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Year 2021

Thursday 25th February 2021 at 10h Étienne Moutot (Luminy),
Outils algébriques et conjecture de Nivat

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La conjecture de Nivat dit que toute configuration (coloration de la grille Z^2) de faible complexité (qui contient moins de mn motifs rectangulaires de taille mxn) est nécessairement périodique. Autrement dit, il est impossible des créer des configuration non périodique avec trop peu peu de motifs différents. En 2015, Michal Szabados et Jarkko Kari ont présenté une nouvelle manière d'approcher cette conjecture à l'aide d'outils algébriques. En représentant les configurations comme des séries formelles, ils parviennent à exploiter la structure de certains idéaux polynomiaux pour obtenir des résultats se rapprochant beaucoup de la conjecture de Nivat. Dans cet exposé je présenterai leur approche et leurs résultats, ainsi que les travaux que j'ai effectué avec Jarkko Kari dans la continuation de ceux de Michal Szabados. En particulier, je présenterai la preuve (ou au moins les grandes lignes) que la conjecture est vraie dans le cas de certains sous-shifts, ainsi que pour les configurations uniformément récurrentes (c'est à dire celles n'ayant pas de motifs isolés).

Thursday 4th March 2021 at 10h Guillaume Noyel (Lyon),
Traitement morphologique et logarithmique d’images acquises sous éclairement variable

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Le traitement d’images acquises sous éclairement non contrôlé s’avère fréquent dans de nombreuses applications. En effet, différentes conditions d’acquisitions contraignent la prise de vue comme le mouvement, un éclairement non uniforme, les changements d’opacité de l’objet, le bruit d’acquisition,etc... Ceci a pour conséquence de créer des variations inhomogènes de contraste dans les images. Peu de méthodes de traitement d’images prennent en compte ces variations. Afin de résoudre ce problème, un modèle adapté aux images peu contrastées, à savoir le Logarithmic ImageProcessing(LIP) sera présenté(Jourlin, 2016). Ce modèle est fondé sur la loi optique des transmittances, ce qui lui donne de très bonnes propriétés optiques pour traiter ces images. Grâce au modèle LIP, de nouvelles méthodes robustes à ces changements de contrastes seront introduites : à savoir, les métriques fonctionnelles d’Asplund(Noyel and Jourlin, 2020). Deux métriques seront étudiées : (i) la métrique d’Asplund LIP-multiplicative qui est robuste aux changements d’opacité (ou d’absorption) de l’objet modélisés par la loi multiplicative du modèle LIP, et (i) la métrique d’Asplund LIP-additive, qui est robuste aux variations d’intensité lumineuse (ou du temps d’exposition de la caméra) modélisées par la loi additive du modèle LIP. En pratique, ces métriques s’avèrent très utile pour la reconnaissance de forme grâce à des cartes de distances entre un gabarit de référence et une image. Ces cartes de distances d’Asplund seront reliées au corpus bien établi de la morphologie mathématique. Ceci permettra l’introduction d’un nouveau cadre de travail appelé morphologie mathématique logarithmique(Noyel, 2019). Je présenterai également des critères d’homogénéité de région à partir de contrastes logarithmique et qui sont robustes aux variations de contraste et très utiles pour la segmentation(Noyel and Jourlin, 2019). D’autres exemples d’analyses d’images dans de grandes banques de données seront montrés, notamment en imagerie médicale(Noyel et al., 2017) ou en analyse de texture pour les matériaux.

Thursday 11th March 2021 at 10h Guilhem Gamard (Luminy),
Rice-like theorems for automata networks

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An automata network (AN for short) is a finite digraph where each node holds a state, chosen among a finite set, that evolves in function of the states of its inbound neighbors. Time is discrete and all nodes evolve synchronously and in parallel, similarly to what happens in an cellular automaton. In other terms, the differences between a cellular automaton and an automata network is that the ``grid'' is an arbitrary finite digraph, and that different nodes may have different update functions. ANs have been used to model neural networks, dynamics of expression and inhibition of genes, distributed algorithms, and more. Although ANs look like a model of computation, they are not Turing-complete, for they lack unbounded memory. Still, they are subject to some kind of ``Rice theorems'', i.e., results along the lines of:``any nontrivial property of the function computed by an automata network is computationally hard to test''. In this talk, we will review several results that fit this pattern, as well as pieces of proof that hopefully may be reused in other contexts.

Thursday 25th March 2021 at 10h Mathijs Wintraecken (Inria Sofia Antipolis),
Topologically correct PL-approximations of isomanifolds

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Isomanifolds are the generalization of isosurfaces to arbitrary dimension and codimension, i.e. manifolds defined as the zero set of some multivariate multivalued smooth function $f: R^drightarrow R^{d-n}$. A natural (and efficient) way to approximate an isomanifold is to consider its Piecewise-Linear (PL) approximation based on a triangulation $mathcal{T}$ of the ambient space $R^d$. In this paper, we give conditions under which the PL-approximation of an isomanifold is topologically equivalent to the isomanifold. The conditions are easy to satisfy in the sense that they can always be met by taking a sufficiently fine and thick triangulation $mathcal{T}$. This contrasts with previous results on the triangulation of manifolds where, in arbitrary dimensions, delicate perturbations are needed to guarantee topological correctness, which leads to strong limitations in practice. We further give a bound on the Fr{'e}chet distance between the original isomanifold and its PL-approximation. Finally we show analogous results for the PL-approximation of an isomanifold with boundary.

