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Amongst the classical results of the language theory, one can cite the known characterization of algebraic languages proved by Chomsky and Schützenberger and which states that a language is algebraic if and only if it is the homomorphic image of a regular set intersected with the Dyck language. This result has opened a new line of research and defined a new type of characterizations known as \emph{representation theorems}. In this thesis, we prove various representation theorems for the higher order languages hierarchy. In particular, we introduce a notion of higher order Dyck languages and a hierarchy of classes of transductions that we call $\varepsilon$-stable (or $\varepsilon$-safe) transductions and we prove that a language belongs to some level $k+l$ of the higher order hierarchy if and only if it can be represented as the image of a level-$k$ Dyck language by a level-$l$ $\varepsilon$-stable transduction. These representations also allow us to approach other types of characterizations such as logical characterizations.; Une ligne de recherche présente dans la littérature depuis les années soixante est celle des \emph{théorèmes de représentation}. Son résultat fondateur est le théorème de Chomsky--Schützenberger qui stipule qu'un langage est algébrique si et seulement si il est l'image par homomorphisme de l'intersection entre un langage régulier et le langage de Dyck. Ce résultat a connu depuis diverses généralisations à différentes familles de langages. Dans cette thèse, nous proposons plusieurs généralisations de ce résultat aux langages d'ordres supérieurs. En particulier, nous introduisons une notion de langages de Dyck d'ordres supérieurs, nous définissons et étudions des classes de transductions que nous qualifions d'$\varepsilon$-sûres et nous montrons qu'un langage appartient à un niveau $k+l$ de la hiérarchie des ordres supérieurs si et seulement si il est l'image d'un langage de Dyck de niveau $k$ par une transductions $\varepsilon$-sûre de niveau $l$. Ces résultats nous permettent aussi d'obtenir d'autres types de caractérisations tels que des caractérisations logiques.

In order to facilitate the engineers task of evaluating the fire safety level, and to allow the specialists involved in the field to use their preferred languages and tools, we propose to create a language dedicated to the field of fire safety, which automatically generates a simulation, taking into account the specific languages used by the specialists involved in the field. This DSL requires the definition, the formalization, the composition and the integration of several models, regardig to the specific languages used by the specialists involved in the field. The specific language dedicated to the field of fire safety is designed by composing and integrating several other DSLs described by technical and natural languages (as well as natural languages referring to technical ones). These latter are modeled in a way that their components must be precise and based on mathematical foundations, in order to verify the consistency of the system (people and materials are safe) before it implementation. In this context, we propose to adopt a formal approach, based on algebraic specifications, to formalize the languages used by the specialists involved in the generation system, focusing on both syntaxes and semantics of the dedicated languages. In the algebraic approach, the concepts of the domain are abstracted by data types and the relationships between them. The semantics of specific languages is described by the relationships, the mappings between the defined data types and their properties. The simulation language is based on a composition of several specific DSLs previously described and formalized. The DSLs are implemented based on the concepts of functional programming and the Haskell functional language, well adapted to this approach. The result of this work is a software dedicated to the automatic generation of a simulation, in order to facilitate the evaluation of the fire safety level to the engineers. This tool is the property of the Scientific and Technical Center for Building (CSTB), an organization whose mission is to guarantee the quality and safety of buildings by combining multidisciplinary skills to develop and share scientific and technical knowledge, in order to provide to the different actors the expected answers in their professional practice.; Dans le but de faciliter la tâche d'évaluation du niveau de sécurité incendie aux ingénieurs et permettre aux spécialistes impliqués dans le domaine d'utiliser leurs langages et outils préférés, nous proposons de créer un langage dédié au domaine de la sécurité incendie générant automatiquement une simulation en prenant en considération les langages métiers utilisés par les spécialistes intervenants dans le domaine. Ce DSL nécessite la définition, la formalisation, la composition et l'intégration de plusieurs modèles, par rapport aux langages spécifiques utilisés par les spécialistes impliqués dans le domaine. Le langage spécifique dédié au domaine de la sécurité incendie est conçu par composition et intégration de plusieurs autres DSLs décrits par des langages techniques et naturels (ainsi que des langages naturels faisant référence à des langages techniques). Ces derniers sont modélisés de manière à ce que leurs composants soient précis et fondés sur des bases mathématiques permettant de vérifier la cohérence du système (personnes et matériaux sont en sécurité) avant sa mise en œuvre. Dans ce contexte, nous proposons d'adopter une approche formelle, basée sur des spécifications algébriques, pour formaliser les langages utilisés par les spécialistes impliqués dans le système de génération, en se concentrant à la fois sur les syntaxes et les sémantiques des langages dédiés. Dans l'approche algébrique, les concepts du domaine sont abstraits par des types de données et les relations entre eux. La sémantique des langages spécifiques est décrite par les relations, le mapping (correspondances) entre les types de données définis et leurs propriétés. Le langage de simulation est basé sur un langage conçu par la composition de plusieurs DSL spécifiques précédemment décrits et formalisés. Les différents DSLs sont implémentés en se basant sur les concepts de la programmation fonctionnelle et le langage fonctionnel Haskell bien adapté à cette approche. Le résultat de ce travail est un outil informatique dédié à la génération automatique de simulation, dans le but de faciliter la tâche d'évaluation du niveau de sécurité incendie aux ingénieurs. Cet outil est la propriété du Centre Scientifique et Technique du bâtiment (CSTB), une organisation dont la mission est de garantir la qualité et la sécurité des bâtiments, en réunissant des compétences multidisciplinaires pour développer et partager des connaissances scientifiques et techniques, afin de fournir aux différents acteurs les réponses attendues dans leur pratique professionnelle.

We study the notion of quasiperiodicity, introduced by Apostolico and Ehrenfeucht at the beginning of the 1990's, then extended to infinite words by Solomon Marcus at the beginning of the 2000's. A (finite or infinite) word w is quasiperiodic if it can be covered by occurrences, possibly overlapping, of another finite word, call its quasiperiod. In 2006, Monteil and Marcus introduced a stronger notion: multi-scale quasiperiodicity, the property of having infinitely many quasiperiods.First we study quasiperiodicity of two-dimensional infinite words. We show that, by contrast with the one-dimensional case where quasiperiodicity do not force any property on infinite words, there exist quasiperiods q which force 2D q-quasiperiodic words to have zero entropy. We also show that multi-scale quasiperiodicity in two dimension force the existence of uniform frequencies for factors.Then we give results on infinite words in one dimension. Most notably we give a method to determine the quasiperiods of an infinite words from its square and special factors. We show that the family of periodic words and standard Sturmian words are characterizable in terms of multi-scale quasiperiodicity.; Nous étudions dans cette thèse la notion de quasipériodicité,introduite par Apostolico et Ehrenfeucht au début des années 1990,puis étendue aux mots infinis par Solomon Marcus au début des années2000. Un mot (fini ou infini) w est quasipériodique s'il peut êtrecouvert par des occurrences, éventuellement chevauchantes, d'un autremot, fini, appelé sa quasipériode. En 2006, Monteil etMarcus ont introduit la notion plus forte de quasipériodicitémulti-échelles : le fait d'avoir une infinité de quasipériodes.Dans un premier temps, nous étudions la quasipériodicité des motsinfinis bidimensionnels. Nous montrons que, contrairement au casunidimensionnel où la quasipériodicité ne force aucune propriété fortedes mots infinis, il existe des quasipériodes q qui forcent les mots2D q-quasipériodiques à être d'entropie nulle. Nous montrons égalementque la quasipériodicité multi-échelles en deux dimensions forcel'existence de fréquences uniformes pour les facteurs.Dans un deuxième temps, nous donnons des résultats sur les motsinfinis en une dimension. Nous donnons notament une approchepermettant de déterminer les quasipériodes d'un mot infini à partir deses facteurs carrés et de ses facteurs spéciaux. Nous montrons ensuiteque la famille des mots périodiques, ainsi que celle des mots standardsturmiens, peuvent être caractérisées en termes de quasipériodicitémulti-échelles.

We study the notion of quasiperiodicity, introduced by Apostolico and Ehrenfeucht at the beginning of the 1990's, then extended to infinite words by Solomon Marcus at the beginning of the 2000's. A (finite or infinite) word w is quasiperiodic if it can be covered by occurrences, possibly overlapping, of another finite word, call its quasiperiod. In 2006, Monteil and Marcus introduced a stronger notion: multi-scale quasiperiodicity, the property of having infinitely many quasiperiods.First we study quasiperiodicity of two-dimensional infinite words. We show that, by contrast with the one-dimensional case where quasiperiodicity do not force any property on infinite words, there exist quasiperiods q which force 2D q-quasiperiodic words to have zero entropy. We also show that multi-scale quasiperiodicity in two dimension force the existence of uniform frequencies for factors.Then we give results on infinite words in one dimension. Most notably we give a method to determine the quasiperiods of an infinite words from its square and special factors. We show that the family of periodic words and standard Sturmian words are characterizable in terms of multi-scale quasiperiodicity.; Nous étudions dans cette thèse la notion de quasipériodicité,introduite par Apostolico et Ehrenfeucht au début des années 1990,puis étendue aux mots infinis par Solomon Marcus au début des années2000. Un mot (fini ou infini) w est quasipériodique s'il peut êtrecouvert par des occurrences, éventuellement chevauchantes, d'un autremot, fini, appelé sa quasipériode. En 2006, Monteil etMarcus ont introduit la notion plus forte de quasipériodicitémulti-échelles : le fait d'avoir une infinité de quasipériodes.Dans un premier temps, nous étudions la quasipériodicité des motsinfinis bidimensionnels. Nous montrons que, contrairement au casunidimensionnel où la quasipériodicité ne force aucune propriété fortedes mots infinis, il existe des quasipériodes q qui forcent les mots2D q-quasipériodiques à être d'entropie nulle. Nous montrons égalementque la quasipériodicité multi-échelles en deux dimensions forcel'existence de fréquences uniformes pour les facteurs.Dans un deuxième temps, nous donnons des résultats sur les motsinfinis en une dimension. Nous donnons notament une approchepermettant de déterminer les quasipériodes d'un mot infini à partir deses facteurs carrés et de ses facteurs spéciaux. Nous montrons ensuiteque la famille des mots périodiques, ainsi que celle des mots standardsturmiens, peuvent être caractérisées en termes de quasipériodicitémulti-échelles.

Since the arrival of the Web, various kinds of semi-structured data formats were introduced in the areas of computer science and technology relevant for the Web, such as document processing, database management, knowledge representation, and information exchange.In this thesis, we study the conversion of semi-structured data from one schema to another.For document processing, the most powerful solutions to this problem were proposed by the XML technology. In the XML format, semi-structured data is restricted to data trees, so that schemas can be defined by tree automata, possibly enhanced by constraints on data values. Document transformations can be defined in XSLT, a purely functional programming language with logical XPath queries. The core of XSLT are macros tree transducers with navigation by XPath queries.We contribute new learning algorithms on tree transducers, that are based on methods from grammatical inference. We address three limitations of previous approaches: schema restrictions, lookaheads, and concatenation in the output.1. For deterministic top-down tree transducers with regular domain inspection, we show a normal form and a Gold style learning algorithm in with limited resources.2. We show how to learn rational functions, described by deterministic transducers of words with lookahead. We propose a new normal form for such transducers which provides a compromise between lookahead and state minimization, that leads to a learning algorithm in Gold’s learning model with polynomial resources.3. For linear tree-to-word transducers with concatenation in the output, we present a normal form and show how to decide equivalence in polynomial time.; Le développement du Web a motivé l’apparition de nombreux types de formats de données semi-structurées pour les problèmes liés aux technologies du Web, comme le traitement des documents ou la gestion de base de données.Nous étudions ici la conversion des données semi-structurées d’un schéma à un autre. Pour le traitement de documents, c’est la technologie XML qui offre la solution la plus puissante à ce problème. En XML, les données semi-structurée sont des arbres de données dont les schémas peuvent être définis par des automates d’arbres avec contraintes sur les valeurs de données. Les transformations de documents sont spécifiées en XSLT, un langage fonctionnel muni de requêtes logiques XPath. Le cœur de XSLT correspond aux transducteurs d’arbres à macros avec navigation par requêtes XPath.Nous proposons de nouveaux algorithmes pour l’apprentissage des transducteurs d’arbres, basés sur des méthodes d’inférence grammaticale. Nous abordons la restriction de schéma, l’anticipation (lookahead), ou la concaténation dans la sortie.1. Nous donnons une forme normale et un algorithme d’aprentissage dans le modèle de Gold avec des ressources limitées pour les transducteurs d’arbres de haut en bas déterministes avec une inspection de domaine régulière.2. Nous montrons comment apprendre des fonctions rationnelles, décrites par les transducteurs de mots déterministes avec anticipation. Nous proposons une nouvelle forme normale qui permet un apprentissage avec des ressources polynomiales.3. Pour les transducteurs arbre-vers-mot linéaires, qui permet la concaténation dans sa sortie, nous présentons une forme normale, et montrons comment décider l’équivalence en temps polynomial.

