architecture autonome et distribuée d'adressage et de routage pour la flexibilité des communications dans l'internet

Les schémas de routage locaux basés sur des coordonnées prises dans le plan hyperbolique ont attiré un intérêt croissant depuis quelques années. Cependant, les solutions proposées sont toutes appliquées à des réseaux au topologie aléatoire et au nombre de nœuds limités. Dans le même temps, plusieurs travaux se sont concentrés sur la création de modèle topologique basé sur les lois de la géométrie hyperbolique. Dans ce cas, Il est montré que les graphes ont des topologies semblables à Internet et qu'un routage local hyperbolique atteint une efficacité proche de la perfection. Cependant, ces graphes ne garantissent pas le taux de réussite du routage même si aucune panne ne se produit. Dans cette thèse, l'objectif est de construire un système passant à l'échelle pour la création de réseau recouvrant capable de fournir à ses membres un service d'adressage et de routage résilient dans un environnement dynamique. Ensuite, nous étudions de quelle manière les réseaux P2PTV pourraient supporter un nombre d'utilisateur croissant. Dans cette thèse, nous essayons de répondre à cette question en étudiant les facteurs d'efficacité et de passage à l'échelle dans un système de diffusion vidéo P2P typique. Au travers des données fournies par Zattoo, producteur de réseau P2PTV, nous réalisons des simulations dont les résultats montrent qu'il y a encore des obstacles à surmonter avant que les réseaux P2P de diffusion vidéo puissent dépendre uniquement de leurs utilisateurs.Local routing schemes based on virtual coordinates taken from the hyperbolic plane have attracted considerable interest in recent years.However, solutions have been applied to ad-hoc and sensor networks having a random topology and a limited number of nodes. In other hand, some research has focused on the creation of network topology models based on hyperbolic geometric laws. In this case, it has been shown that these graphs have an Internet-like topology and that local hyperbolic routing achieves a near perfect efficiency. However, with these graphs, routing success is not guaranteed even if no failures happen. In this thesis, we aim at building a scalable system for creating overlay networks on top of the Internet that would provide reliable addressing and routing service to its members in a dynamic environment.Next, we investigate how well P2PTV networks would support a growing number of users. In this thesis, we try to address this question by studying scalability and efficiency factors in a typical P2P based live streaming network. Through the use of the data provided by Zattoo a production P2PTV network, we carry out simulations whose results show that there are still hurdles to overcome before P2P based live streaming could depend uniquely of their users.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Architecture autonome et distribuée d'adressage et de routage pour la flexibilité des communications dans l'Internet

Local routing schemes based on virtual coordinates taken from the hyperbolic plane have attracted considerable interest in recent years. However, solutions have been applied to ad-hoc and sensor networks having a random topology and a limited number of nodes. In other hand, some research has focused on the creation of network topology models basedon hyperbolic geometric laws. In this case, it has been shown that these graphs have an Internet-like topology and that local hyperbolic routing achieves a near perfect efficiency. However, with these graphs, routing success is not guaranteed even if no failures happen. In this thesis, we aim at building a scalable system for creating overlay networks on top ofthe Internet that would provide reliable addressing and routing service to its members in a dynamic environment. Next, we investigate how well P2PTV networks would support a growing number of users. In this thesis, we try to address this question by studying scalability and efficiency factors in a typical P2P based live streaming network. Throughthe use of the data provided by Zattoo a production P2PTV network, we carry out simulations whose results show that there are still hurdles to overcome before P2P based live streaming could depend uniquely of their users.Les schémas de routage locaux basés sur des coordonnées prises dans le plan hyperbolique ont attiré un intérêt croissant depuis quelques années. Cependant, les solutions proposées sont toutes appliquées à des réseaux aux topologies aléatoires et au nombre de noeuds limité. Dans le même temps, plusieurs travaux se sont concentrés sur la création de modèle topologique basé sur les lois de la géométrie hyperbolique. Dans ce cas, Il est montré que les graphes ont des topologies semblables à Internet et qu’un routage local hyperbolique atteint une efficacité proche de la perfection. Cependant, ces graphes ne garantissent pas le taux de réussite du routage même si aucune panne ne se produit. Dans cette thèse, l’objectif est de construire un système passant à l’échelle pour la création de réseau recouvrant capable de fournir à ses membres un service d’adressage et de routage résilient dans un environnement dynamique. Ensuite, nous étudions de quelle manière les réseaux P2PTV pourraient supporter un nombre d’utilisateur croissant. Dans cette thèse, nous essayons de répondre à cette question en étudiant les facteurs de l’efficacité et du passage à l’échelle dans un système de diffusion vidéo P2P typique. Au travers des données fournies par Zattoo, producteur de réseau P2PTV, nous réalisons des simulations dont les résultats montrent qu’il y a encore des obstacles à surmonter avant que les réseaux P2P de diffusion vidéo puissent dépendre uniquement de leurs utilisateurs