Thursday 1st April 2021 at 10h Kacper Pluta (The Technion - Israel Institute of Technology.),
La grille hexagonale : moins populaire mais néanmoins utile

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Dans le contexte de la géométrie discrète et du traitement d'image, la grille hexagonale est souvent considérée intéressante, mais difficile à représenter et à utiliser. Par conséquent, cette grille est moins populaire. Dans cet exposé, je passerai en revue le concept de la grille hexagonale dans le contexte de deux applications. La première est liée aux déplacements rigides discrets définis sur des grilles régulières et à la préservation de l'information sous une telle transformation. En effet, en général, les discrétisations de déplacements rigides ne sont pas bijectives. Néanmoins, certaines sont bijectives, et je vais discuter la caractérisation des rotations discrètes qui sont bijectives sur la grille hexagonale. En fin, je vais comparer les distributions des angles dont les rotations discrétisées sont bijectives dans les grilles hexagonale et carrée. Dans la deuxième partie de mon exposé, je me concentrerai sur les utilisations de la grille hexagonale dans l'architecture et la conception de bâtiments. Depuis un certain temps, on savait que les structures construites à partir de panneaux hexagonaux planaires, sont meilleures que les structures triangulaires en termes de stabilité structurelle et de répartition des contraintes physiques. Dans les structures triangulaires, de telles contraintes (par exemple causées par des chutes de neige) s'accumulent aux sommets. Au contraire, dans le cas des structures hexagonales, ces contraintes sont uniformément réparties sur la structure et transmises par les arêtes. Malheureusement, la conception de maillages hexagonaux planaires est un problème très difficile. Dans cet exposé, je vais passer en revue le problème de la conception de tels maillages hexagonaux planaires et décrire un processus automatique pour le remaillage de maillages triangulaires en maillages hexagonaux planaires.

Thursday 8th April 2021 at 10h Stephane Breuils (National Institute of Informatics, Tokyo),
Structure algorithmique pour l'algebre geometrique: application en geometrie digitale et en representation de surfaces

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L'algèbre géométrique ou algèbre de Clifford offre un cadre algébrique intuitif pour la représentation d'objets géométriques et leurs transformations géométriques. Cette algèbre est le résultat de la généralisation de l'algèbre de Grassmann et des quaternions de Hamilton. Le développement de son utilisation pour les problèmes en géométrie discrète et en vision par ordinateur est relativement récent. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à une implantation efficace de l'algèbre géométrique permettant une utilisation dans les espaces vectoriels de hautes dimensions. Nous avons notamment proposé un formalisme récursif de l'algèbre géométrique sur arbres préfixes en montrant que la définition récursive du produit obtenue vérifiait les propriétés de ce produit. Je montrerai les résultats obtenus en termes de complexité algorithmique. Ces résultats nous ont permis de développer la représentation et la transformation de surfaces quadratiques dans un espace vectoriel de haute dimension. Je montrerai les propriétés et les opérations géométriques possibles dans cet algèbre. En parallèle, nous avons montré que cette algèbre pouvait être utilisée en géométrie digitale pour la représentation des transformations digitales et notamment l'approximation de transformations rigides par des transformations digitales définies avec l'algèbre géométrique. Je montrerai enfin l'atout de cette algèbre pour un problème d'optimisation défini sur des nuages de points.

Thursday 15th April 2021 at 10h Aurélie Lagoutte (Université de Clermont),
Clique-Stable set Separation in graphs

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Consider the following Communication Complexity problem: Alice is given a clique K, Bob is given a stable set S, and they have to decide via a non-deterministic protocol whether K intersects S or not. A certificate for the non-intersection is a bipartition of the vertices such that K is included in one side, and S is included in the other side. A Clique-Stable set Separator is a set of certificates which contains at least one suitable certificate for each input (K,S). Given a class of graphs, the goal is to know whether there exists, for every graph of the class, a Clique-Stable set Separator with only polynomially many certificates. This question, originally restricted to the case of perfect graphs, occurred to Yannakakis when studying extended formulations of the Stable set Polytope (a polytope P has a small extended formulation if it is the projection of a polytope Q lying in a higher dimensional space, with a small number of facets). A result by Göös provides a super-polynomial lower bound for the class of all graphs, but the case of perfect graphs is still open. We use different techniques to prove that a polynomial Clique-Stable set separator exists in restricted classes of graphs: probabilistic arguments for random graphs, VC-dimension for graphs where a split graph H is forbidden, and structural arguments for some other classes. We moreover highlight strong links between the Clique-Stable set Separation and other problems, including some Constraint Satisfaction Problems.