Algebras of relations appear naturally in many contexts, in computer science as well as in mathematics. They constitute a framework well suited to the semantics of imperative programs. Kleene algebra are a starting point: these algebras enjoy very strong decidability properties, and a complete axiomatisation. The goal of this thesis was to export known results from Kleene algebra to some of its extensions. We first considered a known extension: Kleene algebras with converse. Decidability of these algebras was already known, but the algorithm witnessing this result was too complicated to be practical. We proposed a simpler algorithm, more efficient, and whose correctness is easier to establish. It allowed us to prove that this problem lies in the complexity class PSpace-complete.Then we studied Kleene allegories. Few results were known about this extension. Following results about closely related algebras, we established the equivalence between equality in Kleene allegories and equality of certain sets of graphs. We then developed an original automaton model (so-called Petri automata), based on Petri nets. We proved the equivalence between the original problem and comparing these automata. In the restricted setting of identity-free Kleene lattices, we also provided an algorithm performing this comparison. This algorithm uses exponential space. However, we proved that the problem of comparing Petri automata lies in the class ExpSpace-complete.Finally, we studied Nominal Kleene algebras. We realised that existing descriptions of these algebra were not suited to relational semantics of programming languages. We thus modified them accordingly, and doing so uncovered several natural variations of this model. We then studied formally the bridges one could build between these variations, and between the existing model and our new version of it. This study was conducted using the proof assistant Coq, Les algèbres de relations apparaissent naturellement dans de nombreux cadres, en informatique comme en mathématiques. Elles constituent en particulier un formalisme tout à fait adapté à la sémantique des programmes impératifs. Les algèbres de Kleene constituent un point de départ : ces algèbres jouissent de résultats de décidabilités très satisfaisants, et admettent une axiomatisation complète. L'objectif de cette thèse a été d'étendre les résultats connus sur les algèbres de Kleene à des extensions de celles-ci.Nous nous sommes tout d'abord intéressés à une extension connue : les algèbres de Kleene avec converse. La décidabilité de ces algèbres était déjà connue, mais l'algorithme prouvant ce résultat était trop compliqué pour être utilisé en pratique. Nous avons donné un algorithme plus simple, plus efficace, et dont la correction est plus facile à établir. Ceci nous a permis de placer ce problème dans la classe de complexité PSpace-complete.Nous avons ensuite étudié les allégories de Kleene. Sur cette extension, peu de résultats étaient connus. En suivant des résultats sur des algèbres proches, nous avons établi l'équivalence du problème d'égalité dans les allégories de Kleene à l'égalité de certains ensembles de graphes. Nous avons ensuite développé un modèle d'automate original (les automates de Petri), basé sur les réseaux de Petri, et avons établi l'équivalence de notre problème original avec le problème de comparaison de ces automates. Nous avons enfin développé un algorithme pour effectuer cette comparaison dans le cadre restreint des treillis de Kleene sans identité. Cet algorithme utilise un espace exponentiel. Néanmoins, nous avons pu établir que la comparaison d'automates de Petri dans ce cas est ExpSpace-complète. Enfin, nous nous sommes intéressés aux algèbres de Kleene Nominales. Nous avons réalisé que les descriptions existantes de ces algèbres n'étaient pas adaptées à la sémantique relationnelle des programmes. Nous les avons donc modifiées pour nos besoins, et ce faisant avons trouvé diverses variations naturelles de ce modèle. Nous avons donc étudié en détails et en Coq les ponts que l'on peut établir entre ces variantes, et entre le modèle “classique” et notre nouvelle version

National audience; Le problème du design consiste à concevoir une ou des séquences d’ARN qui vont, dans un modèleénergétique, se replier en une structure cible. Les algorithmes déjà existants dans le domaine negèrent pour la plupart pas l’ajout au problème des contraintes de séquence, c’est-à-dire l’interdictionou l’obligation d’utiliser certains motifs.Zhou et al. (2013) ont proposé un algorithme qui utilise de la génération aléatoire dans un langageformel conditionné par un automate fini qui gère les contraintes de motifs interdits/imposés et unegrammaire non contextuelle qui gère les contraintes imposées par la structure recherchée.On propose ici de se baser sur cet algorithme en y ajoutant des optimisations permettant de réduiresa complexité. Ce travail soulève également des questions ouvertes sur la construction efficace d’unautomate (quasi) minimal, ainsi que l’incorporation de contraintes supplémentaires garantissant lerepliement des séquences engendrées vers une structure cible à l’exclusion de tout autre repliement.

The present thesis considers the problems of computational completeness and universality for several biologically-inspired models of computation: insertion-deletion systems, networks of evolutionary processors, and multiset rewriting systems. The presented results fall into two major categories: study of expressive power of the operations of insertion and deletion with and without control, and construction of universal multiset rewriting systems of low descriptional complexity. Insertion and deletion operations consist in adding or removing a subword from a given string if this subword is surrounded by some given contexts. The motivation for studying these operations comes from biology, as well as from linguistics and the theory of formal languages. In the first part of the present work we focus on insertion-deletion systems closely related to RNA editing, which essentially consists in inserting or deleting fragments of RNA molecules. An important feature of RNA editing is the fact that the locus the operations are carried at is determined by certain sequences of nucleotides, which are always situated to the same side of the editing site. In terms of formal insertion and deletion, this phenomenon is modelled by rules which can only check their context on one side and not on the other. We show that allowing one-symbol insertion and deletion rules to check a two-symbol left context enables them to generate all regular languages. Moreover, we prove that allowing longer insertion and deletion contexts does not increase the computational power. We further consider insertion-deletion systems with additional control over rule applications and show that the computational completeness can be achieved by systems with very small rules. The motivation for studying insertion-deletion systems also comes from the domain of computer security, for the purposes of which a special kind of insertion-deletion systems called leftist grammars was introduced. In this work we propose a novel graphical instrument for visual analysis of the dynamics of such systems. The second part of the present thesis is concerned with the universality problem, which consists in finding a fixed element able to simulate the work any other computing device. We start by considering networks of evolutionary processors (NEPs), a computational model inspired by the way genetic information is processed in the living cell, and construct universal NEPs with very few rules. We then focus on multiset rewriting systems, which model the chemical processes running in the biological cell. For historical reasons, we formulate our results in terms of Petri nets. We construct a series of universal Petri nets and give several techniques for reducing the numbers of places, transitions, inhibitor arcs, and the maximal transition degree. Some of these techniques rely on a generalisation of conventional register machines, proposed in this thesis, which allows multiple register checks and operations to be performed in a single state transition; Cette thèse adresse les problèmes d'universalité et de complétude computationelle pour plusieurs modèles de calcul inspirés par la biologie. Il s'agit principalement des systèmes d'insertion/effacement, réseaux de processeurs évolutionnaires, ainsi que des systèmes de réécriture de multi-ensembles. Les résultats décrits se classent dans deux catégories majeures : l'étude de la puissance de calcul des opérations d'insertion et d'effacement avec ou sans mécanismes de contrôle, et la construction des systèmes de réécriture de multi-ensembles universels de petite taille. Les opérations d'insertion et d'effacement consistent à rajouter ou supprimer une sous-chaîne dans une chaîne de caractères dans un contexte donné. La motivation pour l'étude de ces opérations vient de la biologie, ainsi que de la linguistique et de la théorie des langages formels. Dans la première partie de ce manuscrit nous examinons des systèmes d'insertion/effacement correspondant à l'édition de l'ARN, un processus qui insère ou supprime des fragments de ces molécules. Une particularité importante de l'édition de l'ARN est que le endroit auquel se font les modifications est déterminé par des séquences de nucléotides se trouvant toujours du même côté du site de modification. En termes d'insertion et d'effacement, ce phénomène se modéliserait par des règles possédant le contexte uniquement d'un seul côté. Nous montrons qu'avec un contexte gauche de deux caractères il est possible d'engendrer tous les langages rationnels. D'autre part, nous prouvons que des contextes plus longs n'augmentent pas la puissance de calcul du modèle. Nous examinons aussi les systèmes d’insertion/effacement utilisant des mécanismes de contrôle d’application des règles et nous montrons l'augmentation de la puissance d'expression. Les opérations d'insertion et d'effacement apparaissent naturellement dans le domaine de la sécurité informatique. Comme exemple on peut donner le modèle des grammaires gauchistes (leftist grammar), qui ont été introduites pour l'étude des systèmes critiques. Dans cette thèse nous proposons un nouvel instrument graphique d'analyse du comportement dynamique de ces grammaires. La deuxième partie du manuscrit s'intéresse au problème d'universalité qui consiste à trouver un élément concret capable de simuler le travail de n'importe quel autre dispositif de calcul. Nous commençons par le modèle de réseaux de processeurs évolutionnaires, qui abstrait le traitement de l'information génétique. Nous construisons des réseaux universels ayant un petit nombre de règles. Nous nous concentrons ensuite sur les systèmes de réécriture des multi-ensembles, un modèle qui peut être vu comme une abstraction des réactions biochimiques. Pour des raisons historiques, nous formulons nos résultats en termes de réseaux de Petri. Nous construisons des réseaux de Petri universels et décrivons des techniques de réduction du nombre de places, de transitions et d'arcs inhibiteurs, ainsi que du degré maximal des transitions. Une bonne partie de ces techniques repose sur une généralisation des machines à registres introduite dans cette thèse et qui permet d'effectuer plusieurs tests et opérations en un seul changement d'état

National audience; La biologie dispose maintenant de moyens d'observation sans précédent pour accéder au niveau moléculaire le plus intime à l'ensemble des informations présentes dans une cellule. La question centrale de la biologie est de passer de cette information de bas niveau à la compréhension des fonctions essentielles du vivant : la reproduction, l'autoréparation, l'organisation en structures emboîtées à l'aide de membranes... Pour un informaticien, observer la complexité des mécanismes du vivant est une source infinie d’étonnement et d’inspiration. Les différents textes à l’intérieur des cellules, qui sont le fruit d’un longue maturation tout au long de l’évolution, ont un impact majeur sur le comportement cellulaire. Si on regarde ces textes d’un peu plus près, on s’aperçoit qu’ils sont tout sauf aléatoires. Nous montrons dans cet article que de véritables langages sont à l'oeuvre dans cette expression. D’une manière générale, outre l’abondance de répétitions on observe des mots de façon assez systématique dans ces textes, qui les charpentent et qui sont presque toujours associés à des machines plus ou moins complexes (à base d’ARN et de protéines). Elles vont permettre la lecture et la transformation des textes, un peu à la manière des têtes de lecture/écriture de nos enregistreurs électroniques. De façon claire et remarquable, les mots ainsi que leur assemblage et leur interprétation par des machines spécialisées jouent un rôle prédominant dans les cellules vivantes. Au-delà des phénomènes de thermodynamique, d’électrostatique ou autres lois à caractère continu, il existe des représentations et des comportements de nature symbolique qui contrôlent le devenir des cellules. Les langages permettent de structurer les textes de façon logique mais également spatiale : à une correspondance entre symboles correspond vraiment une proximité physique et/ou une interaction chimique. Au bout du compte, un langage est porteur de sens et savoir le décrire donne des indications précieuses pour comprendre les phénomènes à l’œuvre au niveau moléculaire du vivant. Savoir découvrir et modéliser au juste niveau ces langages de façon à analyser automatiquement leurs phrases reste un passionnant challenge de recherche.

