Degree of Sequentiality of Weighted Automata

Weighted automata (WA) are an important formalism to describe quantitative properties. Obtaining equivalent deterministic machines is a longstanding research problem. In this paper we consider WA with a set semantics, meaning that the semantics is given by the set of weights of accepting runs. We focus on multi-sequential WA that are defined as finite unions of sequential WA. The problem we address is to minimize the size of this union. We call this minimum the degree of sequentiality of (the relation realized by) the WA. For a given positive integer k, we provide multiple characterizations of relations realized by a union of k sequential WA over an infinitary finitely generated group: a Lipschitz-like machine independent property, a pattern on the automaton (a new twinning property) and a subclass of cost register automata. When possible, we effectively translate a WA into an equivalent union of k sequential WA. We also provide a decision procedure for our twinning property for commutative computable groups thus allowing to compute the degree of sequentiality. Last, we show that these results also hold for word transducers and that the associated decision problem is PSPACE -complete

A Regular and Complete Notion of Delay for Streaming String Transducers

The notion of delay between finite transducers is a core element of numerous fundamental results of transducer theory. The goal of this work is to provide a similar notion for more complex abstract machines: we introduce a new notion of delay tailored to measure the similarity between streaming string transducers (SST). We show that our notion is regular: we design a finite automaton that can check whether the delay between any two SSTs executions is smaller than some given bound. As a consequence, our notion enjoys good decidability properties: in particular, while equivalence between non-deterministic SSTs is undecidable, we show that equivalence up to fixed delay is decidable. Moreover, we show that our notion has good completeness properties: we prove that two SSTs are equivalent if and only if they are equivalent up to some (computable) bounded delay. Together with the regularity of our delay notion, it provides an alternative proof that SSTs equivalence is decidable. Finally, the definition of our delay notion is machine-independent, as it only depends on the origin semantics of SSTs. As a corollary, the completeness result also holds for equivalent machine models such as deterministic two-way transducers, or MSO transducers

When Is a Bottom-Up Deterministic Tree Translation Top-Down Deterministic?

We consider two natural subclasses of deterministic top-down tree-to-tree transducers, namely, linear and uniform-copying transducers. For both classes we show that it is decidable whether the translation of a transducer with look-ahead can be realized by a transducer without look-ahead. The transducers constructed in this way, may still make use of inspection, i.e., have an additional tree automaton restricting the domain. We provide a second procedure which decides whether inspection can be removed and if so, constructs an equivalent transducer without inspection. The construction relies on a fixpoint algorithm that determines inspection requirements and on dedicated earliest normal forms for linear as well as uniform-copying transducers which can be constructed in polynomial time. As a consequence, equivalence of these transducers can be decided in polynomial time. Applying these results to deterministic bottom-up transducers, we obtain that it is decidable whether or not their translations can be realized by deterministic uniform-copying top-down transducers without look-ahead (but with inspection) - or without both look-ahead and inspection

A Burnside Approach to the Termination of Mohri’s Algorithm for Polynomially Ambiguous Min-Plus-Automata

We show that the termination of Mohri's algorithm is decidable for polynomially ambiguous weighted finite automata over the tropical semiring which gives a partial answer to a question by Mohri [29]. The proof relies on an improvement of the notion of the twins property and a Burnside type characterization for the finiteness of the set of states produced by Mohri's algorithm

Origine, devenir et impact du cuivre et du zinc des lisiers porcins. Rôle de la digestion anaérobie