Thursday 10th June 2021 at 10h Simon Baker (University of 4a02b7d2-a9c9-4c2e-b00b-d54108026779Birmingham),
Complexity results for beta expansions

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Beta expansions are well known generalisations of the familiar integer base representations of real numbers. Importantly a real number x often has many beta expansions. As such, it is natural to ask whether a real number x has a beta expansion that satisfies a certain additional property. Properties we are interested in may relate to digit frequencies, complexity, etc. In this talk I will survey a number of results in this direction and provide a flavour of their proofs. I will also pose some open questions.

Thursday 24th June 2021 at 10h Tomáš Vavra (University of Waterloo),
Periodicity and finiteness in number systems with algebraic base

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Abstract: We study periodic expansions in positional number systems. In particular, for a complex number $alpha$ we prove that there exists a finite set $D$ such that every element of $mathbb Q(alpha)$ can be represented by an eventually periodic expansion with the base $alpha$ and digits in $D$. Through a connection with the so-called spectra of numbers we will be also able to decide whether the expansion are finite on the ring $mathbb Z[alpha]$. As an application of these results, we will show that we can classify totally complex quartic fields whose integers can be expressed as sums of distinct units.

Thursday 23rd September 2021 at 10h Amine El Sahili (Université libanaise),
Un parcours à travers les tournois

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Un tournoi est un graphe orienté complet dans le sens où tous deux sommets sont liés par un arc. Ceci donne aux tournois un sens anarchique, cependant, l'étude que nous présentons sur l'existence de quelques modèles bien ordonnés dans les tournois va changer complètement la situation. Nous allons en apprendre que les tournois, définis d'une manière presque chaotique, sont des architectures impressionnantes structurées suivant des règles bien précises. Nous étudions l'existence des chemins, cycles et arbres dans les tournois, Nous nous intéressons aussi au nombre d'un certain type dans les tournois: la parité, et des liens avec les tournois complémentaires.

Thursday 25th November 2021 at 10h Guilhem Jaber (Université de Nantes),
Modular Operational Nominal Game Semantics

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In this talk, we will see how to build trace models of programming languages in a systematic way using labelled transition systems designed by operational game semantics. The primary purpose of these models is to characterize contextual equivalence, the maximal observational equational theory, thanks to full-abstraction results. We will consider higher-order programming languages with features that include mutable store (local references), control operators (call/cc), cryptographic operators (dynamic sealing), and rich type systems (algebraic data types, parametric polymorphism). We will see how to apply this framework to prove a fully abstract compilations result from parametric polymorphism to untyped cryptographic lambda-calculus.

Thursday 2nd December 2021 at 10h Mateusz Skomra (Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes, Toulouse),
Derandomization and absolute reconstruction for sums of powers of linear forms

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We study the decomposition of multivariate polynomials as sums of powers of linear forms. In this talk, we focus on the following problem: given a homogeneous polynomial of degree 3 over a field, decide whether it can be written as a sum of cubes of linearly independent linear forms over an extension field. This task can be equivalently expressed as a decomposition problem for symmetric tensors of order 3. Even if the input polynomial has rational coefficients, the answer may depend on the choice of the extension field. We study the cases where the extension field is either the real or the complex numbers. Our main result is an algorithm that solves this problem in polynomial time when implemented in the bit model of computation. Furthermore, contrary to the previous algorithms for the same problem, our algorithm is algebraic and does not make any appeal to polynomial factorization. We also discuss how our algorithm can be extended to other tensor decomposition problems. This talk is based on a joint work with Pascal Koiran.

Thursday 9th December 2021 at 10h Bastien Laboureix (ENS Paris-Saclay),
Keyboards as a New Model of Computation

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We introduce a new formalisation of language computation, called keyboards. We consider a set of atomic operations (writing a letter, erasing a letter, going to the right or to the left) and we define a keyboard as a set of finite sequences of such operations, called keys. The generated language is the set of words obtained by applying some non-empty sequence of those keys. Unlike classical models of computation, every key can be applied anytime. We define various classes of languages based on different sets of atomic operations, and compare their expressive powers. We also compare them to rational, context-free and context-sensitive languages. We obtain a strict hierarchy of classes, whose expressiveness is orthogonal to the one of the aforementioned classical models. We also study closure properties of those classes, as well as fundamental complexity problems on keyboards.

Thursday 16th December 2021 at 10h Sébastien Tavenas (LAMA),
Bornes inférieures superpolynomials pour les circuits de profondeur constante

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Tout polynôme multivarié P(X_1,...,X_n) peut être écrit comme une somme de monômes, i.e., une somme de produits de variables et de constantes du corps. La taille naturelle d'une telle expression est le nombre de monômes. Mais, que se passe-t-il si on rajoute un nouveau niveau de complexité en considérant les expressions de la forme : somme de produits de sommes (de variables et de constantes) ? Maintenant, il devient moins clair comment montrer qu'un polynôme donné n'a pas de petite expression. Dans cet exposé nous résoudrons exactement ce problème. Plus précisément, nous prouvons que certains polynômes explicites n'ont pas de représentations ``somme de produits de sommes'' (SPS) de taille polynomiale. Nous pouvons aussi obtenir des résultats similaires pour les SPSP, SPSPS, ... etc. pour toutes les expressions de profondeur constante.

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