Why naïve semantics cannot be formalized and why this is (almost) of no consequence for ontology engineering. The project of representing the semantics of human concepts using formal languages is not new, but it currently knows a renewed interest with computational ontologies. The main objective of these representation systems, which constitute one essential component of the semantic Web, is to provide machines with “ awareness” of the meaning of the data being processed. Formal languages have always been criticized and their use in ontology engineering is no exception. Various authors denounce this attempt to subject our naive semantics to logical formalisms, which are too strict and too mechanical to capture its expressiveness and adaptability, and propose alternative approaches and models, supposedly closer to “ natural” humanconceptualization and representation mechanisms. The purpose of the present article is to demonstrate that those criticisms are mostly ill-founded, and in any case irrelevant, in the sense that they assume the subordination of ontologies to epistemic requirements (to model faithfully a referent) rather than operational requirements (to be efficient and fulfil needs). They become inappropriate from the moment that one considers that the function of ontologies is not (i) to represent faithfully the furniture and the constituent structures of the reality (realism) or how the mind represents that reality (conceptualism), but (ii) to improve the capacity of categorization, access to information and manipulation of data and documents, and (iii) to standardize practices of categorization and encoding. Based on this conception, a new epistemological approach to computational ontologies can be proposed : instrumentalism., Le projet de représenter la sémantique des termes et concepts humains à l’aide de langages formels ne date pas d’hier, mais il connait aujourd’hui un regain d’intérêt avec le développement des ontologies computationnelles. Fer de lance du Web sémantique, la principale ambition de ces systèmes de représentation est de permettre aux machines d’accéder au «sens » des données qu’elles manipulent. Les langages formels ont toujours eu leurs détracteurs et l’usage qui en est fait en ingénierie ontologique ne fait pas exception. Différents auteurs dénoncent le projet de soumettre notre sémantique naïve à des formalismes logiques, trop rigides et trop mécaniques pour en capter la mobilité et l’adaptabilité, et proposent de leur substituer des approches et modèles alternatifs, censés être plus proches des mécanismes de conceptualisation et de représentation «naturels » de l’humain. L’objet de cet article est de montrer que ces critiques sont pour la plupart infondées, et en tout cas hors sujet, en ce qu’elles présupposent la subordination des ontologies à une exigence épistémique (modéliser de manière fidèle un référent) plutôt qu’opérationnelle (fonctionner et rendre service). Elles perdent leur raison d’être dès lors que l’on considère que la fonction des ontologies n’est pas (i) de représenter de manière fidèle le mobilier et les structures constitutives de la réalité (réalisme) ou la manière dont l’esprit se représente cette réalité (conceptualisme), mais (ii) d’augmenter les capacités de catégorisation, d’accès à l’information et de manipulation de données et documents, et (iii) de normaliser les pratiques de catégorisation et d’encodage. Considérer les ontologies computationnelles dans la perspective de l’augmentation cognitive et de l’instrumentation des pratiques exige un nouveau cadre épistémologique pour leur conception. Nous en décrivons ici les principes de base et proposons de qualifier cette nouvelle approche d’instrumentaliste., Declerck Gunnar, Charlet Jean. Pourquoi notre sémantique naïve n’est pas formalisable et pourquoi c’est (presque) sans conséquence sur l’ingénierie ontologique. In: Intellectica. Revue de l'Association pour la Recherche Cognitive, n°61, 2014/1. Philosophie du Web et Ingénierie des Connaissances. pp. 143-188.

Virtual machine technology is rapidly gaining acceptance as a fundamental building block in enterprise data centers. It is most known for improving efficiency and ease of management. However, the central issue of this technology is security. We propose in this thesis to enforce the security of virtualized systems and introduce new approaches that deal with different security aspects related not only to the technology itself but also to its deployment and maintenance. We first propose a new architecture that offers real-time supervision of a complete virtualized architecture. The idea is to implement decentralized supervision on one single physical host. We study the advantages and the limits of this architecture and show that it is unable to react according to some new stealthy attacks. As a remedy, we introduce a new procedure that permits to secure the sensitive resources of a virtualized system and make sure that families of attacks can not be run at all. We introduce a variant of the LTL language with new past operators and show how policies written in this language can be easily translated to attack signatures that we use to detect attacks on the system. We also analyse the impact that an insecure network communication between virtual machines can have on the global security of the virtualized system. We propose a multilevel security policy model that covers almost all the network operations that can be performed by a virtual machine. We also deal with some management operations and introduce the related constraints that must be satisfied when an operation is performed., La virtualisation est une technologie dont la popularité ne cesse d’augmenter dans le monde de l’entreprise, et ce pour l’efficacité et la facilité de gestion qu’elle apporte. Cependant, le problème majeur de cette technologie est la sécurité. Dans cette thèse, nous proposons de renforcer la sécurité des systèmes virtualisés et nous introduisons de nouvelles approches pour répondre aux différents besoins en sécurité de cette technologie et aussi aux aspects liés à à son fonctionnement et son déploiement. Nous proposons une nouvelle architecture de supervision qui permet de contrôler la totalité de la plateforme virtualisée en temps réel. L’idée est de simuler une supervision décentralisée (plusieurs postes) sur un seul poste physique. Nous étudions les avantages et les limites de cette approche et nous montrons que cette solution est incapable de réagir é à un certain nombre d’attaques nouvelles. Comme remède, nous introduisons une nouvelle procédure qui permet de sécuriser les ressources critiques d’un système virtualisé pour s’assurer que des familles d’attaques ne peuvent être exécutées en ayant accès à ces ressources. Nous introduisons une variante de LTL avec de nouveaux opérateurs de passé et nous démontrons comment des politiques de sécurité formulées à l’aide de ce langage peuvent être facilement traduites en signatures d’attaques qui sont indispensables à la détection des intrusions dans le système. Nous analysons aussi l’impact d’une communication réseau non sécurisée entre machines virtuelles sur la sécurité globale du système virtualisé. Nous proposons un modèle d’une politique de sécurité multi-niveaux qui couvre la majorité des opérations liées au réseau et qui peuvent être exécutées par une machine virtuelle. Notre modèle couvre aussi des opérations de gestion de l’infrastructure virtualisée et étudie les contraintes de sécurité qui doivent être satisfaites.

Colorings of the discrete plane (i.e., tilings) are a geometrical model which is intimately linked with computability theory. We show in this manuscript how many recent results in tiling theory can be unified through the concept of basis and antibasis: A property P is a basis if any tiling space contains a point with property P. We then discuss the various ways to encode computation in tilings. We introduce a new encoding that gave a sparse grid, and explain how to characterize Turing degrees of tilings using this grid. Finally we discuss tilings for the point of view of model theory. We characterize various important classes of tilings by logical fragments of monadic second order theory, Les travaux présentés ici s'intéressent aux coloriages du plan discret. Ce modèle d'inspiration géométrique est intrinsèquement lié aux modèles de calcul, et son étude se décline ici suivant deux axes complémentaires: calculabilité et combinatoire. Nous montrons en particulier ici comment de nombreux résultats récents s'expriment naturellement à travers le concept de bases, propriétés vérifiées par au moins un point de tout ensemble de coloriages, et d'antibases, contre-exemples à ce concept. Nous examinons ensuite les différents codages du calcul par des jeux de tuiles et exhibons en particulier un nouveau codage épars, permettant de caractériser les degrés Turing des ensembles de coloriages. Enfin nous revenons aux origines en étudiant les pavages du point de vue de la logique. Nous caractérisons ainsi les grandes familles d'ensembles de coloriages par des fragments de la logique monadique du second ordre.

The present work proposes visibly pushdown transducers (VPTs) for defining transformations of documents with a nesting structure. We show that this subclass of pushdown transducers enjoy good properties. Notably, we show that functionality is decidable in PTime and k-valuedness in co-NPTime. While this class is not closed under composition and its type checking problem against visibly pushdown automata is undecidable, we identify a subclass, the well-nested VPTs, closed under composition and with a decidable type checking problem. Furthermore, we show that the class of VPTs is closed under look-ahead, and that the deterministic VPTs with look-ahead characterize the functional VPTs transductions. Finally, we investigate the resources necessary to perform transformations defined by VPTs. We devise a memory efficient algorithm. Then we show that it is decidable whether a VPT transduction can be performed with a memory that depends on the level of nesting of the input document but not on its length., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nowadays, the Web 3D is reaching a new milestone thanks to the convergence of various technologies and the emergence of new Web standards allowing Web browsers to leverage 3D graphics hardware . Despite these factors, the lack of efficient and high level authoring tools allowing fast and low cost production of Web 3D graphical interfaces is still a strong impediment to a large scale use of 3D Web contents. To compensate for this problem, we propose a framework based on Web technologies allowing the definition of complete, attractive and efficient 3D visualization metaphors, and generate the corresponding Web 3D graphical interfaces. This framework is highly flexible in terms of extensibility, modularity, genericity with respect to input and output file formats, as well as the range of realizable graphic interfaces. Our creation pipeline allows the description of metaphor-based information visualization, taking into consideration both the data structure (how the user explores and discovers the data) and the visual and interactive aspects of the computed 3D graphical interface (including the geometry and data presentation). These metaphors may be used to visualize large datasets coming from databases or classic/semantic search results. The created graphical interfaces may be of highly varying complexity, ranging from 3D immersive virtual worlds inside which the user can navigate with an avatar and interact with other users, to simple 3D graphical interfaces., Le Web 3D atteint actuellement un nouveau stade de maturité grâce à la convergence de nouvelles technologies et l'émergence de nouveaux standards permettant l'exploitation du matériel graphique depuis les navigateurs Web. Malgré l'émergence de ces technologies, nous pouvons constater une faible pénétration des contenus 3D sur le Web, due entre autre au manque d'outils de création de haut niveau facilitant la production d'interfaces graphiques 3D pour le Web. Afin de palier ce manque, nous proposons un formalisme basé sur les technologies Web permettant de définir des métaphores complètes, attractives et efficientes pour la visualisation de grands ensembles de données, ainsi que la génération des interfaces graphiques 3D correspondantes. Ce formalisme doit être flexible en termes d'extensibilité, de modularité, de généricité en ce qui concerne les formats de données en entrée et en sortie du système, ainsi qu'en terme de gamme d'interfaces graphiques 3D pouvant être définies par le concepteur d'une interface Web. Le pipeline de création que nous proposons permet la description de métaphores de visualisation d'information prenant en compte à la fois la structuration des données (la façon dont l'utilisateur explore et accède aux données), et la présentation (la géométrie et la présentation des données) et les interactions utilisateur. Les interfaces générées peuvent être de complexité variable allant des interfaces graphiques 3D immersives à l'intérieur desquelles l'utilisateur final est représenté par un avatar et peut interagir avec d'autres utilisateurs, à des interfaces graphiques 3D très simples.