L’épandage des déjections animales sur les terres agricoles est pratiqué depuis très longtemps. Il contribue au recyclage d’éléments nutritifs comme l’azote et le phosphore ainsi qu’à l’apport de matière organique au sol. Cependant, l’intensification de la production animale a entraîné une concentration des élevages et des changements de pratiques, notamment en production porcine avec l’ajout de cuivre et de zinc dans la ration alimentaire. Ces éléments se retrouvant en partie dans les déjections, l’épandage des lisiers peut conduire à une accumulation du cuivre et du zinc dans le sol. Par ailleurs, la digestion anaérobie, ou méthanisation, connaît un regain d’intérêt pour la production d’une énergie renouvelable couplée au traitement de déchets organiques. Ce procédé est notamment bien adapté au traitement des déjections animales. Dans ce contexte, notre objectif a été d’évaluer le rôle de la méthanisation sur le devenir et les impacts du cuivre et du zinc des lisiers porcins. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur le fonctionnement d’une unité de méthanisation située dans la région de Pau (64) traitant quotidiennement environ 11 m3 de lisier produit par un élevage porcin naisseur-engraisseur de 250 truies. Le bilan de masse montre que l’azote est conservé au cours du traitement, entraînant un raisonnement sur l’azote apporté par épandage équivalent entre le lisier brut et le lisier méthanisé. Le cuivre et le zinc sont également conservés par la digestion anaérobie, et, dans le lisier méthanisé, l’essentiel du cuivre et du zinc est associé à une fraction granulométrique comprise entre 3 et 25 cm. En revanche, au cours du traitement anaérobie des pertes de phosphore, calcium et magnésium sont constatées du fait de la formation de cristaux de phosphates sur les parois de l’échangeur thermique du digesteur. La méthanisation permet le retour au sol d’une matière organique stabilisée puisque la moitié de la matière organique est convertie en biogaz lors de la digestion. De ce fait, après enfouissement au sol, les lisiers méthanisés génèrent moins de dégagement de CO2 que les lisiers bruts. L’analyse granulométrique des lisiers met en évidence que l’hydrolyse des particules conduit à une augmentation relative du nombre de particules de très petite taille (inf à 0,1 cm) mais également à une augmentation relative du volume occupé par les particules de grande taille (sup à 60 cm). L’utilisation d’un modèle permettant d’interpréter l’analyse élémentaire des fractions solides, amène à la conclusion que le traitement anaérobie se traduit par une dépolymérisation de la matière organique. L’extraction chimique séquentielle montre que le cuivre et le zinc ont une répartition très différentes dans les fractions solides : alors que le zinc est préférentiellement sous forme de carbonates, le cuivre est majoritairement associé à la matière organique. De fait, cette fraction diminue après méthanisation au cours de laquelle le cuivre et le zinc évoluent vers des formes plus stables. La phytodisponibilité et la génotoxicité du cuivre et du zinc contenus dans un lisier brut ou un lisier méthanisé ont été évaluées en simulant les apports par épandage. Pour cela des fractions solides obtenues par centrifugation ont été utilisées. Elles contenaient l’essentiel de la matière sèche, du cuivre et du zinc des lisiers. Aucune différence significative de phytodisponibilité du cuivre et du zinc n’a été observée entre lisier brut et lisier méthanisé pour des cultures de maïs et de fève. La stabilisation de la matière organique dans le lisier méthanisé a permis une diminution d’effet phytotoxique pour des apports importants de matière organique au sol. Le cuivre et le zinc apportés par épandage sur des périodes de 20 ou 100 ans sont absorbés par la fève et le maïs ; cependant, les métaux restent dans des gammes de concentrations non toxiques pour les végétaux. L’absorption de zinc a été corrélée au pH du support de culture et à la dose d’apport, tandis que celle du cuivre a été indépendante de ces paramètres. L’évaluation de la génotoxicité selon la méthode normalisée n’a pas montré de différence significative entre lisier brut et lisier méthanisé. Une corrélation a été établie entre la teneur en cuivre dissous (inf à 0,45 cm) dans la solution d’exposition et l’apparition de micronoyaux dans les racines de Vicia faba. Un test rapide a été développé pour l’évaluation de la génotoxicité par contact direct au sol

Études empiriques des relations entre les modèles de qualité du logiciel d' ISO 9126 en utilisant le référentiel de données d'ISBSG et la méthode Taguchi