Gestion et visualisation de données hétérogènes multidimensionnelles : application PLM à la neuroimagerie

Neuroimaging domain is confronted with issues in analyzing and reusing the growing amount of heterogeneous data produced. Data provenance is complex – multi-subjects, multi-methods, multi-temporalities – and the data are only partially stored, restricting multimodal and longitudinal studies. Especially, functional brain connectivity is studied to understand how areas of the brain work together. Raw and derived imaging data must be properly managed according to several dimensions, such as acquisition time, time between two acquisitions or subjects and their characteristics. The objective of the thesis is to allow exploration of complex relationships between heterogeneous data, which is resolved in two parts : (1) how to manage data and provenance, (2) how to visualize structures of multidimensional data. The contribution follow a logical sequence of three propositions which are presented after a research survey in heterogeneous data management and graph visualization.The BMI-LM (Bio-Medical Imaging – Lifecycle Management) data model organizes the management of neuroimaging data according to the phases of a study and takes into account the scalability of research thanks to specific classes associated to generic objects. The application of this model into a PLM (Product Lifecycle Management) system shows that concepts developed twenty years ago for manufacturing industry can be reused to manage neuroimaging data. GMDs (Dynamic Multidimensional Graphs) are introduced to represent complex dynamic relationships of data, as well as JGEX (Json Graph EXchange) format that was created to store and exchange GMDs between software applications. OCL (Overview Constraint Layout) method allows interactive and visual exploration of GMDs. It is based on user’s mental map preservation and alternating of complete and reduced views of data. OCL method is applied to the study of functional brain connectivity at rest of 231 subjects that are represented by a GMD – the areas of the brain are the nodes and connectivity measures the edges – according to age, gender and laterality : GMDs are computed through processing workflow on MRI acquisitions into the PLM system. Results show two main benefits of using OCL method : (1) identification of global trends on one or many dimensions, and (2) highlights of local changes between GMD states.La neuroimagerie est confrontée à des difficultés pour analyser et réutiliser la masse croissante de données hétérogènes qu’elle produit. La provenance des données est complexe – multi-sujets, multi-analyses, multi-temporalités – et ces données ne sont stockées que partiellement, limitant les possibilités d’études multimodales et longitudinales. En particulier, la connectivité fonctionnelle cérébrale est analysée pour comprendre comment les différentes zones du cerveau travaillent ensemble. Il est nécessaire de gérer les données acquises et traitées suivant plusieurs dimensions, telles que le temps d’acquisition, le temps entre les acquisitions ou encore les sujets et leurs caractéristiques. Cette thèse a pour objectif de permettre l’exploration de relations complexes entre données hétérogènes, ce qui se décline selon deux axes : (1) comment gérer les données et leur provenance, (2) comment visualiser les structures de données multidimensionnelles. L’apport de nos travaux s’articule autour de trois propositions qui sont présentées à l’issue d’un état de l’art sur les domaines de la gestion de données hétérogènes et de la visualisation de graphes.Le modèle de données BMI-LM (Bio-Medical Imaging – Lifecycle Management) structure la gestion des données de neuroimagerie en fonction des étapes d’une étude et prend en compte le caractère évolutif de la recherche grâce à l’association de classes spécifiques à des objets génériques. L’implémentation de ce modèle au sein d’un système PLM (Product Lifecycle Management) montre que les concepts développés depuis vingt ans par l’industrie manufacturière peuvent être réutilisés pour la gestion des données en neuroimagerie. Les GMD (Graphes MultidimensionnelsDynamiques) sont introduits pour représenter des relations complexes entre données qui évoluent suivant plusieurs dimensions, et le format JGEX (Json Graph EXchange) a été créé pour permettre le stockage et l’échange de GMD entre applications. La méthode OCL (Overview Constraint Layout) permet l’exploration visuelle et interactive de GMD. Elle repose sur la préservation partielle de la carte mentale de l’utilisateur et l’alternance de vues complètes et réduites des données. La méthode OCL est appliquée à l’étude de la connectivité fonctionnelle cérébrale au repos de 231 sujets représentées sous forme de GMD – les zones du cerveau sont représentées par les noeuds et les mesures de connectivité par les arêtes – en fonction de l’âge, du genre et de la latéralité : les GMD sont obtenus par l’application de chaînes de traitement sur des acquisitions IRM dans le système PLM. Les résultats montrent deux intérêts principaux à l’utilisation de la méthode OCL : (1) l’identification des tendances globales sur une ou plusieurs dimensions et (2) la mise en exergue des changements locaux entre états du GMD