This thesis is funded by the Rhône-Alpes Region as a part of the project < Personalisation of Technology-Enhanced Learning (TEL) Systems >. Personalising TEL Systems is, above all, dependent on the capacity to produce relevant and exploitable traces of individual or collaborative learning activities. In this field, exploiting interaction traces addresses several problems ranging from its representation in a normalised and intelligible manner to its processing and interpretation in continuous way during the ongoing TEL activities. The proliferation of trace-based exploitations raises the need of generic tools to support their representation and exploitation. The main objective of this thesis is to define the theoretical foundations of such generic tools. To do that, we define the notion of Trace-Based System (TBS) as a kind of Knowledge-based system whose main source of knowledge is a set of trace of user-system interactions. This thesis investigates practical and theoretical issues related to TBS, covering the spectrum from concepts, services and architecture involved by such TBS (conceptual framework) to language design over declarative semantics (formal framework). The central topic of our framework is the development of a high-level trace transformation language supporting deductive rules as an abstraction and reasoning mechanism for traces. The declarative semantics for such language is defined by a (Tarski-style) model theory with accompanying fixpoint theory; Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet < personnalisation des environnements informatiques pour l'apprentissage humain (EIAH) > financé par la Région Rhône-Alpes. La personnalisation des EIAH est essentiellement dépendante de la capacité à produire des traces pertinentes et exploitables des activités des apprenants interagissant avec un EIAH. Dans ce domaine, l'exploitation des traces relève explicitement plusieurs problématiques allant de sa représentation de manière normalisée et intelligible à son traitement et interprétation en temps différé ou en temps réel au moment même de l'apprentissage. La multiplication des pratiques et des usages des traces requiert des outils génériques pour soutenir leurs exploitations. L'objectif de cette thèse est de définir les fondements théoriques de tels outils génériques permettant l'exploitation des traces d'interaction. Ceci nous a amené à définir la notion de Systèmes à Base de Trace modélisées : une classe de systèmes à base de connaissances facilitant le raisonnement et l'exploitation des traces modélisées. L'approche théorique proposée pour construire de tels systèmes s'articule autour de deux contributions : (1) La définition d'un cadre conceptuel définissant les concepts, l'architecture et les services mobilisés par les SBT. (2) La définition d'un cadre formel pour les systèmes à base de traces modélisées. Plus précisément, la proposition d'un langage pour l'interrogation et la transformation de trace modélisées à base de règles permettant des évaluations ponctuelles et continues. La sémantique formelle de ce langage est définie sous forme d'une théorie des modèles et d'une théorie de point fixe, deux formalismes habituellement utilisés pour décrire la sémantique formelle des langages de représentation de connaissances

This thesis is funded by the Rhône-Alpes Region as a part of the project < Personalisation of Technology-Enhanced Learning (TEL) Systems >. Personalising TEL Systems is, above all, dependent on the capacity to produce relevant and exploitable traces of individual or collaborative learning activities. In this field, exploiting interaction traces addresses several problems ranging from its representation in a normalised and intelligible manner to its processing and interpretation in continuous way during the ongoing TEL activities. The proliferation of trace-based exploitations raises the need of generic tools to support their representation and exploitation. The main objective of this thesis is to define the theoretical foundations of such generic tools. To do that, we define the notion of Trace-Based System (TBS) as a kind of Knowledge-based system whose main source of knowledge is a set of trace of user-system interactions. This thesis investigates practical and theoretical issues related to TBS, covering the spectrum from concepts, services and architecture involved by such TBS (conceptual framework) to language design over declarative semantics (formal framework). The central topic of our framework is the development of a high-level trace transformation language supporting deductive rules as an abstraction and reasoning mechanism for traces. The declarative semantics for such language is defined by a (Tarski-style) model theory with accompanying fixpoint theory, Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet < personnalisation des environnements informatiques pour l'apprentissage humain (EIAH) > financé par la Région Rhône-Alpes. La personnalisation des EIAH est essentiellement dépendante de la capacité à produire des traces pertinentes et exploitables des activités des apprenants interagissant avec un EIAH. Dans ce domaine, l'exploitation des traces relève explicitement plusieurs problématiques allant de sa représentation de manière normalisée et intelligible à son traitement et interprétation en temps différé ou en temps réel au moment même de l'apprentissage. La multiplication des pratiques et des usages des traces requiert des outils génériques pour soutenir leurs exploitations. L'objectif de cette thèse est de définir les fondements théoriques de tels outils génériques permettant l'exploitation des traces d'interaction. Ceci nous a amené à définir la notion de Systèmes à Base de Trace modélisées : une classe de systèmes à base de connaissances facilitant le raisonnement et l'exploitation des traces modélisées. L'approche théorique proposée pour construire de tels systèmes s'articule autour de deux contributions : (1) La définition d'un cadre conceptuel définissant les concepts, l'architecture et les services mobilisés par les SBT. (2) La définition d'un cadre formel pour les systèmes à base de traces modélisées. Plus précisément, la proposition d'un langage pour l'interrogation et la transformation de trace modélisées à base de règles permettant des évaluations ponctuelles et continues. La sémantique formelle de ce langage est définie sous forme d'une théorie des modèles et d'une théorie de point fixe, deux formalismes habituellement utilisés pour décrire la sémantique formelle des langages de représentation de connaissances

In this thesis we investigate the expressive power of several logics over finite trees. In particular we want to understand precisely the expressive power of first-order logic over finite trees. Because we study many logics, we proceed by comparison to a logic that subsumes them all and serves as a yardstick: monadic second-order logic. Each logic we consider is a fragment of monadic second-order logic. MSO is linked to the theory of formal languages. To each logical formula corresponds a tree language, which is the language of trees satisfying this formula. Furthermore, given a logic we can associate a class of tree languages: the class of languages definable by a formula of this logic. In the setting of finite trees MSO corresponds exactly to the class of regular tree languages. Given a logic, we actually look for a decidable characterization of the class of languages defined in this logic. By decidable characterization, we mean an algorithm for solving the following problem: given as input a finite tree automaton, decide if the recognized language belongs to the class in question. We will actually obtain our decidable characterizations by exhibiting for each class a set of closure properties such that a language is in the class under investigation if and only if it satisfies these closure properties. Each such closure property is then shown to be decidable. Stating and proving such closure properties usually yields a solid understanding of the expressive power of the corresponding logic. The main open problem in this research area is to obtain a decidable characterization for the class of tree languages that are definable in first-order logic. We provide decidable characterizations for several fragments of FO. First we provide three decidable characterizations for classes of regular languages of trees of bounded rank. The first class we consider is the class of languages definable in the temporal logic EF+F^-1. It essentially navigates the trees using two modalities for moving to a descendant node or an ancestor node. The second class we consider is the class of trees of bounded rank definable using one quantifier alternation. The last class, is the class of languages definable using a boolean combination of existential first order formulas. In the setting of forests, we investigate the class of languages definable in first-order logic using only two variables and two prediactes corresponding respectively to the ancestor and following sibling relations. We provide a characterization for this logic. The last class for which we provide a decidable characterization is the class of locally testable language (LT). A language L is in LT if membership in L depends only on the presence or absence of neighborhoods of a certain fixed size in the tree. We define notions of LT for both unranked trees and trees of bounded rank by adapting the definition of neighborhood to each setting. Then we provide a decidable characterization for both notions of LT.; Dans cette thèse nous étudions le pouvoir d'expression de plusieurs logiques sur les arbres finis. En particulier, nous cherchons à obtenir une compréhension précise du pouvoir d'expression de la logique du premier ordre sur les arbres finis. Nous étudions un nombre important de logiques- pour cette raison nous procédons par comparaison avec une logique qui les contient et nous sert de référence: la logique monadique du second-ordre. Chaque logique que nous considérons est un fragment de la logique monadique du second ordre. MSO est liée à la théorie des langages formels. A chaque formule logique correspond un langage d'arbre: celui des arbres satisfaisant la formule. De plus, étant donné une logique nous pouvons lui associer une classe de langages d'arbres: la classe des langages définissables par une formule de cette logique. Dans le cadre des arbres finis, MSO correspond exactement à la classe des langages réguliers. Étant donné une logique, nous cherchons en fait à obtenir une caractérisation décidable de la classe de langages définissable par celle-ci. Par caractérisation décidable nous entendons un algorithme résolvant le problème suivant: pour un automate d'arbre finis, décider si le langage appartient à la classe en question. Nos caractérisations décidables sont en fait obtenue en exhibant pour chaque classe un ensemble de propriétés de clôture vérifiées par un langage si et seulement si celui-ci appartient à la classe en question. Nous montrons ensuite que chaque propriété de clôture est décidable. Énoncer et prouver de telles propriétés de clôture permet généralement d'obtenir une bonne compréhension du pouvoir de la logique correspondante. Le problème ouvert principal de ce domaine de recherche est l'obtention d'une caractérisation décidable pour la logique du premier ordre. Nous présentons des caractérisation décidables pour plusieurs fragment de FO. Nous commençons par la présentation de trois caractérisations décidable pour des classes de langages d'arbres de rang borné. La première classe que nous considérons est celle des langages définissables par la logique EF + F-1. Cette logique permet de naviguer dans l'arbre en se déplaçant soit vers un ancêtre, soit vers un descendant. La second classe est celle des arbres de rang borné définissables par la logique du premier ordre en n'utilisant qu'une seule alternance de quantificateurs. La dernière classe est celle des langages définissables par une combinaison booléenne de formules existentielles du premier ordre. Dans le cadre des forêts, nous étudions la classe des langages définissable par la logique du premier ordre à deux variables et deux prédicats correspondants respectivement à la relation ancêtre et la relation frère suivant. Nous présentons une caractérisation pour cette logique. La dernière classe pour laquelle nous présentons une caractérisation décidable est celle des langages localement testables (LT). UN langage est dans LT si l'appartenance d'un arbre à celui-ci ne dépends que des voisinages d'une certaine taille fixée dans l'arbre.

In this thesis we investigate the expressive power of several logics over finite trees. In particular we want to understand precisely the expressive power of first-order logic over finite trees. Because we study many logics, we proceed by comparison to a logic that subsumes them all and serves as a yardstick: monadic second-order logic. Each logic we consider is a fragment of monadic second-order logic. MSO is linked to the theory of formal languages. To each logical formula corresponds a tree language, which is the language of trees satisfying this formula. Furthermore, given a logic we can associate a class of tree languages: the class of languages definable by a formula of this logic. In the setting of finite trees MSO corresponds exactly to the class of regular tree languages. Given a logic, we actually look for a decidable characterization of the class of languages defined in this logic. By decidable characterization, we mean an algorithm for solving the following problem: given as input a finite tree automaton, decide if the recognized language belongs to the class in question. We will actually obtain our decidable characterizations by exhibiting for each class a set of closure properties such that a language is in the class under investigation if and only if it satisfies these closure properties. Each such closure property is then shown to be decidable. Stating and proving such closure properties usually yields a solid understanding of the expressive power of the corresponding logic. The main open problem in this research area is to obtain a decidable characterization for the class of tree languages that are definable in first-order logic. We provide decidable characterizations for several fragments of FO. First we provide three decidable characterizations for classes of regular languages of trees of bounded rank. The first class we consider is the class of languages definable in the temporal logic EF+F^-1. It essentially navigates the trees using two modalities for moving to a descendant node or an ancestor node. The second class we consider is the class of trees of bounded rank definable using one quantifier alternation. The last class, is the class of languages definable using a boolean combination of existential first order formulas. In the setting of forests, we investigate the class of languages definable in first-order logic using only two variables and two prediactes corresponding respectively to the ancestor and following sibling relations. We provide a characterization for this logic. The last class for which we provide a decidable characterization is the class of locally testable language (LT). A language L is in LT if membership in L depends only on the presence or absence of neighborhoods of a certain fixed size in the tree. We define notions of LT for both unranked trees and trees of bounded rank by adapting the definition of neighborhood to each setting. Then we provide a decidable characterization for both notions of LT., Dans cette thèse nous étudions le pouvoir d'expression de plusieurs logiques sur les arbres finis. En particulier, nous cherchons à obtenir une compréhension précise du pouvoir d'expression de la logique du premier ordre sur les arbres finis. Nous étudions un nombre important de logiques- pour cette raison nous procédons par comparaison avec une logique qui les contient et nous sert de référence: la logique monadique du second-ordre. Chaque logique que nous considérons est un fragment de la logique monadique du second ordre. MSO est liée à la théorie des langages formels. A chaque formule logique correspond un langage d'arbre: celui des arbres satisfaisant la formule. De plus, étant donné une logique nous pouvons lui associer une classe de langages d'arbres: la classe des langages définissables par une formule de cette logique. Dans le cadre des arbres finis, MSO correspond exactement à la classe des langages réguliers. Étant donné une logique, nous cherchons en fait à obtenir une caractérisation décidable de la classe de langages définissable par celle-ci. Par caractérisation décidable nous entendons un algorithme résolvant le problème suivant: pour un automate d'arbre finis, décider si le langage appartient à la classe en question. Nos caractérisations décidables sont en fait obtenue en exhibant pour chaque classe un ensemble de propriétés de clôture vérifiées par un langage si et seulement si celui-ci appartient à la classe en question. Nous montrons ensuite que chaque propriété de clôture est décidable. Énoncer et prouver de telles propriétés de clôture permet généralement d'obtenir une bonne compréhension du pouvoir de la logique correspondante. Le problème ouvert principal de ce domaine de recherche est l'obtention d'une caractérisation décidable pour la logique du premier ordre. Nous présentons des caractérisation décidables pour plusieurs fragment de FO. Nous commençons par la présentation de trois caractérisations décidable pour des classes de langages d'arbres de rang borné. La première classe que nous considérons est celle des langages définissables par la logique EF + F-1. Cette logique permet de naviguer dans l'arbre en se déplaçant soit vers un ancêtre, soit vers un descendant. La second classe est celle des arbres de rang borné définissables par la logique du premier ordre en n'utilisant qu'une seule alternance de quantificateurs. La dernière classe est celle des langages définissables par une combinaison booléenne de formules existentielles du premier ordre. Dans le cadre des forêts, nous étudions la classe des langages définissable par la logique du premier ordre à deux variables et deux prédicats correspondants respectivement à la relation ancêtre et la relation frère suivant. Nous présentons une caractérisation pour cette logique. La dernière classe pour laquelle nous présentons une caractérisation décidable est celle des langages localement testables (LT). UN langage est dans LT si l'appartenance d'un arbre à celui-ci ne dépends que des voisinages d'une certaine taille fixée dans l'arbre.