Avec l'évolution du domaine du genie logiciel, la gestion de la qualite du logiciel a évolué : elle s'est orientee non seulement vers la production de logiciels qui s'executent, mais aussi vers la satisfaction des objectifs pour lesquels ces logiciels sont concus. Contrairement au genie industriel, la gestion de la qualite du logiciel ne porte pas sur le traitement des produits physiques (hard) mais des produits logiques (soft), incluant le developpement du produit logiciel. En genie logiciel la gestion de la qualite requiert l'elaboration d'un ensemble de criteres de qualite que le logiciel doit satisfaire et la proposition de mesures pour evaluer cette qualite, tel que presente dans ISO 9126. La serie ISO 9126 comprend une norme intemationale sur la qualite du produit logiciel et trois rapports techniques. La norme ISO 9126-1 definit deux modeles de qualite du produit logiciel. Le premier modele de « qualite inteme » et de « qualite externe » comprend un ensemble de six caracteristiques, subdivisees en un ensemble de 27 souscaracteristiques pour lesquelles des mesures sont proposees dans les rapports techniques ISO TR 9126-2 et 3. Le deuxieme modele de « qualite en utilisation » comprend un ensemble de quatre caracteristiques et des mesures sont proposees dans le rapport technique ISO TR 9126-4 pour evaluer ces caracteristiques. Cette serie ISO (9126 parties 1 a 4) propose des liens entre ces trois modeles de qualite. Cependant, ces liens, bien que definis par un consensus international d'experts ISO, n'ont pas necessairement été démontrés objectivement et empiriquement: ces liens ne devraient donc etre consideres que comme un ensemble theorique interessant, et pour lequel des experimentations rigoureuses sont requises afin d'en demontrer indubitablement la validite. L'experimentation necessite une collecte de donnees pour realiser les experiences et faire ressortir les resultats des experiences. Cependant, en absence d'opportunites d'experimentations en Industrie, il est possible d'utiliser des referentiels de donnees disponibles en genie logiciel : par exemple, le referentiel de donnees industrielles de rinternational Software Benchmarking Standards Group (ISBSG) regroupe un ensemble d'informations sur les différentes phases du cycle de vie du logiciel. L'approche choisie pour ce projet de recherche est de combiner deux disciplines (genie industriel et genie logiciel) a travers I'utilisafion de la methode Taguchi afin de mener les experimentations avec le contenu des documents ISO 9126 et en exploitant le referentiel de donnees d'ISBSG. La methode Taguchi de concepfion de plan d'experiences, developpee par le Dr. Genichi Taguchi, combine des pratiques industrielles et statistiques et offi-e un moyen d'evaluer la qualite. Le but principal de ce projet de recherche est d'explorer la pertinence des relations entre les modeles de qualite d'ISO 9126 dans la production de logiciels de qualite. Afin de demontrer la pertinence ou non des relations entre ces modeles, les objectifs spécifiques de cette recherche sont de demontrer, par des etudes empiriques, si les relations prises pour acquises par ISO 9126 sont supportees par des donnees empiriques. II s'agit des relations entre : 1. La qualite inteme et la qualite externe. 2. La qualite exteme et la qualite en utilisation. 3. La qualite inteme et la qualite en utilisation. Pour realiser ces objectifs, la methodologie suivante a ete suivie : • verifier jusqu'a quel point le questionnaire d'ISBSG tient compte des trois types de qualite definis dans la norme ISO 9126-1. Pour cela, nous avons aligne les differentes parties du questionnaire d'ISBSG par rapport a la qualite interne, la qualite exteme et la qualite en utilisation de la norme ISO 9126-1; • identifier les caracteristiques de qualite inteme, exteme et en utilisation couvertes par le questionnaire d'ISBSG a travers I'idenfificafion des donnees de qualite du questionnaire d'ISBSG et leurs mesures correspondantes dans les rapports techniques ISO TR 9126-2 a 4; • analyser le referentiel de donnees d'ISBSG afin de determiner les donnees de qualite disponibles pour evaluer les trois types de qualite du produit logiciel d'ISO 9126. Nous avons propose des mesures propres a ISBSG a base de ces donnees. Ces mesures seront utiles lors de la conception des plans d'analyses empiriques avec la methode Taguchi; • adapter la methode Taguchi dc conception de plans d'experiences, d'ordre industriel, au contexte d'analyse empirique en genie logiciel, laquelle adaptation a porte sur I'etape de parametres de design de la strategic hors production (offline) du controle de la qualite de Taguchi; • etablir et analyser les resultats des plans d'analyses empiriques permettant de verifier les liens entre les trois types de qualite d'ISO 9126-1 en utilisant la methode Taguchi et en exploitant les donnees de I'extrait du referentiel d'ISBSG mis a notre disposition pour des fins de recherche. Les resultats de ces travaux de cette recherche ont permis la verification des hypothèses des liens de la norme ISO 9126-1 entre les trois types de qualite : la qualite interne affecte la qualite exteme qui affecte, a son tour, la qualite en utilisation du produit logiciel est effectivement justifiee dans cette these. Les resultats de ces travaux de recherche pourront être utiles pour les chercheurs, praticiens et industriels dans le domaine de la qualite du logiciel. Les resultats de cette recherche pourront egalement être utiles pour l'organisation ISBSG et les experts d'ISO 9126 en particulier, et pour la discipline du genie logiciel en general

Algebraic decoder specification: coupling formal-language theory and statistical machine translation: Algebraic decoder specification: coupling formal-language theory and statistical machine translation

The specification of a decoder, i.e., a program that translates sentences from one natural language into another, is an intricate process, driven by the application and lacking a canonical methodology. The practical nature of decoder development inhibits the transfer of knowledge between theory and application, which is unfortunate because many contemporary decoders are in fact related to formal-language theory. This thesis proposes an algebraic framework where a decoder is specified by an expression built from a fixed set of operations. As yet, this framework accommodates contemporary syntax-based decoders, it spans two levels of abstraction, and, primarily, it encourages mutual stimulation between the theory of weighted tree automata and the application