Transformations quasi-conformes de maillages volumiques et applications en infographie

La modélisation géométrique est importante autant en infographie qu'en ingénierie. Notre capacité à représenter l'information géométrique fixe les limites et la facilité avec laquelle on manipule les objets 3D. Une de ces représentations géométriques est le maillage volumique, formé de polyèdres assemblés de sorte à approcher une forme désirée. Certaines applications, tels que le placage de textures et le remaillage, ont avantage à déformer le maillage vers un domaine plus régulier pour faciliter le traitement. On dit qu'une déformation est \emph{quasi-conforme} si elle borne la distorsion. Cette thèse porte sur l’étude et le développement d'algorithmes de déformation quasi-conforme de maillages volumiques. Nous étudions ces types de déformations parce qu’elles offrent de bonnes propriétés de préservation de l’aspect local d’un solide et qu’elles ont été peu étudiées dans le contexte de l’informatique graphique, contrairement à leurs pendants 2D. Cette recherche tente de généraliser aux volumes des concepts bien maitrisés pour la déformation de surfaces. Premièrement, nous présentons une approche linéaire de la quasi-conformité. Nous développons une méthode déformant l’objet vers son domaine paramétrique par une méthode des moindres carrés linéaires. Cette méthode est simple d'implémentation et rapide d'exécution, mais n'est qu'une approximation de la quasi-conformité car elle ne borne pas la distorsion. Deuxièmement, nous remédions à ce problème par une approche non linéaire basée sur les positions des sommets. Nous développons une technique déformant le domaine paramétrique vers le solide par une méthode des moindres carrés non linéaires. La non-linéarité permet l’inclusion de contraintes garantissant l’injectivité de la déformation. De plus, la déformation du domaine paramétrique au lieu de l’objet lui-même permet l’utilisation de domaines plus généraux. Troisièmement, nous présentons une approche non linéaire basée sur les angles dièdres. Cette méthode définit la déformation du solide par les angles dièdres au lieu des positions des sommets du maillage. Ce changement de variables permet une expression naturelle des bornes de distorsion de la déformation. Nous présentons quelques applications de cette nouvelle approche dont la paramétrisation, l'interpolation, l'optimisation et la compression de maillages tétraédriques.Geometric modeling is important for both computer graphics and engineering. Our ability to represent geometric information sets the limits and the ease with which we manipulate 3D objects. One such representation is the volume mesh, that is composed of polyhedra assembled to approximate a desired shape. Some applications, such as texturing and remeshing, benefit from deforming the mesh to a more regular domain in order to perform some operations. We say that a deformation is \emph{quasi-conformal} if its distortion is bounded. In this thesis, we propose algorithms for quasi-conformal deformations of volume meshes. We study these deformations because of their good local shape preservation properties and because they are still relatively unknown to the graphics community, as opposed to their 2D counterparts. This research attempts to generalize \gilles{some well-known surface deformation concepts to volumes}. First, we present a linear approach to quasi-conformality. We develop a method that deforms a solid to a parameterization domain using a linear least squares method. This method is fast and simple to implement, but the result is an approximation to quasi-conformality because distortion is not bounded. Second, we solve this latter limitation with a nonlinear approach based on vertex positions. We develop a technique to deform the parameterization domain to a solid shape using a nonlinear least squares method. Nonlinearity lets us include constraints that guarantee the injectivity of the deformation. Moreover, deforming the parameterization domain instead of the shape itself lets us use more general domains. Third, we present a nonlinear approach based on dihedral angles. Our method defines the deformation of the volume mesh using its dihedral angles instead of its vertex positions. This change of variables permits a natural expression of the bounds of the deformation distortion. We present some applications of this new approach that include volume parameterization, shape interpolation, mesh optimization, and mesh compression of tetrahedral meshes