Ce travail porte sur la programmation de systèmes de Contrôle-Commande. Ces systèmes sont constitués d'une boucle de contrôle qui acquiert l'état actuel du système par des capteurs, exécute des algorithmes de contrôle à partir de ces données et calcule les commandes à appliquer sur les actionneurs du système dans le but de réguler son état et d'accomplir une mission donnée. Ces systèmes sont critiques, leur implantation doit donc être déterministe, sur le plan fonctionnel (produire les bonnes sorties en réponse aux entrées) mais aussi sur le plan temporel (produire les données aux bonnes dates). Nous définissons un langage de description d'architecture logicielle temps réel et son compilateur pour programmer de tels systèmes. Il permet d'assembler les composants fonctionnels d'un système multirythme avec une sémantique formelle synchrone. Un programme consiste en un ensemble d'opérations importées, reliées par des dépendances de données. Des contraintes de périodicité ou d'échéance peuvent être spécifiées sur les opérations et un ensemble réduit d'opérateurs de transition de rythme permet de décrire de manière précise et non ambiguë des schémas de communication entre opérations de périodes différentes. Des analyses statiques assurent que la sémantique d'un programme est bien définie. Un programme correct est ensuite compilé en un ensemble de tâches temps réel concurrentes implantées sous forme de threads C communicants. Le code généré préserve la sémantique du programme original et s'exécute à l'aide d'un Système d'Exploitation Temps Réel standard disposant de la politique d'ordonnancement EDF. This work deals with the programming of Embedded Control Systems. Such systems consist of a control loop, which acquires the current state of the system through sensors, computes control algorithm from this data and produces commands to apply to the actuators of the system, in order to control its state and to accomplish a given mission. These systems are critical, thus their implementation must be deterministic, functionally (producing the right outputs for given inputs) as well as temporally (producing outputs at the right time). We define a real-time software architecture description language and the associated compiler to program such systems. It enables to assemble the functional components of a multi-rate system with a formal synchronous semantics. A program consists of a set of imported operations related by data dependencies. Periods and deadline constraints can be specified on operations and a reduced set of rate transition operators enables the accurate description of non-ambiguous communication schemes between operations of different periods. Static analyses ensure that the semantics of a program is well-defined. A correct program is then compiled into a set of concurrent real-time tasks implemented as communicating C threads. The generated code preserves the semantics of the original program and can be executed with a standard Real-Time Operating System that provides the EDF scheduling policy.

Formal languages are sequences of symbols in some discrete set called alphabet. They are often specified by formulas in some logic, by rational expressions or else by discrete automata of various types. Current theory is mostly qualitative, in the sense that its objects are sequences over a discrete, non-metric, time, that acceptation of a sequence over an automaton depends on whether an accepting state is visited or not, and that, for language comparison, one will most often consider inclusion than quantitative measures. This thesis contributes to the study of these often neglected aspects by presenting fundamental results in three new quantitative problem classes about formal languages. In the first chapter, we study a class of scheduling problems which combines structural aspects related to dependencies between tasks with dynamical aspects of online scheduling. We show that some task request streams in this class of problems, however admissible in the sense that they do not require more raw resource utilization than available machines can provide, cannot be scheduled with bounded latency. However, we develop a scheduling policy which can guarantee a bounded backlog accumulation for all admissible streams even without knowledge of the stream content prior to execution. We show that if the streams actually are sub-critical, then the same policy also guarantees a bounded latency. In quantitative verification, states and transitions of a system can be endowed with costs, which can be used to associate average costs to infinite behaviors. In this second part, we propose to define omega-languages thanks to Boolean queries concerning average costs. Specifications dealing with averages, such as "average message loss is under some threshold" are not omega-regular, but can be expressed in our model. Hence we study expressive power and Borel complexity of such specifications. We show that in order to ensure closure by intersection, multi-dimensional costs have to be considered. In the general case, we show that accepting conditions can be defined on the set of accumulation points of the sequence of the average costs of the prefixes of a run. We accurately characterize such sets. Last, we also propose a class of multi-threshold mean-payoff languages, in which extremal values of coordinates of points of the accumulation set are compared to constants. We show this class is closed under Boolean operations and analyzable. In the last chapter, we define two measures for a timed language: the volume of its sub-languages of words having a fixed number of discrete events, and entropy, which is the asymptotic logarithmic growth of volumes. These measures can be used to compare languages quantitatively and entropy can be seen as information content of a typical event of a typical word of in a language. For languages accepted by deterministic timed automata, we give an exact formula for the volume. Next we characterize entropy, thanks to functional analysis techniques, as the logarithm of the spectral radius of some positive integral operator. We give several methods to compute entropy: a symbolical one for the special case of "one clock and a half" automata, and two numerical ones: one using functional analysis, the other using discretization techniques. Last we establish an interpretation of this entropy in information theory by showing its relation with Kolmogorov complexity., Les langages formels sont des séquences sur un ensemble discret de symboles appelé alphabet. On les spécifie souvent par des formules dans une certaine logique, par des expressions rationnelles ou bien par des automates discrets de types variés. La théorie actuelle est principalement qualitative, dans le sens où ses objets sont des séquence sur un temps discret, non-métrique, dans le sens où l'acceptation d'une séquence sur un automate dépend du fait que l'on visite ou non un état accepteur, et enfin dans le sens où la comparaison de langages est plus souvent considérée en termes d'inclusion, plutôt qu'en termes de mesures quantitatives. Cette thèse contribue à l'étude de ces aspects souvent négligés en présentant des résultats fondamentaux dans trois nouvelles classes de problèmes quantitatifs sur les langages formels. Dans la première partie, nous étudions une classe de problèmes d'ordonnancement qui combine les aspects structurels associés aux dépendances entre tâches avec les aspects dynamiques liés au fait qu'un flux de requêtes arrive en continu pendant l'exécution. Nous montrons que, dans cette classe de problèmes, certains flux, pourtant admissibles dans le sens que les requêtes ne représentent pas plus de travail que ce que les machines peuvent traiter, ne peuvent pas être ordonnancé avec une latence bornée. Cependant nous développons une politique d'ordonnancement que peut garantir une accumulation de retard bornée pour tout flux de requêtes admissible, même sans le connaître à l'avance. Nous montrons que si les flux sont sous-critiques, alors cette même politique peut garantir une latence bornée. En vérification quantitative, les états et transitions d'un système peuvent être associés à des coûts, et ceux-ci utilisés pour associer des coûts moyens aux comportements infinis. Dans cette seconde partie, nous proposons de définir des omega-langages par des requêtes booléennes sur les coûts moyens. Des spécifications concernant des moyennes, tels que " le taux de perte moyen de messages est inférieur à un certain seuil " ne sont pas omega-régulières, mais exprimables dans notre modèle. Ainsi, nous étudions l'expressivité et la complexité de Borel de telles spécifications. Nous montrons que pour la clôture par intersection, il est nécessaire de considérer des coûts multi-dimensionnels. Nous mettons en évidence que dans le cas général, les conditions d'acceptation portent sur l'ensemble des points d'accumulation de la séquence des coûts moyens des préfixes d'une exécution, et nous donnons une caractérisation précise de tels ensembles. Nous proposons une classe de langages de coût moyen à seuils multiples, comparant les coordonnées minimales et minimales des points de cet ensemble à des constantes. Nous montrons enfin que cette classe est close par opérations booléennes et analysable. Enfin, dans le dernier volet, nous définissons deux mesures pour un langage temporisé : le volume de ses sous-langages de mots à nombre d'événements fixe et l'entropie (vitesse de croissance), mesure asymptotique pour un nombre non borné d'événements. Ces mesures peuvent être utilisées pour la comparaison quantitative de langages, et l'entropie peut être vue comme la quantité d'information par événement dans un mot typique du langage temporisé. Pour les langages acceptés par des automates temporisés déterministes, nous donnons une formule exacte pour le volume. Ensuite, nous caractérisons l'entropie, en utilisant des méthodes d'analyse fonctionnelle, en tant que logarithme du rayon spectral d'un opérateur intégral positif. Nous établissons plusieurs méthodes pour calculer l'entropie : une symbolique pour les automates que nos appelons " à une horloge et demie ", et deux numériques : une utilisant les techniques d'analyse fonctionnelle, l'autre basée sur la discrétisation. Nous donnons une interprétation de l'entropie en théorie de l'information en termes de complexité de Kolmogorov.

J'ai travaillé sur les problèmes de modélisation du vivant avec l'hypothèse fondamentale qu'il s'agit de machines symboliques et la volonté d'aider le chercheur en biologie à traiter avec le bon niveau d'abstraction ces machines. Le cœur de mes travaux considère les ensembles de séquences que forment les macromolécules du vivant comme des langages formels et cherche à approfondir les concepts nécessaires pour mener à bien leur analyse linguistique. Il faut tout d'abord étudier le contenu lexical des séquences génomiques, son vocabulaire. Au niveau élémentaire, les facteurs répétés fournissent les unités de sens de la séquence. Cependant, la notion naturelle de répétition dans l'ADN est beaucoup plus complexe et nécessite à la fois d'être formalisée et d'être accompagnée d'une algorithmique de recherche spécialisée. J'ai particulièrement développé cet aspect dans l'étude d'éléments génétiques mobiles à l'intérieur d'un génome ou entre deux génomes. J'ai également travaillé sur le niveau syntaxique, ce qui a mené à l'élaboration d'un langage, Logol, qui permet au biologiste de construire un modèle grammatical hypothétique puis de le tester sur des séquences génomiques. Le langage défini autorise en particulier une notion de variable de chaîne avec une face abstraite qui représente la chaîne d'origine et une face concrète pour les différentes instances copies de cette chaîne d'origine. Ce cadre a été validé sur plusieurs problèmes biologiques de recherche de protéines ou d'éléments génétiques, dont la découverte de récepteurs olfactifs chez le chien et la découverte de défensines humaines. Lorsqu'aucun modèle n'est disponible, il faut tenter de l'inférer à partir d'exemples de séquences. J'ai lancé une série de recherches tant théoriques que pratiques sur ce thème. Au niveau théorique, le problème difficile de l'inférence de grammaires algébriques a été abordé à partir d'ordres partiels sur les non-terminaux ou les arbres de dérivation. La classe mieux maîtrisable des langages réguliers a fait l'objet des travaux les plus approfondis, sur une représentation par automates d'états finis. L'inférence devient alors un problème d'optimisation par gestion d'un ensemble de contraintes dynamiques sur les équivalences d'états. Du point de vue pratique, nous avons tout particulièrement étudié ces problèmes d'inférence sur des séquences de protéines, par exemple en étudiant la prédiction de certaines liaisons (ponts disulfures) entre des sites distants sur la séquence. Enfin, je propose à la fin de mon document d'habilitation un projet pour aborder de façon plus transdisciplinaire la modélisation du vivant en tant que machine symbolique. Les questions que pose la biologie, science expérimentale par excellence, s'expriment majoritairement en termes de raisonnement hypothétique. Je propose de mener des recherches en vue de la mise au point d'un assistant d'expérimentation biochimique sur puce sur cultures cellulaires. Le but global est le développement d'un environnement permettant de relier en boucle expérimentation, observations et acquisition de connaissances, en utilisant un système complet de raisonnement automatique (apprentissage abductif et inductif et planification).

These works are parts of the framework of computational linguistic. We focus on the syntax/semantic interface based on generative grammars.The first part treats of syntax analysis. We introduce Generative Grammars, which are a theoretical approach of syntax, and, then, Stabler minimalist grammars which are a formalism based on generative theory. We analyse the merge operation and we define equivalence for merge and an abstract modelling of lexicon.The aim of the second part is now the syntax/semantic interface. We introduce a new logic formalism based on mixed logic (both commutative and non-commutative connectors). This formalism is equivalent to GM without SMC. We propose a normalisation (a non canonical one) for mixed logic which checks the sub-formula property. Then, these properties are both checked for Lambek calculus with product.Syntactic analysis is performed by proof. On this proof, we synchronise a semantic calculus, using Curry-Howard isomorphism. Terms are based on lambda mu-calculus, and include DRT properties (Discourse Representative Theory).The last part treats some linguistic phenomena. We focus on the cliticisation in french and propose a categorial minimalist grammar for french., Les travaux de cette thèse se situent dans le cadre de la linguistique computationnelle. La problématique est de définir une interface syntaxe / sémantique basée sur les théories de la grammaire générative.Une première partie, concernant le problème de l'analyse syntaxique, présente tout d'abord, la syntaxe générative, puis un formalisme la réalisant: les grammaires minimalistes de Stabler. À partir de ces grammaires, nous réalisons une étude sur les propriétés de l'opération de fusion pour laquelle nous définissons des notions d'équivalence, ainsi qu'une modélisation abstraite des lexiques.Une seconde partie revient sur le problème de l'interface. Pour cela, nous proposons un formalisme de type logique, basé sur la logique mixte (possédant des connecteurs commutatifs et non-commutatifs), qui équivaut, sous certaines conditions, aux grammaires de Stabler. Dans ce but, nous introduisons une normalisation des preuves de cette logique, normalisation permettant de vérifier la propriété de la sous-formule. Ces propriétés sont également étendues au calcul de Lambek avec produit.À partir de l'isomorphisme de Curry-Howard, nous synchronisons un calcul sémantique avec les preuves réalisant l'analyse syntaxique. Les termes de notre calcul font appel aux propriétés du lambda mu-calcul, ainsi qu'à celles de la DRT (Discourse Representative Theory).Une dernière partie applique ces formalismes à des cas concrets. Nous établissons des fragments d'une grammaire du français autour du problème des clitiques.

Rapport Interne LIPN; Dans cet article nous appliquons sur le cas des temps verbaux de Marc Wilmet la démarche suivante : à l'aide de la formalisation par les S-langages d'un modèle linguistique des temps verbaux, en extraire des propriétés algébriques et combinatoires que nous étudions d'un point de vue mathématique, ce qui conduit à faire des remarques sur la cohérence structurelle du modèle et mettre en évidence des phénomènes qui peuvent en retour questionner le linguiste. Remarquons que le modèle mathématique utilisé, autour des S-langages, se fonde sur l'hypothèse que la langue ne traite pas du temps en tant que tel, mais de relations temporelles.

Dans cet article nous appliquons sur le cas des temps verbaux de Marc Wilmet la démarche suivante : à l'aide de la formalisation par les S-langages d'un modèle linguistique des temps verbaux, en extraire des propriétés algébriques et combinatoires que nous étudions d'un point de vue mathématique, ce qui conduit à faire des remarques sur la cohérence structurelle du modèle et mettre en évidence des phénomènes qui peuvent en retour questionner le linguiste. Remarquons que le modèle mathématique utilisé, autour des S-langages, se fonde sur l'hypothèse que la langue ne traite pas du temps en tant que tel, mais de relations temporelles.

This thesis contributes to the study of families of fi nitely presented in finite graphs. We investigate their logical properties as well as the languages which are associated to them. We focus our attention on the infi nite graphs associated to higher-order pushdown automata. Our first contribution is the defi nition of a notion of regularity for higher-order pushdown stacks. We show that this notion shares similar properties with the notion of regularity on words: closure under complementation, deterministic and complete finite state acceptors and characterization by monadic second-order logic. We show a tight link between higher-order pushdown automata and the regular sets of higher-order pushdown stacks. Our second contribution is the study of the in finite graphs associated to higher-order pushdown automata. We give various equivalent characterizations of these graphs and therefore establish the robustness of these families of in finite graphs., Cette thèse s'inscrit dans l'étude des graphes infinis de présentation finie. Nous nous intéressons à la fois à leurs propriétés logiques et aux langages qui leur sont associés. Nous nous concentrons sur l'étude des graphes infinis associés aux automates à pile d'ordre supérieur. Notre première contribution est la définition d'une notion de rationalité pour les piles d'ordre supérieur. Nous montrons que cette notion partage de nombreuses propriétés de la rationalité sur les mots : clôture par complémentaire, accepteurs déterministes et complets, et caractérisation en logique du second ordre monadique. Nous établissons un lien étroit entre les automates à pile d'ordre supérieur et les ensembles rationnels de piles d'ordre supérieur. Notre seconde contribution est l'étude structurelle des graphes associés à ces automates. Nous en donnons différentes caractérisations qui montrent la robustesse de ces familles de graphes infinis.

This thesis describes the theory and some applications of minimal forbidden words, that are the most little words that do not appear as factors of a given word. In the first part of this thesis, we describe the properties of minimal forbidden words and we show some particular cases, as that of a finite word, a finite set of finite words, and a regular factorial language. We also present the procedures for the computation of the theoretical results. Then we generalize the minimal forbidden words to the case of the existence of a period, which determines the positions of occurrences of the factors modulo a fixed integer. These are called minimal periodic forbidden words. We study their basic properties and give the algorithms for the computation in the case of a finite word and of a finite set of finite words. In the second part we show two applications of minimal forbidden words. The first one is related to constrained systems. We give a polynomial-time construction of the set of sequences that satisfy a constraint defined by a finite list of forbidden blocks, with a specified set of bit positions unconstrained. We also give a linear-time construction of a finite-state presentation of a constrained system defined by a periodic list of forbidden blocks. The second one is a problem issued from biology: the reconstruction of a genomic sequence starting from a set of its fragments. We show that a theoretical formalization of this problem can be solved in linear time using minimal forbidden words. We also prove that our algorithm solves a special case of the Shortest Superstring Problem., Dans cette thèse nous traitons des mots interdits minimaux, qui sont les plus petits mots qui n'apparaissent pas comme facteur d'un mot donné, et de leurs applications. Dans la première partie de la thèse nous exposons les propriétés des mots interdits minimaux, et nous considérons quelques cas particuliers, comme celui d'un mot fini, d'un ensemble fini de mots finis, et d'un langage factoriel régulier. Nous présentons aussi les procédures pour le calcul des objets considérés. Ensuite, nous généralisons les mots interdits minimaux au cas de l'existence d'une période, qui détermine les positions des occurrences des facteurs modulo un entier fixé. Ceux-ci sont appelés mots interdits minimaux périodiques. Nous étudions leurs propriétés principales et avec des algorithmes de test de ces propriétés. Dans la deuxième partie de la thèse nous montrons deux applications des mots interdits minimaux. La première est reliée aux systèmes contraints. Nous donnons une construction en temps polynomial de l'ensemble des séquences qui satisfont la contrainte définie par une liste finie de blocs interdits, avec un ensemble spécifié de positions de bit sans contrainte. Nous donnons aussi une construction en temps linéaire d'une présentation à états finis d'un système contraint défini par une liste périodique de blocs interdits. La deuxième application est relative à un problème de biologie : la reconstruction d'une séquence génomique à partir d'un ensemble de ses fragments. Nous donnons une formalisation théorique de ce problème qui le rend résoluble en temps linéaire en utilisant les mots interdits minimaux. Nous prouvons aussi que notre algorithme résout un cas particulier du "problème de la plus petite sur-séquence" (Shortest Superstring Problem).

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre général de la théorie des automates, de la combinatoire des mots, de la combinatoire énumérative et de l'algorithmique. Ils ont en commun de traiter des automates et des langages réguliers, de problèmes d'énumération et de présenter des résultats constructifs, souvent explicitement sous forme d'algorithmes. Les domaines dont sont issus les problèmes abordés sont assez variés. Ce texte est compose de trois parties consacrées aux codes préfixes, à certaines séquences lexicographiques et à l'énumération d'automates.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre général de la théorie des automates, de la combinatoire des mots, de la combinatoire énumérative et de l'algorithmique. Ils ont en commun de traiter des automates et des langages réguliers, de problèmes d'énumération et de présenter des résultats constructifs, souvent explicitement sous forme d'algorithmes. Les domaines dont sont issus les problèmes abordés sont assez variés. Ce texte est compose de trois parties consacrées aux codes préfixes, à certaines séquences lexicographiques et à l'énumération d'automates.

Let be a language composed by all words of a given length $n$. A de Bruijn sequence of span $n$ is a cyclic string such that all words in the language appears exactly once as factors of this sequence. One of the algorithms to construct the lexicographically minimal de Bruijn sequence is due to Fredricksen and Maiorana and it use the Lyndon words in the language. This thesis studies how to generalize the concept of de Bruijn sequence for a language composed by a subset of words of length $n$, particularly the languages of all words of length $n$ without factors in a list of forbidden factors. Firstly, we study the case of words without the factor 11. We give a new proof of the algorithm of Fredricksen and Maiorana which allows us to extend this result to the case of words without the factor $1^i$ for any $i$. We characterize for which languages of words of length $n$ exists a de Bruijn sequence, and we also study some symbolic dynamical properties of these languages, particularly of the languages defined by forbidden factors. For these kinds of languages, we present an algorithm to produce a de Bruijn sequence, using the Lyndon words of the language. These results use the notion of de Bruijn graph and reduce the problem to construct an Eulerian cycle in this graph. We study the problem of construct the lexicographically minimal de Bruijn sequence in a language with forbidden factors using the de Bruijn graph. We study two algorithms, a simple and efficient greedy algorithm which works with some sets of languages, and a more complex algorithm which solves this problem for any Eulerian labelled graph.; Soit un langage composé par tous les mots d'une longueur donnée $n$. Un cycle de de Bruijn d'ordre $n$ est un mot cyclique tel que tous les mots du langage apparaissent exactement une fois comme facteurs de ce cycle. Un algorithme pour construire le cycle de de Bruijn lexicographiquement minimal est dû à Fredricksen et Maiorana, il utilise les mots de Lyndon du langage. Cette thèse étudie comment généraliser le concept de cycles de de Bruijn pour un langage composé par un sous-ensemble de mots de longueur $n$, en particulier les langages de tous les mots de longueur $n$ sans facteurs dans une liste de facteurs interdits. Premièrement, nous étudions le cas des mots sans le facteur 11. Nous fournissons de nouvelles preuves de l'algorithme de Fredricksen et Maiorana qui nous permettent de prolonger ce resultat au cas des mots sans le facteur $1^i$ pour n'importe quel $i$. Nous caractérisons pour quels langages de mots de longueur $n$ existe un cycle de de Bruijn, et nous étudions également quelques propriétés de la dynamique symbolique de ces langages, en particulier des langages définis par des facteurs interdits. Pour ces genres de langages, nous présentons un algorithme pour produire un cycle de de Bruijn, en utilisant les mots de Lyndon du langage. Ces résultats utilisent la notion du graphe de de Bruijn et réduit le problème à construire un cycle eulérien dans ce graphe. Nous étudions le problème de la construction du cycle minimal dans un langage avec des facteurs interdits en employant le graphe de de Bruijn. Nous étudions deux algorithmes, un algorithme glouton simple et efficace qui fonctionne avec quelques familles de langages, et un algorithme plus complexe qui résout ce problème pour n'importe quel graphe eulérien.

This thesis treats of rational sets of words indexed by linear orderings and particularly of the problem of the closure under complementation. In a seminal paper of 1956, Kleene started the theory of languages establishing that automata on finite words and rational expressions have the same expressive power. Since then, this result has been extended to many structures such as infinite words (Büchi, Muller), bi-infinite words (Beauquier, Nivat, Perrin), ordinal words (Büchi, Bedon), traces, trees... . More recently, Bruyère and Carton have introduced automata accepting words indexed by linear orderings and the corresponding rational expressions. Those linear structures include infinite words, ordinal words and their mirrors. Kleene's theorem has been generalized to words indexed by countable scattered linear orderings, that is orderings without any sub-ordering isomorphic to Q. For many structures, the class of rational sets forms a boolean algebra. This property is necessary to translate logic into automata. The closure under complementation was left as an open problem. In this thesis, we solve it in a positive way: we prove that the complement of a rational set of words indexed by scattered linear orderings is rational. The classical method to get an automaton accepting the complement of a rational set is trough determinization. We show that this method can not be applied in our case: An automaton is not necessary equivalent to a deterministic one. We have used other approaches. First, we generalize the proof of Büchi, based on congruence of words, to obtain the closure under complementation in the case of linear orderings of finite ranks. To get the whole result in the general case, we use the algebraic approach. We develop an algebraic structure extending the classical recognition by finite semigroups : semigroups are replaced by diamond-semigroups equipped with a generalized product. We prove that a set is rational iff it is recognized by a finite diamond-semigroup. We also prove that a canonical diamond-semigroup can be associated to each rational set : the syntactic diamond-semigroup. Our proof of the closure under complementation is effective. The theorem of Schützenberger establishes that a set of finite words is star-free if and only if its syntatic semigroup is finite and aperiodic. To finish, we partially extend this result to linear orderings of finite ranks., Cette thèse traite des ensembles rationnels de mots indexés par des ordres linéaires et en particulier du problème de la fermeture par complémentation. Dans un papier fondateur de 1956, Kleene initie la théorie des langages en montrant que les automates sur les mots finis et les expressions rationnelles ont le même pouvoir d'expression. Depuis, ce résultat a été étendu à de nombreuses structures telles que les mots infinis (Büchi, Muller), bi-infinis (Beauquier, Nivat, Perrin), les mots indexés par des ordinaux (Büchi, Bedon), les traces, les arbres... Plus récemment, Bruyère et Carton ont introduit des automates acceptant des mots indexés par des ordres linéaires et des expressions rationnelles correspondantes. Ces structures linéaires comprennent les mots infinis, les mots indexés par des ordinaux et leurs miroirs. Le théorème de Kleene a été généralisé aux mots indexés par les ordres linéaires dénombrables et dispersés, c'est-à-dire les ordres ne contenant pas de sous-ordre isomorphe à Q. Pour la plupart des structures, la classe des ensembles rationnels forme une algèbre de Boole. Cette propriété est nécessaire pour traduire une logique en automates. La fermeture par complémentation restait un problème ouvert. Dans cette thèse, on résout ce problème de façon positive: on montre que le complément d'un ensemble rationnel de mots indexés par des ordres linéaires dispersés est rationnel. La méthode classique pour obtenir un automate acceptant le complémentaire d'un ensemble rationnel se fait par déterminisation. Nous montrons que cette méthode ne peut-être appliquée dans notre cas: tout automate n'est pas nécessairement équivalent à un automate déterministe. Nous avons utilisé d'autres approches. Dans un premier temps, nous généralisons la preuve de Büchi, basée sur une congruence de mots, et obtenons ainsi la fermeture par complémentation dans le cas des ordres linéaires de rang fini. Pour obtenir le résultat dans le cas général, nous utilisons l'approche algébrique. Nous développons une structure algébrique qui étend la reconnaissance classique par semigroupes finis : les semigroupes sont remplacés par les diamant-semigroupes qui possèdent un produit généralisé. Nous prouvons qu'un ensemble est rationnel si et seulement s'il est reconnu par un diamant-semigroupe fini. Nous montrons aussi qu'un diamant-semigroupe canonique, appelé diamant-semigroupe syntaxique, peut être associé à chaque ensemble rationnel. Notre preuve de la complémentation est effective. Le théorème de Schützenberger établit qu'un ensemble de mots finis est sans étoile si et seulement si son semigroupe syntaxique est fini et apériodique. Pour finir, nous étendons partiellement ce résultat au cas des ordres de rang fini.

In this thesis, we have presented two contributions for the problem of synthesis of a discrete event systemscontroller using the Grafcet Model.The supervisory control theory of discrete event systems (DES) introduced by Ramadge and Wonham, is notdirectly implemented under the form of an operational control. We can find in the literature various extensionsof the approach RW in which the supervisor can force events, among those there exist the supervised controlsuggested by François Charbonnier in his thesis (1996). We have made an extension of this approach, in thecase where the language of the specifications is not controllable compared to the language of the extendedprocess. To implement the supervisor's automat obtained, we have proposed a systematic method of passage ofthe automaton of the supervisor to the Grafcet of the supervisor in a structural way. However in this approach,the final Grafcet of the supervisor obtained contains a significant number of steps that is identical to thesynthesized automat. Thus the complexity of the supervisors always remains prohibitive. This is why we haveproposed an approach of structural synthesis, in which the size of Grafcet obtained is reduced and directlyimplemented in the PLC. This method is based on the place invariants which allow determining a certainnumber of steps to be added to the initial model to make respect the specifications of control. We haveestablished general properties that made it possible to find the set of the linear constraints starting from the setof the forbidden states. The solution obtained gives an optimal controller. This optimality comes from theequivalence between the set of authorized states and the set of linear constraints. It was proven thanks to theBoolean character of the marking of Grafcet., Nous avons présenté dans cette thèse deux contributions au problème de la synthèse de contrôleur pour lessystèmes à événements discrets modélisés par des Grafcets.La théorie de la supervision des systèmes à événements discrets (SED) initiée par les travaux de Ramadge etWonham, n'est pas directement implantable sous la forme d'une commande opérationnelle. Nous pouvonstrouver dans la littérature diverses extensions de l'approche RW dans lesquelles le superviseur peut forcer desévénements, parmi celles-ci il y a la commande supervisée proposée par François charbonnier dans sa thèse(1996). Nous avons fait une extension de cette approche, dans le cas où le langage des spécifications n'est pascontrôlable par rapport au langage du procédé étendu. Pour implanter l'automate de superviseur obtenu, nousavons proposé une méthode systématique de passage de l'automate superviseur vers le Grafcet superviseur demanière structurelle. Cependant dans cette approche, le Grafcet final de superviseur obtenu contient unnombre important d'étapes qui est identique à l'automate synthétisé. Donc la complexité des superviseurs restetoujours prohibitive. C'est pourquoi nous avons proposé une approche de synthèse structurelle, dans laquellela taille de Grafcet obtenu est réduite et implantable sur les automates programmables. Cette méthode est baséesur les invariants de marquage qui permettent de déterminer un certain nombre d'étapes à ajouter au modèleinitial pour faire respecter les spécifications de commande. Nous avons établi des propriétés générales qui ontpermis de trouver l'ensemble des contraintes linéaires à partir de l'ensemble des états interdits. La solutionobtenue donne un contrôleur optimal. Cette optimalité provient de l'équivalence entre l'ensemble dessituations autorisées et l'ensemble des contraintes linéaires. Elle a été prouvée grâce au caractère booléen dumarquage d'un Grafcet.

(A : B :: C : D, where A, B, C and D are strings of symbols). A temptative formalisation dealing with prefixes, suffixes and parallel infixes, relevant for the description of some morphological and syntactical phenomena. Definition of languages of analogical strings. Discussion of their adequation to the description of natural languages. Proposal for a general engine based on the principle of recursive conservation of analogies between two domains. Application in natural language processing to the specific problems of machine translation and structural analysis., Les analogies auxquelles nous nous intéressons mettent quatre chaînes de symboles en proportion, par exemple, fable : fabuleux :: miracle : miraculeux ou abc : aabbcc :: a^n.b^n.c^n : a^n+1.b^n+1.c^n+1. Une étude historique de l'analogie en linguistique nous a permis de dégager les deux articulations (conformité et rapport) et les notions constitutives (similarité et contiguïté) de ce type d'analogie. De postulats généraux nous avons tiré une caractérisation formelle (encore partielle) rendant compte de la commutation entre chaînes de symboles. Une application directe est la conjugaison automatique par analogie. Nous avons proposé de définir certains langages formels à l'aide de ce type d'analogie. La grammaticalité, c'est-à-dire l'appartenance à un langage, est testée par égalité avec certaines chaînes attestées après réduction selon des modèles analogiques, eux aussi attestés. L'absence de non-terminaux fait de ce type de grammaires des grammaires par l'exemple. Nous examinons la possible place de tels langages dans le débat sur l'adéquation des langages formels à la description des langues. En forçant la conservation des analogies entre deux langages de chaînes analogiques, on obtient une méthode générale applicable à divers problèmes du traitement automatique des langues, par exemple, l'analyse structurale ou la traduction automatique de phrases.

A timed automaton is an automaton augmented with several clocks that measure the time passage and may influence state changes in the system. Timed automata were introduced as a formal model for real-time systems hoping that their role in the verification of such systems will be similar to the role of finite automata in the systematic search of errors in the design of untimed systems. In our thesis we are concerned with several theoretical questions related to timed automata and timed languages. In the first part of the thesis we investigate a simple sub-class of timed automata with one clock which is reset at each transition. We show that for this sub-class we can obtain simple analogs of the classical results of automata theory, namely Kleene and Myhill-Nerode theorems and closure under complementation. The second and main part of the thesis is motivated by the timed regular expressions of Asarin, Caspi and Maler where it was shown that, in order to match the expressive power of timed automata, one needs to introduce intersection into the expressions. We investigate an alternative to intersection by using colored parentheses for defining timing restrictions on overlapping parts of a sequence. This idea leads to an alternative representation of languages of timed automata, which is based on a new class of languages called here . We develop the theory of regular expressions over regminoes and prove that their emptiness problem is undecidable in general, and decidable for a large subclass of languages. From these results we develop new data-structures and algorithms for solving emptiness and reachability problems for timed automata and regular expressions., Un automate temporisé est un automate augmenté avec plusieurs horloges qui mesurent le passage de temps et peuvent conditionner la modification de l'état du système. Les automates temporisés ont été introduits en tant que modèle formel pour les systèmes temps-réel, en espérant que leur rôle dans la vérification de tels systèmes sera similaire au rôle des automates finis dans la recherche systématique des erreurs de conception de systèmes non-temporisés. Dans notre thèse nous étudions plusieurs questions théoriques liés aux automates temporisés et aux langages temporisés. Dans une première partie nous étudions une sous-classe simple d'automates temporisés à une seule horloge qui est remise à zéro pendant chaque transition. Nous montrons que cette sous-classe supporte des résultats similaires à la théorie classique des automates finis: des théorèmes de Kleene, de Myhill-Nerode et de fermeture par complémentation. La deuxième et principale partie de la thèse est motivée par les expressions régulières temporisés de Asarin, Caspi et Maler. Depuis leur introduction, on sait qu'il faut employer l'intersection dans les expressions régulières pour que leur expressivité soit égale aux automates temporisés. Nous poursuivons alors une approche alternative en utilisant des parenthèses colorées pour définir les contraintes temporelles sur une séquence d'événements. Cette idée aboutit à une représentation alternative des langage des automates temporisés, basée sur une nouvelle classe de langages formels que nous appelons . Nous développons alors la théorie des expressions régulières sur les regminos et nous montrons que le problème de sémantique vide est indécidable en cas général, et décidable pour une sous-classe large de langages. L'application de ces résultats nous amène à des nouvelles structures de données et à des algorithmes pour le problème du langage vide dans les automates temporisés et les expressions régulières.

Nous étudions quelques aspects combinatoires de l'ensemble des arrangements de blocs avec répétitions de tas ou multi-ensembles en utilisant le cadre des langages formels.

Nous étudions quelques familles d'objets isomorphes à l'ensemble des arrangements avec répétitions par des blocs de tas ou multi-ensembles puis nous introduisons une op\ération algéébrique de composition fondée sur les S-mots.

Contribution à un ouvrage.; Generally, programming problems are formally described as function computation problems. In this paper we want to see programming problems as language recognition problems. More precisely, we sugget to specify the former problems as systems of languages, i.e. recursive languages built from the concatenation and transformation of recursives languages. To understand our grammatical approach we illustrate it by means of typical examples of programming.

This work fits into the process algebra framework. Its goal is twofold. Firstly, to define algebraic models for true-concurrency and secondly to extend these models with action refinement concept. We begin by defining two operational models of true-concurrency for an extension of an ACPlike language. True-concurrency of the first model rests on the causality principle and assumes instantaneity of action occurrences. While the second one is based on the ST idea assuming that action occurrences are durable. Then we establish for each operational model its corresponding algebraic model for which it is proved correct and complete. These models define pro cess algebras that provide formalisms to express explicitly a true-concurrent behaviour, in addition to their ability of algebraic verification. The second step of this work is the semantic definition of action refinement operator within both the defined causal and ST models. The action refinement operator permits to relate specifications at different levels of abstraction by implementing an abstract action with a concrete activity. Hence it introduces the notion of vertical modularity which is very relevant for the design of action systems. We finalise this work by enriching both the true-concurrent models including action refinement with the mechanism of abstraction w.r.t unobservable actions, following the abstraction principles stated by the observational equivalence of Milner and the branching equivalence of Van Glabbeek and Weijland. As far as we know this mechanism constitutes a crucial tool for the verification of reactive systems., Le cadre général de mon travail de thèse est la théorie des processus. Pour être un peu plus précis, il s'inscrit dans le cadre de l'algèbre de processus. Son objectif, est de définir dans un premier temps des modèles algébriques de parallélisme vrai. Ensuite, étendre ces modèles avec le concept de raffinement d'actions. Initialement nous définissons deux sémantiques opérationnelles de parallélisme vrai pour un langage à la ACP. La première exploite la structure causale du processus et la deuxième repose sur l'hypothèse de la durabilité abstraite des occurrences d'action. Ensuite, nous établissons leurs modèles algébriques correspondants tout en respectant la propriété de correction et de complétude du dernier par rapport au premier. Les modèles définis représentent en fait des algèbres de processus. Par conséquent, cela nous fournit des formalismes de description explicite du parallélisme vrai, en plus de l'outil de vérification algébrique. La deuxième étape de ce travail consiste en la définition sémantique de l'opérateur de raffinement d'actions au sein des deux modèles définis, causal et ST. L'opérateur de raffinement d'actions permet de relier des spécifications à des niveaux différents d'abstraction, en implantant une action abstraite par une activité concrète. Il introduit par conséquent la notion de conception verticale qui est très importante pour la conception des systèmes d'actions. Finalement nous étendons les deux modèles algébriques incluant le raffinement d'actions avec le mécanisme d'abstraction des actions inobservables, en suivant les principes fondamentaux établis par l'équivalence observationnelle de Milner et l'équivalence de branchement de Van Glabbeek et Weijland, sachant que ce mécanisme d'abstraction représente un outil crucial pour la vérification des systèmes réactifs.

Non disponible / Not available; Cette thèse est dédiée au développement de langages de spécification formels, de leur sémantique opérationnelle sous forme de systèmes de réécriture décorés et des outils de preuves associés. Nous définissons les logiques Rn et Gn, qui sont des logiques à clauses de Horn égalitaires avec prédicat d'appartenance, adaptées à la spécification et à la programmation polymorphique d'ordre supérieur avec sous-typage dynamique et paramétrique, des fonctions strictes et partielles et une sémantique initiale basée sur la théorie des ensembles. Puis, nous introduisons les termes décorés, qui représentent une structure de données bien adaptées aux spécifications et programmes équationnels types. Ils permettent d'intégrer le raisonnement égalitaire, les fonctions partielles et le typage dynamique de termes

This study deals with computer representations of musical knowledge on the basis of two real-scale experiments. The first experiment focusses on knowledge acquisition in ethnography: an expert (the musician), an analyst (the musicologist) and a machine are interacting in a learning situation. Improvisation schemata through which musicians express themselves are identified and formalized with production rules in a formalism derived from generative grammars and pattern languages. A deterministic algorithm is introduced for assessing the membership of arbitrary strings to the langage defined by a given (context-sensitive) grammar. A technique for the inductive inference of regular languages is presented, enabling automatic knowledge acquisition of syntactic and lexical knowledge. The second experiment is part of the design of a computer environment for musical composition. Here the problem is time representation in a discrete structure of “time objects”, more generally the synchronization of parallel processes. A method is outlined for the determination of a structure with incomplete data about the synchronization of its objects. The concept of “sound object” is then formally introduced. An efficient algorithm is proposed for the time-setting of objects in a structure, given the constraints arising from their metric and topological properties., Cette étude traite de la représentation informatique de connaissances en musique, abordée à partir de deux expériences en grandeur réelle. La première est une méthode d'acquisition de connaissances en ethnographie mettant en interaction un expert (le musicien), un analyste (le musicologue) et une machine dans une situation d'apprentissage. Les schémas d'improvisation des musiciens sont identifiés et exprimés à l'aide de règles de production dans un formalisme dérivé des grammaires génératives et des langages de formes. Un algorithme déterministe de test d'appartenance de chaînes arbitraires au langage défini par une grammaire (sensible au contexte) est présenté, ainsi qu'une technique d'inférence inductive de langages réguliers permettant l'acquisition automatique de connaissances lexicales et syntaxiques. La seconde expérience s'insère dans l'élaboration d'un environnement de composition musicale assistée par ordinateur. Le problème est ici la représentation du temps dans une structure discrète d'“objets temporels”, et plus généralement la synchronisation de processus parallèles. Une méthode est proposée pour la détermination d'une structure à partir de données incomplètes sur la synchronisation des objets. La notion d'“objet sonore” est ensuite explicitée formellement. Un algorithme efficace permet l'instanciation des objets sonores affectés à une structure en tenant compte des contraintes liées à leurs propriétés métriques et topologiques.

National audience; Cet exposé présente une méthode générale d'acquisition de connaissances dans un domaine formalisé à l'aide d'automates finis (langages réguliers). A partir d'un échantillon d'exemples le système construit un automate "presque minimal" qui n'est pas nécessairement déterministe. Cette construction peut être contrainte par des connaissances sur la segmentation des exemples que le système peut acquérir en questionnant l'informateur. Dans une deuxième phase, le système généralise l'automate à partir de propriétés connues du langage ou(et) à partir d'hypothèses validées à l'aide d'oracles. Une liste non exhaustive d'heuristiques générales est proposée. La démonstration s'appuie sur un cas réel de modélisation d'apprentissage de schémas d'improvisation musicale.

Algebras of relations appear naturally in many contexts, in computer science as well as in mathematics. They constitute a framework well suited to the semantics of imperative programs. Kleene algebra are a starting point: these algebras enjoy very strong decidability properties, and a complete axiomatisation. The goal of this thesis was to export known results from Kleene algebra to some of its extensions. We first considered a known extension: Kleene algebras with converse. Decidability of these algebras was already known, but the algorithm witnessing this result was too complicated to be practical. We proposed a simpler algorithm, more efficient, and whose correctness is easier to establish. It allowed us to prove that this problem lies in the complexity class PSpace-complete.Then we studied Kleene allegories. Few results were known about this extension. Following results about closely related algebras, we established the equivalence between equality in Kleene allegories and equality of certain sets of graphs. We then developed an original automaton model (so-called Petri automata), based on Petri nets. We proved the equivalence between the original problem and comparing these automata. In the restricted setting of identity-free Kleene lattices, we also provided an algorithm performing this comparison. This algorithm uses exponential space. However, we proved that the problem of comparing Petri automata lies in the class ExpSpace-complete.Finally, we studied Nominal Kleene algebras. We realised that existing descriptions of these algebra were not suited to relational semantics of programming languages. We thus modified them accordingly, and doing so uncovered several natural variations of this model. We then studied formally the bridges one could build between these variations, and between the existing model and our new version of it. This study was conducted using the proof assistant Coq; Les algèbres de relations apparaissent naturellement dans de nombreux cadres, en informatique comme en mathématiques. Elles constituent en particulier un formalisme tout à fait adapté à la sémantique des programmes impératifs. Les algèbres de Kleene constituent un point de départ : ces algèbres jouissent de résultats de décidabilités très satisfaisants, et admettent une axiomatisation complète. L'objectif de cette thèse a été d'étendre les résultats connus sur les algèbres de Kleene à des extensions de celles-ci.Nous nous sommes tout d'abord intéressés à une extension connue : les algèbres de Kleene avec converse. La décidabilité de ces algèbres était déjà connue, mais l'algorithme prouvant ce résultat était trop compliqué pour être utilisé en pratique. Nous avons donné un algorithme plus simple, plus efficace, et dont la correction est plus facile à établir. Ceci nous a permis de placer ce problème dans la classe de complexité PSpace-complete.Nous avons ensuite étudié les allégories de Kleene. Sur cette extension, peu de résultats étaient connus. En suivant des résultats sur des algèbres proches, nous avons établi l'équivalence du problème d'égalité dans les allégories de Kleene à l'égalité de certains ensembles de graphes. Nous avons ensuite développé un modèle d'automate original (les automates de Petri), basé sur les réseaux de Petri, et avons établi l'équivalence de notre problème original avec le problème de comparaison de ces automates. Nous avons enfin développé un algorithme pour effectuer cette comparaison dans le cadre restreint des treillis de Kleene sans identité. Cet algorithme utilise un espace exponentiel. Néanmoins, nous avons pu établir que la comparaison d'automates de Petri dans ce cas est ExpSpace-complète. Enfin, nous nous sommes intéressés aux algèbres de Kleene Nominales. Nous avons réalisé que les descriptions existantes de ces algèbres n'étaient pas adaptées à la sémantique relationnelle des programmes. Nous les avons donc modifiées pour nos besoins, et ce faisant avons trouvé diverses variations naturelles de ce modèle. Nous avons donc étudié en détails et en Coq les ponts que l'on peut établir entre ces variantes, et entre le modèle “classique” et notre nouvelle version

Dans la première partie de ce manuscrit nous étudions les fonctions rationnelles, c'est-à-dire définies par des transducteurs unidirectionnels. Notre objectif est d'étendre aux transductions les nombreuses correspondances logique-algèbre qui ont été établies concernant les langages, notamment le célèbre théorème de Schützenberger-McNaughton-Papert. Dans le cadre des fonctions rationnelles sur les mots finis, nous obtenons une caractérisation à la Myhill-Nerode en termes de congruences d'indice fini. Cette caractérisation nous permet d'obtenir un résultat de transfert, à partir d'équivalences logique-algèbre pour les langages vers des équivalences pour les transductions. En particulier nous montrons comment décider si une fonction rationnelle est définissable en logique du premier ordre. Sur les mots infinis, nous pouvons également décider la définissabilité en logique du premier ordre, mais avec des résultats moins généraux.Les fonctions rationnelles sur les mots infinis sont plus difficiles à caractériser et nous obtenons un résultat plus faible: étant donné un transducteur nous montrons comment calculer un transducteur canonique, c'est-à-dire indépendant du transducteur initial, réalisant la même fonction.Cependant cette machine canonique nous permet tout de même de décider si une fonction est définissable en logique du premier ordre.Dans la seconde partie nous introduisons une logique pour les transductions et nous résolvons le problème de synthèse régulière: étant donnée une formule de la logique, peut-on obtenir un transducteur bidirectionnel déterministe satisfaisant la formule ?Dans la seconde partie nous considérons un problème de synthèse: étant donné une relation (spécification) peut-on obtenir une fonction (un programme) qui est inclus dans (qui satisfait) la relation. Les fonctions réalisées par des transducteurs bidirectionnels déterministes sont caractérisés par plusieurs modèles différents, y compris par les transducteurs MSO, et ont ainsi été nommées transductions régulières.Nous introduisons une logique expressive pour les transduction et nous résolvons le problème de synthèse régulière pour cette logique.Plus précisément nous fournissons un algorithme qui produit toujours une fonction régulière satisfaisant une spécification donnée en entrée.Nous exposons également un lien intéressant entre les transductions et les mots avec données.Par conséquent nous obtenons une logique expressive pour les mots avec données, pour laquelle le problème de satisfiabilité est décidable., Option Informatique du Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished