Rapport d`activité 2003–2006 - Lina

Transcription

Laboratoire d’Informatique de Nantes Atlantique, FRE 2729
Demande de création d’UMR
Contractualisation année 2008
Rapport d’activité
2003–2006
LINA, Université de Nantes – 2, rue de la Houssinière – BP 92208 – 44322 NANTES CEDEX 3
Tél. : 02 51 12 58 17 – Fax. : 02 51 12 58 97 – http://www.lina.atlanstic.net/
Laboratoire d’Informatique de Nantes Atlantique
R APPORT D ’ ACTIVITÉ
2003–2006
Résumé
Directeur
Frédéric Benhamou
Le Laboratoire d’Informatique de Nantes Atlantique (LINA, CNRS FRE 2729) est une unité de
recherche en sciences du logiciel, qui compte 165
membres dont 70 enseignants-chercheurs permanents. Le LINA est issu du regroupement, en 2004,
de l’Institut de Recherche en Informatique de Nantes
(IRIN) et du département informatique de l’École
des Mines de Nantes. Les établissements partenaires
du LINA sont donc le CNRS, l’Université de Nantes
et l’École des Mines de Nantes.
Sa création était l’un des objectifs du projet de
pôle informatique régional, inscrit au contrat État
de Plan 2000-2007. Aujourd’hui le LINA joue
un rôle moteur dans l’animation de la fédération
AtlanSTIC (CNRS FR 2819), le lancement du projet
MILES financé par la région Pays de la Loire et la
proposition Math-STIC soumise au CPER 2007.
[email protected]
Directeur adjoint
Pierre Cointe
[email protected]
Sur le plan scientifique, le LINA développe deux
axes de recherche : les architectures logicielles
distribuées et les systèmes d’aide à la décision.
Ce rapport d’activité décrit les travaux accomplis par les équipes du LINA de 2003 à 2006
et en précise succinctement leurs projets scientifiques. Deux documents spécifiques présentant
respectivement le bilan-perspectives du laboratoire ainsi que les projets scientifiques de ses
équipes pour le quadriennal 2008-2011 sont
téléchargeables sur le site web du LINA et seront
envoyés sur simple demande à Anne-Françoise Quin
([email protected])
2, rue de la Houssinière, B.P. 92208, F-44322 NANTES CEDEX 3
Téléphone : +33 2 51 12 58 17
Télécopieur : +33 2 51 12 58 97
WEB : http://www.lina.atlanstic.net/
Table des matières
Introduction
15
1 GDD: Gestion de Données Distribuées
1.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1 Gestion de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2 Gestion de modèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3 Médiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1 Applications transactionnelles et décisonnelles . . . . . . .
1.4.2 Applications transformationnelles . . . . . . . . . . . . . .
1.4.3 Communautés professionnelles et applications scientifiques
1.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.1 Gestion de données dans les grappes . . . . . . . . . . . . .
1.5.2 Gestion de données en P2P . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.3 Ingénierie des données dirigée par les modèles . . . . . . .
1.5.4 Médiation de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.1 APPA (Atlas P2P Architecture) . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.2 ATL (Atlas Transformation Language) . . . . . . . . . . . .
1.6.3 AMW (Atlas Model Weaver) . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.4 AM3 (Atlas MegaModel Manager) . . . . . . . . . . . . .
1.6.5 RepDB* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.6 BaGates For You . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.7 CorbaTrace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7.2 Comités de programmes et comités de lecture . . . . . . . .
1.7.3 Organisation de congrès . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7.4 Impact sur la formation universitaire . . . . . . . . . . . . .
1.7.5 Transfert de technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . . . . . . . . . .
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6
Rapport d’activité LINA 2003–2006
1.8.1 Actions internationales . . . . . . . . . . . .
1.8.2 Contrats labellisés par l’ANR . . . . . . . .
1.9 Publications de référence de l’équipe hors période . .
1.10 Publications de référence de l’équipe dans la période
1.11 Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . .
2 GRIM: Gestion et Résumé d’Information Multimédia
2.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . .
2.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . .
2.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Des structures aux bases de données . . . . .
2.3.2 L’analyse de données multimédias . . . . . .
2.3.3 La théorie des ensembles flous . . . . . . . .
2.3.4 Gestion de données distribuées . . . . . . . .
2.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Systèmes de gestion de données multimédia .
2.4.2 Les résumés de données volumineuses . . . .
2.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1 Les résumés de données . . . . . . . . . . .
2.5.2 Gestion de données multimédia . . . . . . .
2.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.1 SaintEtiQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2 FindImAGE . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . .
2.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . .
2.7.3 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . .
2.8 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.2 Comités de programmes et comités de lecture
2.8.3 Organisation de congrès . . . . . . . . . . .
2.8.4 Impact sur la formation universitaire . . . . .
3 COLOSS: Composants et Logiciels Sûrs
3.1 Composition de l’équipe . . . . . .
3.2 Présentation et objectifs généraux .
3.2.1 Historique . . . . . . . . . .
3.2.2 Objectifs principaux . . . .
3.2.3 Les thèmes de recherche . .
3.2.4 Perspectives . . . . . . . . .
3.3 Fondements scientifiques . . . . . .
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3.5
Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 BOSCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2 COSTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3 ORYX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4 ATACORA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1 Spécification et vérification de modèles à objets et à composants
3.6.2 Intégration de méthodes formelles et analyse multifacette . . . .
3.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.1 Actions internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.2 Actions européennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.3 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.4 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8.2 Expertise de projets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8.3 Comités de programmes et comités de lecture . . . . . . . . . .
3.8.4 Organisation de congrès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8.5 Impact sur la formation universitaire . . . . . . . . . . . . . . .
3.9 Publications de référence de l’équipe hors période . . . . . . . . . . . .
3.10 Publications de référence de l’équipe dans la période . . . . . . . . . .
3.11 Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.12 Bibliographie externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4 MODAL: Langages de Modélisation d’Architectures Logicielles
4.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Objectifs principaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 Thème - Modèles de spécification et de conception d’architectures logicielles . .
4.5.2 Thème - Modèles d’évolutions structurale et comportementale d’architectures
logicielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.1 MY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.2 SAEV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.3 COSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7 Activités contractuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8 Actions régionales, nationales et internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.1 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.10
4.11
4.12
4.13
4.8.3 Actions européennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.4 Actions internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.5 Expertise de projets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.9.1 Organisation de conférences scientifiques, d’écoles de chercheurs,. . .
4.9.2 Comités de programmes et comités de lecture . . . . . . . . . . . . .
4.9.3 Impact sur la formation universitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.9.4 Conférences et séminaires donnés . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.9.5 Activités collectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Publications de référence de l’équipe hors période . . . . . . . . . . . . . . .
Publications de référence de l’équipe dans la période . . . . . . . . . . . . .
Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bibliographie externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 OBASCO: OBjets, ASpects, COmposants
5.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 À propos de l’évolution des langages à objets . . . .
5.3.2 Des objets aux composants . . . . . . . . . . . . . .
5.3.3 Des objets aux aspects . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.4 Des langages d’aspects aux langages dédiés . . . . .
5.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1 Systèmes d’exploitation et réseaux . . . . . . . . . .
5.4.2 Intergiciels et systèmes d’information des entreprises
5.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.1 Post-objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.2 Composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.3 Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.4 Langages dédiés (DSL) . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.1 Arachne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2 Bossa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.3 EAOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.4 Safran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.5 Reflex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . . . . . .
5.7.1 Actions internationales . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.3 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.2 Comités de programme et comités de lecture . . . .
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5.8.5 Transfert de technologie . . . . . . . . . . .
5.12 Bibliographie externe . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6 CD: Contraintes Discrètes
6.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.1 Planification et ordonnancement . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.2 Gestion d’entrepôts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.3 Bio informatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.4 Outils de programmation par contraintes . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.1 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.2 Apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.3 Contraintes globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.4 Explications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.5 Filtrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.6 Hybridation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.7 Ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.8 Outils de mise au point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.9 Problèmes sur-contraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6.1 Le système de programmation par contraintes CHOCO . . . . . .
6.6.2 Le système PaLM: Un noyau de contraintes équipé d’explications
6.6.3 VISEXP: Un outil pour la visualisation d’explications . . . . . .
6.6.4 SICStus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6.5 Apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7 Activités contractuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.1 Actions internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.3 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.2 Comités de programmes et comités de lecture . . . . . . . . . . .
6.8.3 Organisation de congrès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.4 Impact sur la formation universitaire . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.5 Transfert de technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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200
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203
203
203
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208
208
208
10
6.9 Publications de référence de l’équipe hors période . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
6.10 Publications de référence de l’équipe dans la période . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.11 Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7 CoCoA: Contraintes Continues et Applications
7.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.2 Les axes de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.1 Satisfaction de contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.2 Analyse par intervalles . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.3 De la programmation logique aux contraintes . . . . . . .
7.3.4 Coopération de solveurs . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.5.1 CP et analyse par intervalles . . . . . . . . . . . . . . . .
7.5.2 CP, recherche locale et optimisation . . . . . . . . . . . .
7.5.3 CP et collaboration de solveurs . . . . . . . . . . . . . . .
7.5.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.5.5 Autres résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.6.1 Gaol (NOT Just Another Interval Library) . . . . . . . . .
7.6.2 Realpaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.6.3 ELISA: la plate-forme de COCOA . . . . . . . . . . . . .
7.6.4 DecLIC (Declarative Language with Interval Constraints)
7.6.5 OpAC (Open Architecture for Constraints) . . . . . . . .
7.6.6 TOM (The Open Modeller) . . . . . . . . . . . . . . . .
7.6.7 USV (Universal Solution Viewer) . . . . . . . . . . . . .
7.6.8 Interface Buddy-Sicstus . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.6.9 Interface Polylib-Sicstus . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . . . . . . . . .
7.7.1 Actions internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.7.3 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.8 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.8.2 Comités de programmes et comités de lecture . . . . . . .
7.8.3 Organisation de congrès . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.8.4 Impact sur la formation universitaire . . . . . . . . . . . .
7.9 Publications de référence de l’équipe hors période . . . . . . . . .
7.10 Publications de référence de l’équipe dans la période . . . . . . .
7.11 Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.12 Bibliographie externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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11
8 Xavier G ANDIBLEUX
8.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . .
8.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . .
8.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . .
8.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.1 Transport ferroviaire . . . . . . . . . . . . .
8.4.2 Télécommunications . . . . . . . . . . . . .
8.4.3 Systèmes de production . . . . . . . . . . .
8.4.4 Solveurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5.1 RECIFE et RECIFE PC . . . . . . . . . . .
8.5.2 RMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5.3 MEETME . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6.1 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6.2 Optimisation combinatoire multi-objectif . .
8.7 Activités contractuelles . . . . . . . . . . . . . . . .
8.8 Actions régionales, nationales et internationales . . .
8.8.3 Expertise de projets . . . . . . . . . . . . . .
8.9.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9 COD: COnnaissances et Décision
9.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.1 De l’Analyse de Données à la Fouille de Connaissances . . . . . . . . . .
9.3.2 Vers la modélisation et l’extraction adaptatives des connaissances . . . . .
9.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.4.1 Management : Gestion des connaissances et des compétences en entreprise
9.4.2 Sciences de la Vie : Biologie moléculaire et Cognition animale . . . . . . .
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12
9.5
Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.5.1 Ingénierie des ontologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.5.2 Fouille de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.5.3 Intégration des préférences de l’utilisateur . . . . . . . . . .
9.5.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.6.1 ARQUAT (Association Rule Quality Analysis Tool) . . . .
9.6.2 ARVAL (Association Rules VALidation) . . . . . . . . . .
9.6.3 ARVIS (Association Rules VISualization) . . . . . . . . . .
9.6.4 CHIC (Classification Hiérarchique Implicative et Cohésitive)
9.6.5 GVSR (Graph Visualization Software References) . . . . .
9.6.6 KAPPALAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.6.7 MADTools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.6.8 TooCom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . . . . . . . . . .
9.7.1 Actions internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.7.3 Actions régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.8 Diffusion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.8.2 Comités de programmes et comités de lecture . . . . . . . .
9.8.3 Organisation de congrès . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.8.4 Impact sur la formation universitaire . . . . . . . . . . . . .
9.8.5 Transfert de technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.9 Publications de référence de l’équipe dans la période . . . . . . . .
9.10 Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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10 ComBi: Combinatoire et Bio-Informatique
10.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.1 Biologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.2 Algorithmique discrète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.3 Méthodes probabilistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.1 Thématique « Découverte et analyse statistique de motifs » . . . . . . . . .
10.5.2 Thématique « Génomique Comparative » . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.1 Stars : découverte de motifs basée sur des fonctions de score multiples . . .
10.6.2 BAC T RANS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.3 DistGen : croisement contraint à base de distances génétiques . . . . . . .
10.6.4 GenesOrder : Similarités entre Génomes et Reconstruction Phylogénétique
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13
10.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . . .
10.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . . .
10.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.10Publications de référence de l’équipe dans la période
10.11Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . .
10.12Bibliographie externe . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 TALN: Traitement Automatique du Langage Naturel
11.1 Composition de l’équipe . . . . . . . . . . . . . .
11.2 Présentation et objectifs généraux . . . . . . . . .
11.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2.2 Les thèmes de recherche . . . . . . . . . .
11.2.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.3 Fondements scientifiques . . . . . . . . . . . . . .
11.3.1 Modèles formels du langage naturel . . . .
11.3.2 Fouille textuelle . . . . . . . . . . . . . . .
11.4 Domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . .
11.4.1 Recherche d’information . . . . . . . . . .
11.4.2 Veille scientifique et technologique . . . .
11.4.3 Reconnaissance de l’écriture manuscrite . .
11.4.4 Traduction automatique et automatisée . .
11.5 Résultats nouveaux . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.5.1 Théorie des langages . . . . . . . . . . . .
11.5.2 Analyse et acquisition lexicale . . . . . . .
11.5.3 Analyse et acquisition grammaticale . . . .
11.5.4 Analyse du discours et des documents . . .
11.6 Logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.1 ACABIT . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.2 ANA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.3 CoRRecT . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.4 DINOSYS . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.5 FLORE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.6 NEMESIS . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.7 PRODICOS . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.7 Stratégie de valorisation et de coopération . . . . .
11.7.1 Actions internationales . . . . . . . . . . .
11.7.2 Actions nationales . . . . . . . . . . . . .
11.7.3 Actions régionales . . . . . . . . . . . . .
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14
11.8.1 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.10Publications de référence de l’équipe dans la période
11.11Publications de l’équipe . . . . . . . . . . . . . . . .
11.12Bibliographie externe . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Introduction
Le Laboratoire d’Informatique de Nantes Atlantique (LINA) est une formation de recherche en
évolution (FRE 2729), créée par le CNRS en 2004 et reconduite en 2006. Elle résulte du rapprochement de l’Institut de Recherche en Informatique de Nantes (IRIN) et du département informatique de
l’Ecole des Mines de Nantes (EMN). Ce rapprochement a été initié dans le cadre du CPER 2000-2006
qui a fait émerger un laboratoire informatique nantais unique construit autour de deux axes de recherche ;
les « Architectures Logicielles Distribuées » (ALD) et les « Systèmes d’Aide à la Décision » (SAD). Ce
document présente le rapport d’activité des dix équipes de ces deux axes :
– Architectures logicielles distribuées
1. équipe GDD (P. Valduriez) ; gestion de données distribuées,
2. équipe GRIM (N. Mouaddib) ; gestion et recherche d’information multimédia,
3. équipe projet COLOSS (C. Attiogbé) ; composants et logiciels sûrs,
4. équipe projet MODAL (M. Oussalah) ; langages de modélisation d’architectures logicielles,
5. équipe OBASCO (P. Cointe) ; objets, aspects et composants.
– Systèmes d’aide à la décision
1. équipe CD (N. Beldiceanu) ; contraintes discrètes,
2. équipe C O C OA (L. Granvilliers) ; contraintes continues et applications,
3. équipe COD (P. Kuntz) ; connaissances et décision,
4. équipe C OM B I (I. Rusu) ; combinatoire et bio-informatique,
5. équipe TALN (B. Daille) ; traitement automatique du langage naturel.
Ce rapport inclut également le rapport du groupe de X. Gandibleux recruté en septembre 2004 et
qui a travaillé avec le soutien de l’équipe COD à la constitution d’une onzième équipe sur le thème
de la recherche opérationnelle et de l’optimisation multi-objectifs. Ce projet a donné lieu (fin 2006) à
la création de l’équipe-projet ROOM dont la génèse et le projet scientifique sont décrits dans les deux
documents intitulés respectivement « Bilan & Perspectives » et « Projet scientifique ». Le premier texte
réalise une analyse de ces rapports d’activités et l’utilise pour développer le projet scientifique du LINA.
Pour en revenir au rapport d’activité relatif au dernier quadriennal, le CPER a contribué à l’établissement
d’un axe Nantes-Angers (LINA-LERIA) dans le domaine de la « programmation par contraintes ». Pour
ce qui concerne le bi-pôle Nantes-Rennes, deux projets INRIA ont été créés en 2003 sur les sujets de la
« gestion distribuée des données » (Atlas) et de la « programmation post-objets » (Obasco). Ils renforcent
la synergie LINA-IRISA sur les deux thèmes de la « gestion des données » et du « génie logiciel ».
15
16
Toujours pendant la période 2002-2006, les équipes du LINA ont participé à la constitution de la
fédération de recherche AtlanSTIC créée en 2006 par le CNRS (FR 2819) pour quatre ans et regroupant les trois laboratoires STIC nantais : l’IRCCyN (UMR 6597), IREENA (EA 1770) et le LINA. Les
premières contributions d’AtlanSTIC concernent le financement d’une dizaine de projets interdisciplinaires entre les trois laboratoires, le partenariat avec le pôle Breton « Images et Réseaux » et la rédaction
du projet MILES. Ce projet également soumis au nouveau CPER dessine un pôle STIC entre les régions
Bretagne-Pays de la Loire autour des quatre grands thèmes de « l’aide à la décision », du « multimédia »,
du « génie du logiciel » et des « télécommunications mobiles ».
D’un point de vue quantitatif les effectifs du laboratoire sont au 1er décembre 2006 de 165 membres
dont une moitié de permanents et une moitié d’associés, doctorants et post-doctorants. L’un des points
remarquables des quatre dernières années est la croissance de 50% du nombre de permanents qui a permis
de consolider par des recrutements, principalement externes (75%), les équipes de recherche existantes.
Ces équipes ont à leur tête une génération de jeunes professeurs avec globalement le ratio d’un professeur
pour 2,2 maı̂tres de conférence.
D’un point de vue qualitatif, les thématiques de recherche des deux axes ont acquis une visibilité
et un impact internationaux. Les membres du LINA ont obtenu des publications dans les conférences
majeures de leurs domaines (IJCAI, CP, VLDB, ACM Multimedia, IJCNLP, ECOOP, OOPSLA, AOSD,
PKDD, etc.) et des revues internationales renommées. Au plan national, nous avons obtenu sept projets
ANR sur le premier appel 2005 et dix sur le deuxième appel 2006. Au plan européen, nous participons
dans le cadre du 6eme PRCD à deux réseaux d’excellence (AOSD-Europe et INTEROP), deux IP et
trois STREP. Nos relations internationales se sont à la fois étendues et renforcées, avec par exemple une
collaboration durable et un memory of understanding signé avec le National Institute for Informatics
de Tokyo sur les thématiques « bases de données », « programmation par contraintes » et « traitement
automatique des langues ». Le LINA est finalement organisateur de trois conférences internationales majeures des domaines du génie logiciel, des contraintes et des bases de données (respectivement ECOOP
2006, CP 2006, EDBT 2008) à la Cité des Congrès de Nantes.
Sur le plan de l’impact économique régional le projet du LINA a donné naissance à des coopérations
industrielles sous forme de contrats et de bourses CIFRE, mais également à la création sur Nantes de
trois entreprises innovantes : IST (solutions objet embarquées sur mesure), PurpleLine (ingénierie du
Web sémantique et cartographie Web interactive) et Knowesia SA (modélisation de scenarios d’action
pour l’aide à la décision). Les équipes ont permis la participation de la région des Pays de la Loire au pôle
de compétitivité à vocation mondiale « Images et Réseaux » (deux premiers projets labélisés au LINA,
création d’un axe génie logiciel).
Au-delà, nos collaborations industrielles avec de grands groupes internationaux (IBM, Microsoft,
Siemens, Thalès, Dassault Aviation, Bouygues et France Telecom) et notre participation à d’autres pôles
de compétitivité (par exemple System@TIC en Ile-de-France) amènent nos équipes à créer des liens
industriels qui auront à terme un impact régional.
Le reste de ce document est donc consacré à la présentation des rapports d’activité de chacune de nos
équipes.
17
Fiche signalétique du LINA
Titre du laboratoire, label
:
LINA
Numéro identification
;
FRE2729
Localisation
;
Adresse du site Web
:
Faculté des Sciences, 2 rue de la Houssinière
BP 92208, 44322 NANTES Cedex 3
lina.atlanstic.net
Directeur du laboratoire
Téléphone
Fax
e-mail
Directeur adjoint
Téléphone
Fax
e-mail
:
:
:
:
:
:
:
:
Mr Frédéric B ENHAMOU
02 51 12 58 17
02 51 12 58 97
[email protected]
Mr Pierre C OINTE
02 51 85 82 02
02 51 85 82 49
[email protected]
Responsable administrative
Téléphone
Fax
e-mail
Responsable technique informatique
Téléphone
Fax
e-mail
:
:
:
:
:
:
:
:
Mme Anne-Françoise Q UIN
02 51 12 58 15
02 51 12 58 97
[email protected]
Mr Jean-Yves L EBLIN
02 51 12 58 96
02 51 12 58 12
[email protected]
:
:
:
:
:
:
:
:
:
70 (20 PR, 1 DR CNRS, 1 DR INRIA, 48 MdC/MA)
23
75
4
8.5
839
dont articles en revues 177=114 (int)+63 (nat)
dont conférences internationales 305
4 000 KEUR
Effectifs 2006-2007
Nombre d’enseignants-chercheurs
Nombre de HDR
Nombre de thésards
Nombre de post-docs
nombre de IATOSS/ITA
Publications 2003-2006
Montants des contrats 2003-2006
Équipe
GDD : Gestion de Données Distribuées
1.1 Composition de l’équipe
Responsable : Patrick Valduriez
Chercheurs-enseignants :
– Jean Bézivin
Pr., Université de Nantes, depuis le 1/1/2003
– Sylvie Cazalens
M.C., Université de Nantes, depuis le 1/1/2003
– Phillipe Lamarre
Université de Nantes, depuis le 1/1/2003,
– Gilles Nachouki
M.C., IUT de Nantes, depuis le 1/10/2002
– Esther Pacitti
– Patricia Serrano Alvarado
– Gerson Sunyé
– Patrick Valduriez
D.R., INRIA, depuis le 1/9/2002
Ingénieurs de recherche :
– Freddy Allilaire
CDD INRIA, depuis le 1/10/2004,
– David Touzet
CDD INRIA, 1/2/2005-13/3/2006,
– Gaëtan Gaumer
CDD INRIA, 1/9/2003-30/9/2005,
– Peter Rosenthal
CDD INRIA, 1/9/2004-31/3/2005,
Chercheurs post-doctorants :
19
20
– Ivan Kurtev
postdoc INRIA, 1/9/2005-31/11/2006,
– Kwangjin Park
postdoc INRIA, depuis le 1/9/2006,
Chercheurs doctorants :
– Reza Akbarinia
Doctorant, Bourse gouv. Iranien, depuis le 1/9/2003
– Eduardo Cunha de Almeida
Doctorant, Bourse AlBan, depuis le 1/9/2005
– Cédric Coulon
Doctorant, ATER, depuis le 1/9/2002
– Marcos Didonet Del Fabro
Doctorant, Bourse INRIA, depuis le 1/9/2004
– David Faye
Doctorant, Bourse Egide, depuis le 1/9/2003
– Rabab Hayek
Doctorante, Bourse MENRT, depuis le 1/9/2005
– Frédéric Jouault
Doctorant, Bourse INRIA, depuis le 1/9/2004
– Sandra Lemp
Doctorante, Bourse MENRT, depuis le 1/9/2003
– Alexandre Lima
Doctorant, Bourse CAPES, 1/11/2003-30/6/2004
– Denivaldo Lopes
Doctorant, Bourse C.G. Maine et Loire, 1/9/2002-30/9/2005
– Vidal Martins
Doctorant, Bourse Université PUC-PR, 1/9/2003-31/12/2006
– Jorge Manjarrez Sanchez
Doctorant, Bourse Conacyt, depuis le 1/9/2004
– Jorge Quiane
Doctorant, Bourse Conacyt, depuis le 1/9/2004
– Anthony Ventresque
Doctorant, Bourse MENRT, depuis le 1/9/2004
– André Victor
Doctorant, Bourse CNPQ, 1/10/2003-31/12/2004
1.2 Présentation et objectifs généraux
1.2.1 Historique
L’équipe a été créée en septembre 2002 par P. Valduriez avec comme objectif de faire émerger une
activité de recherche forte et visible à Nantes en gestion de données, notamment dans le cadre du projet
ATLAS commun entre l’INRIA et l’université de Nantes. Au départ, l’équipe Atlas-GDD ne comptait
que des chercheurs en bases de données parallèles et distribuées (G. Nachouki, E. Pacitti, P. Valduriez).
21
Début 2003, l’équipe s’est enrichie de compétences complémentaires en ingénierie des modèles avec
l’arrivée de J. Bézivin et en systèmes multi-agents avec l’arrivée de S. Cazalens et de P. Lamarre. Ces
compétences nous permettent d’aborder des problèmes spécifiques de gestion de données sous un angle
nouveau, par ex. la migration de données distribuées en s’appuyant sur des techniques de transformation
de modèles ou l’intégration de données en s’appuyant sur des agents médiateurs.
1.2.2 Les thèmes de recherche
La gestion de données distribuées désigne le stockage, l’organisation, la recherche et la manipulation de données dans des systèmes distribués. Aujourd’hui, les problèmes de recherche difficiles dans
ce domaine dépassent très largement le cadre des systèmes de bases de données (SGBD) que l’on peut
considérer comme matures. Ces problèmes sont causés par les évolutions conjuguées des données, des
systèmes et des applications. D’abord, les données à gérer sont de plus en plus riches et complexes en
termes de formats (par ex. objets multimédias), de structures (par ex. documents), de sémantique associée
(par ex. métadonnées), et de code associé (par ex. procédures stockées). La gestion de telles données pose
notamment de gros problèmes de développement d’applications, de migration de données vers de nouvelles plate-formes et de performances. Ensuite, les systèmes manipulant les données doivent pouvoir
supporter la distribution à grande échelle (par ex. dans des grappes, grilles ou des systèmes P2P) et être
accessibles depuis des postes fixes ou mobiles. Dans ce contexte, les sources de données accessibles
peuvent être très nombreuses et de formats hétérogènes, rendant l’intégration de données difficile. Enfin, ces évolutions permettent d’envisager de nouvelles applications, typiquement complexes, permettant
l’accès aux données en ligne : ASP (application service provider), magasins virtuels, catalogues globaux,
services de gestion de données mobiles, etc.
1.2.3 Perspectives
La problématique générale de l’équipe Atlas-GDD concerne la gestion de données dans les systèmes
distribués. Les verrous scientifiques sur lesquels nous nous concentrons sont (1) le passage à l’échelle
en nombre de sources de données, (2) la transformation automatisée de données, et (3) l’intégration de
données à grande échelle. Le problème du passage à l’échelle des techniques de gestion de données est
adressé par de nombreux projets dans le monde, en exploitant des grappes, par ex. les projets PowerDB
à l’ETH-Zurich ou le projet Trapp à l’université de Stanford, ou des réseaux P2P, par ex. les projets
ActiveXML à l’INRIA-Saclay, le projet PIER à l’université de Berkeley ou le projet Piazza à l’université
de Washington. Dans Atlas-GDD, nous nous concentrons sur les problèmes de réplication, de traitement
de requêtes et d’équilibrage de charge transactionnelle dans une grappe ou système P2P en respectant
l’autonomie des données et en nous rendant indépendant des SGBD, afin de gagner en généralité.
Le problème de la transformation automatisée de données (et de schémas de données) fait partie
du problème plus général de transformation de modèle abordé notamment dans le cadre de l’approche
MDA (Model Driven Architecture) de l’OMG (Object Management Group). Notre approche est similaire
à celle de Ph. Bernstein (Microsoft Research) qui propose de considérer les modèles et les transformations de modèles comme entités de première classe dans une vision globale des systèmes d’information.
L’originalité de notre approche consiste à traiter les opérateurs de transformation ou de composition euxmêmes comme des modèles et de s’appuyer sur une famille de langages spécifiques de transformation
permettant la prise en compte de différents formats, par ex. XML, XMI, EBNF, ou même binaire. L’augmentation rapide du nombre et de l’hétérogénéité des sources de données accessibles en ligne (bases de
données, documents HTML ou XML, fichiers, flots de données, etc.), notamment grâce au Web, rend
22
l’intégration de données de plus en plus difficile. La technologie des médiateurs de données relationnels
ou des médiateurs plus récents basés sur XML facilite l’intégration d’information mais en considérant les
sources de données comme passives. Notre approche basée sur un modèle économique de compétition
entre agents donne un rôle actif aux sources de données, ce qui permet de mieux équilibrer la charge
globale du système.
Les objectifs à moyen terme (4 ans) de l’équipe Atlas-GDD sont les suivants : conception et validation de solutions de gestion de données pour réseaux P2P avec le système APPA (Atlas Peer-to-Peer
Architecture) ; conception, validation et valorisation de techniques de transformation de données avec le
système AMMA (Atlas Model Management Architecture) ; enfin, conception et validation de techniques
d’intégration sémantique de données distribuées.
1.3 Fondements scientifiques
1.3.1 Gestion de données
La gestion de données désigne le stockage, l’organisation, la recherche et la manipulation de données
de toutes sortes, depuis les plus simples et petites jusqu’aux plus grandes et complexes. C’est aujourd’hui
une discipline majeure de l’informatique, avec une communauté de recherche internationale forte 1 et un
secteur d’activité très prospère. Cette discipline a permis le développement des SGBD, essentiels à tout
système d’information, et plus généralement, la mise en œuvre de fonctions de gestion de données dans
de nombreux autres logiciels (serveurs d’application, systèmes de gestion de documents, annuaires, etc.).
Le principe fondamental de la gestion de données est l’indépendance des données, qui permet aux
utilisateurs et aux applications de manipuler les données avec un haut niveau d’abstraction (en termes
conceptuels), en ignorant les détails d’implémentation physique. C’est ce principe d’indépendance des
données qui a permis aux SGBD d’intégrer régulièrement de nouvelles fonctionnalités comme des langages de requêtes de haut niveau, le traitement et l’optimisation automatique des requêtes, la modélisation
des données et des métadonnées, le support des transactions et de la réplication, le support de XML, etc.
et de s’adapter à toutes les plate-formes matérielles (PC, multiprocesseur, grappe, etc.) et aux environnements distribués.
L’équipe GDD considère la gestion de données dans le contexte des systèmes distribués, avec l’objectif de rendre la distribution transparente aux utilisateurs et aux applications. Ainsi, nous pouvons capitaliser sur les principes des systèmes distribués, en particulier, les systèmes distribués à grande échelle
comme les grappes, les grilles ou les réseaux P2P, pour nous concentrer sur les fonctions à forte valeur
ajoutée de réplication et de disponibilité des données, d’équilibrage de charge transactionnelle et de traitement de requêtes. Pour ce faire, nous nous appuyons aussi sur les principes des systèmes transactionnels
et des systèmes de bases de données distribuées, en particulier, les médiateurs de données.
1.3.2 Gestion de modèles
Les métadonnées et la métamodélisation ont été étudiées dans le contexte des bases de données pendant longtemps, notamment pour la gestion des schémas, en s’appuyant sur l’indépendance des données.
Il est intéressant de faire le parallèle avec le principe d’abstraction que fournissent les modèles en génie
logiciel. Un modèle est une structure complexe représentant un artefact de conception comme un schéma
relationnel, une définition d’interface, un schéma XML, un réseau sémantique, un modèle UML ou
1
Les organisations scientifiques les plus prestigieuses étant l’ACM Special Interest Group on the Management of Data
(SIGMOD) et le Very Large Data Base (VLDB) Endowment.
23
un document hypermédia. Les développeurs d’applications complexes doivent typiquement manipuler
différents modèles et réaliser des transformations entre ces modèles. Dans le cas de la gestion de données,
des exemples sont : la transformation de schémas relationnels en définitions de classes pour générer des
adaptateurs objet ; la transformation de descriptions de sources de données hétérogènes en un schéma
unique pour réaliser l’intégration de données ; la transformation d’un schéma de base de données dans
une nouvelle version pour faire migrer les données. La gestion de schémas de base de données devient
donc un cas particulier de gestion de modèles. Les métamodèles sont utilisés aujourd’hui pour définir
des langages spécifiques à des domaines afin de capturer les différents aspects d’un logiciel. Ainsi, un
modèle n’est plus contemplatif (et servir seulement à la documentation) mais peut être manipulé par des
opérations exécutables précises. Pour ces raisons, l’ingénierie des modèles est un fondement commun à
la gestion de données et au génie logiciel.
1.3.3 Médiation
Les médiateurs de données “classiques” reposent sur la technologie des bases de données distribuées.
Ils permettent à des utilisateurs d’interroger des sources de données hétérogènes via une interface uniforme. Leur utilisation repose sur la présence d’un schéma global (relationnel ou XML) qui décrit l’ensemble des données disponibles sur les différentes sources. Dans les systèmes ouverts comportant de très
nombreuses sources autonomes, tels que les systèmes pair à pair, les nouvelles techniques de médiation
doivent prendre en compte l’autonomie des sources de données, leur hétérogénéité sémantique, et l’ouverture du système.
La gestion et la régulation de systèmes où les participants sont autonomes, voire compétitifs, est un
champ d’application majeur des approches économiques. Le principe fondamental d’une telle approche
pour la médiation consiste à monétariser certains aspects : achat de ressources, achat de requêtes, coûts
relatifs à l’exécution de requêtes, . . .L’équipe GDD étudie les solutions dans lesquelles les sources de
données “achètent” les requêtes. L’objectif est d’obtenir une médiation la plus équitable possible dans
laquelle les sources de données et les utilisateurs puissent avoir confiance.
Le rapprochement de sources de données et de requêtes, dans le cas d’une forte hétérogénéité, peut
bénéficier de la prise en compte de la sémantique des données et des requêtes. Le passage par ce niveau
sémantique peut aider la mise en correspondance de schémas. Dans certains cas, la médiation peut aussi
se faire directement au niveau sémantique par une mise en correspondance d’ensembles de concepts. Ce
type de travaux bénéficie de résultats issus aussi bien de la gestion de modèles que de l’ingénierie des
connaissances ou du traitement automatique du langage naturel.
1.4 Domaines d’applications
1.4.1 Applications transactionnelles et décisonnelles
La gestion de données dans les systèmes distribués est très générique et peut s’appliquer à toutes
sortes de données et d’applications manipulant des données. Donc, nous sommes potentiellement intéressés
par de nombreuses applications qui pourraient nous aider à démontrer et valider nos résultats en vraie
grandeur. Cependant, la gestion de données est un domaine très mature pour lequel existent des scénarios
d’applications bien établis, par ex. les benchmarks transactionnels (TPC-C et TPC-D), décisionnels
(TPC-H et TPC-R) et Web (TPC-W) du Transaction Processing Council (TPC). Nous utilisons souvent
ces benchmarks dans nos expérimentations car ils sont faciles à déployer dans nos prototypes et favorisent la comparaison avec des projets concurrents. Cependant, il n’y a pas de benchmark complet qui
24
permet de capturer tous les besoins de gestion de données. C’est pourquoi nous nous intéressons aussi à
des applications nouvelle qui peuvent exhiber des besoins spécifiques et poser de nouveaux problèmes de
recherche. Des exemples de telles applications sont l’hébergement d’applications (Application Service
Provider) et les communautés professionnelles.
Dans le modèle ASP, les applications et les bases de données des entreprises utilisatrices sont gérées
sur le site d’un hébergeur et doivent pouvoir être accédées, typiquement via Internet, aussi bien que si
elles étaient locales à l’entreprise. Le problème pour l’hébergeur est alors de pouvoir gérer les applications et les bases de données sur son site avec un excellent rapport coût/performance. Nous abordons ce
problème en exploitant une grappe de PC et en développant des techniques de réplication et d’équilibrage
de charge transactionnelle. Nous validons notre approche pour des applications de gestion de pharmacies.
1.4.2 Applications transformationnelles
En ingénierie des données tout comme en ingénierie du logiciel, les problématiques de transformation
et d’intégration de données deviennent critiques et centrales. Les méthodes de production de logiciel
s’appuient sur des chaı̂nes de transformation de données, depuis la spéfication jusqu’à la mise en oeuvre
et la maintenace. Les techniques MDA préconisées par l’OMG, par IBM ou par Microsoft (DSL Tools)
se retrouvent dans de nombreuses applications allant de la gestion de systèmes distribués de gestion
de flots (metadata-based stream processing) à la gestion intégrée de documentation dans les systèmes
d’information.
1.4.3 Communautés professionnelles et applications scientifiques
Les communautés professionnelles ont besoin de collaborer et de partager des données pour améliorer
leur activité. Par exemple, une communauté de chercheurs veut pouvoir partager des documents scientifiques et pédagogiques, des bibliographies, des bases de données pour banc d’essai, des bancs d’essai
en ligne, des résultats d’expérience, etc. La solution classique consiste à centraliser les données dans une
base de données sur un serveur. Pour des communautés dynamiques, qui se constituent rapidement pour
une durée déterminée (par ex. pour réaliser une expérimentation en parallèle), la solution classique est
trop lourde. Nous abordons ce problème avec une approche P2P où les participants (les pairs) peuvent
rejoindre ou quitter le système de façon unilatérale sans aucun contrôle centralisé.
1.5 Résultats nouveaux
Dans un système distribué à grande échelle, les sources de données sont nombreuses, autonomes
(sous fort contrôle local), et très hétérogènes en taille et complexité. La gestion de données dans un tel
contexte pose des problèmes de recherche difficiles car les techniques doivent passer à l’échelle tout
en supportant les nouveaux besoins liés à l’autonomie et l’hétérogénéité des données, et à la mobilité
des terminaux clients. Ces problèmes font partie de nouveaux courants de recherche importants (cluster,
grid, P2P). Pour aborder ces problèmes, nous avons mené des actions de recherche dans quatre thèmes
complémentaires : la gestion de données dans les grappes, la gestion de données en P2P, l’ingénierie des
données dirigée par les modèles, et la médiation de données.
25
1.5.1 Gestion de données dans les grappes
Les grappes de bases de données sont devenus une alternative économique très intéressante aux
SGBD sur multiprocesseurs fortement couplés. Une grappe de bases de données désigne une grappe où
chaque nœud possède un SGBD autonome, comme une boı̂te noire, et sa propre base de données. La gestion de données doit alors se faire par un middleware qui coordonne les différents SGBD. Les fonctions
importantes de ce middleware sur lesquelles nous avons obtenu des résultats significatifs concernent la
réplication préventive des données, l’équilibrage de charge transactionnelle et le traitement parallèle des
requêtes décisionnelles.
Réplication préventive
Participants : Esther Pacitti, Cédric Coulon, Patrick Valduriez.
La réplication de données permet d’augmenter la disponibilité grâce à la redondance et les performances grâce au parallélisme. Dans une grappe de bases de données, nous pouvons copier les données
et les SGBD sur différents nœuds. Le problème principal est alors d’assurer la cohérence de bases de
données autonomes répliquées suite aux mises à jour. De manière plus générale, notre objectif est de
définir un modèle de réplication pour les architectures distribuées qui respecte l’autonomie des applications et des bases de données. Nous cherchons donc à utiliser des techniques non-intrusives en interceptant les appels aux SGBD et en exploitant les interfaces des journaux des SGBD.
Une bonne solution qui passe à l’échelle est la réplication asynchrone multi-maı̂tre. Elle permet de
mettre à jour différentes copies sur différents nœuds en parallèle. Cependant, les mises à jour conflictuelles peuvent produire la divergence des copies. Pour éviter les conflits, nous avons proposé un nouveau
modèle de réplication préventive [91] qui offre la cohérence forte sans le sur-coût de la réplication synchrone. L’idée essentielle est de retarder la validation des transactions de rafraı̂chissement pour assurer
leur ordonnancement. En exploitant le réseau rapide de la grappe, le retard est très court et négligeable.
Notre modèle supporte les configurations avec réplication partielle [61]. A la différence de la réplication
totale, la réplication partielle augmente la localité de référence et réduit le nombre de messages pour propager les mises à jour. Dans [62], nous avons proposé différentes optimisations (élimination des retards,
exécution concurrente). La solution complète de réplication préventive, avec preuves des algorithmes,
est décrite dans [23].
Pour valider notre approche, nous avons réalisé le logiciel RepDB* [104] qui fonctionne sur différents
SGBD (Oracle, PostGRESQL and BerkeleyDB). Nos expérimentations sur une grappe Linux de 64
nœuds (le site GRID5000 de l’IRISA à Rennes) avec le benchmark TPC-C montrent que notre approche
passe à l’échelle et introduit une très faible perte de fraı̂cheur des données.
Equilibrage de charge transactionnelle
Participants : Esther Pacitti, Patrick Valduriez.
L’équilibrage de charge transactionnelle nécessite des techniques d’exécution dynamiques pour s’adapter aux variations des charges qui peuvent comporter des transactions (mises-à-jour) ou des requêtes
(lectures). Dans le contexte grappe, la réplication offre la possibilité de choisir les nœuds à accéder dynamiquement lorsque les données sont nécessaires au traitement. Ainsi, le parallélisme inter-transaction
peut être réalisé simplement au niveau d’un répartiteur de charge. En supposant les bases de données
répliquées en mode optimiste, nous pouvons augmenter le parallélisme inter-transaction. Cependant,
même si nous avons des solutions pour maintenir la cohérence des copies, celles-ci peuvent avoir différents
26
niveaux de fraı̂cheur dans la mesure où certaines transactions n’ont pas encore été reportées sur certaines
copies.
Dans [21], nous avons défini un modèle complet de fraı̂cheur qui permet de définir les classes de
conflits entre requêtes et transactions. Nous avons aussi proposé des algorithmes pour évaluer la fraı̂cheur
des données et calculer l’ensemble minimal de transactions de rafraı̂chissement nécessaires pour garantir
qu’un nœud est suffisamment frais pour une requête donnée [116]. Ensuite, nous avons proposé une
solution au routage des transactions qui préserve l’autonomie des applications et des bases de données (un
besoin important des applications ASP) et un modèle de coût pour estimer la fraı̂cheur des copies. Nous
avons réalisé notre solution pour une grappe Linux/Oracle 8i de 11 nœuds et procédé à de nombreuses
expérimentations avec le benchmark transactionnel TPC C et une application de gestion de pharmacies
en mode ASP [20]. Nos résultats montrent que notre solution est supérieure aux solutions existantes en
termes d’équilibrage de charge. D’autre part, lorsque les requêtes décisionnelles acceptent de relâcher le
besoin de fraı̂cheur, leur temps de réponse se voit réduit considérablement.
Traitement de requêtes décisionnelles
Participants : Alexandre Lima, Esther Pacitti, Patrick Valduriez, André Victor.
Les requêtes décisionnelles complexes (avec des sous-requêtes et de nombreuses agrégations) et
lourdes (accédant de très grandes quantités de données) peuvent avoir des temps de réponse beaucoup trop élevés par rapport aux besoins des décideurs. Pour traiter ce problème, nous avons cherché
à exploiter la réplication et le parallélisme intra-requête dans une grappe. Une solution traditionnelle à
ce problème consiste à répliquer toutes les données (réplication totale) et partitionner statiquement la
requête en sous-requêtes qui peuvent alors accéder chacune un sous-ensemble différent des données.
Mais cette solution fonctionne mal pour des distributions de données non uniformes. Nous avons proposé un algorithme de partitionnement virtuel qui s’adapte aux variations de charge et de distribution des
données [80].
Le partionnement virtuel offre une grande flexibilité pour l’équilibrage de charge des nœuds. Cependant, dans le cas d’une grappe sans disque partagé, la réplication totale conduit à une mauvaise utilisation
des disques. Dans [66, 19, 86], nous avons proposé une solution qui combine le partitionnement physique
et virtuel. Cette solution permet un haut niveau de parallélisme intra-requête tout en optimisant l’utilisation des disques.
Nous avons réalisé notre solution pour une grappe Linux/PostGRESQL de 32 nœuds et procédé à de
nombreuses expérimentations avec le benchmark décisionnel TPC H. Les résultats montrent que notre
solution donne une accélération linéaire, parfois super-linéaire, en augmentant le nombre de nœuds. Pour
la plupart des requêtes du benchmark TPC H, certaines très complexes, notre solution donne des gains
de performances importants (plus d’un ordre de grandeur) par rapport aux solutions statiques.
Considérant plus finement le fait que le coût d’accès à un objet de grande taille par un prédicat
dépend fortement de la valeur passée en paramètre, nous avons étudié une nouvelle approche qui exploite
les dépendances de données via ces valeurs de paramètres. Nous avons proposé une nouvelle stratégie
d’optimisation qui modélise ces dépendances par un graphe k-partie [92]. Nous avons montré que cette
stratégie s’intégrait facilement dans un optimiseur de requêtes. Nous avons aussi proposé un algorithme
gourmand qui traite le graphe en sélectionnant les valeurs candidate qui minimisent le temps d’exécution.
Nos résultats de simulation ont montré que notre algorithme pouvait produire des exécutions 100% plus
rapide que les stratégies statiques.
27
1.5.2 Gestion de données en P2P
Les systèmes P2P adoptent une approche complètement décentralisée au partage des ressources. En
distribuant données et traitements sur tous les pairs du réseau, ils peuvent passer à très grande échelle
sans recourir à des serveurs très puissants. Différentes architectures P2P ont été proposées (non structurée, DHT, super-pair) mais il reste beaucoup à faire pour comprendre leurs avantages respectifs entre
performances, tolérance aux fautes, passage à l’échelle, etc. [98]. C’est pourquoi nous avons commencé
la conception et le développement du système de gestion de données Atlas P2P Architecture (APPA)
avec des résultats nouveaux en réplication de données et traitement de requêtes.
Atlas P2P Architecture (APPA)
Participants : Reza Akbarinia, Eduardo Cunha de Almeida, Vidal Martins, Esther Pacitti, Gerson
Sunyé, Patrick Valduriez
APPA (Atlas Peer-to-Peer Architecture) est un système de gestion de données P2P pour des applications collaboratives telles que les communautés virtuelles, les forums de discussion, les calendriers
partagés, ou les catalogues e-commerce. Comme exemple d’application qui peut bénéficier d’APPA,
nous pouvons citer la collaboration de chercheurs ou d’utilisateurs d’un Wiki qui sont prêts à partager
des données (pendant une expérimentation ou le montage d’un projet) sans recourir à un serveur central. APPA a une architecture indépendante du réseau en termes de services pouvant être implémentés
sur différents réseaux P2P (structurés, DHT, super-pair) [37, 128, 36]. Ceci nous permet de profiter des
progrès constants dans les différentes technologies de réseaux P2P. Pour permettre la collaboration au
sein d’un réseau P2P, APPA supporte des données riches en sémantique (par ex. documents XML, tables
relationnelles) pouvant être manipulées par un langage de requêtes de haut niveau (comme SQL). APPA
supporte des services avancés comme la réplication optimiste et le traitement de requêtes top-k. APPA
est en cours de réalisation avec le framework JXTA qui offre un bon niveau d’indépendance par rapport
à la couche réseau sous-jascente.
Le développement d’applications P2P se distingue de celui des systèmes distribués traditionnels dans
plusieurs points. Nous nous intéressons plus particulièrement à la validation et au test de ces systèmes. En
raison de la très grande volatilité qui caractérise les systèmes P2P, les problèmes qui concernent la validation sont quelque peu différents d’un système traditionnel. Les problèmes de concurrence, tel que l’interblocage ou les situations de course ont une importance moindre, car ils sont systématiquement résolus par
des time-out . A l’inverse, de nouveaux problèmes tels que la synchronisation, la centralisation et l’analyse des traces d’exécution, ou simulation de la volatilité, prennent une importance considérable. Dans
une plate-forme P2P, la mise en place d’un test, le plus simple qu’il soit, est une tâche complexe. Elle
comprend le déploiement du système sur différentes machines et systèmes, souvent hétérogènes, la configuration et l’exécution synchronisée de plusieurs applications et la récupération des traces d’exécution.
Pour simplifier la validation et la mise en place de test, APPA dispose d’un mécanisme de synchronisation de pairs et de différents outils permettant le déploiement de systèmes basés sur ANT, un outil de
construction d’applications ouvert et indépendant de plate-forme.
Réplication optimiste dans APPA
Participants : Reza Akbarinia, Vidal Martins, Esther Pacitti, Patrick Valduriez
La réplication de données dans les systèmes P2P devient un enjeu majeur pour les applications collaboratives. En effet, les données partagées doivent pouvoir être mises à jour en parallèle par différents
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pairs. Les premiers systèmes P2P ont été conçus pour des données statiques (fichier multimédias) et
n’intègrent aucun mécanisme de gestion des mises à jour et de réplication. Une mise à jour d’une donnée
par un pair produit une nouvelle version non propagée aux copies, ce qui résulte en diverses versions
sous le même identifiant et aucune forme de cohérence entre les copies.
La réplication multi-maı̂tre est indispensable dans un système P2P afin d’assurer la disponibilité
des données. En particulier, la réplication multi-maı̂tre optimiste basée sur la réconciliation sémantique
est bien adaptée au P2P. Cependant, les solutions de réconciliation existantes sont typiquement centralisées et le pair réconciliateur devient un point de défaillance. Nous avons proposé une solution de
réconciliation sémantique qui exploite la distribution et le parallélisme pour le passage à l’échelle et la
réduction des latences. Notre algorithms garantit la cohérence éventuelle des données et supporte les
connexions et déconnexions des pairs [115, 85, 83]. Nous avons prouvé la correction de nos algorithmes.
Nous avons aussi réalisé notre algorithme dans APPA. Notre validation basée sur notre implémentation
et une simulation montre que nos algorithmes ont un excellent passage à l’échelle.
Traitement de requêtes top-k dans APPA
Participants : Reza Akbarinia, Vidal Martins, Esther Pacitti, Patrick Valduriez
Dans un système P2P à grande échelle, avec des milliers de pairs, les requêtes de haut niveaux
peuvent produire de très grandes quantités de résultas, submergeant ainsi l’utilisateur. Une solution à
ce problème est d’utiliser des requêtes top-k, avec lesquelles l’utilisateur spécifie un nombre limité (k)
des résultats les plus pertinents avec une fonction d’évaluation de la pertinence (scoring function). Le
traitement efficace des requêtes top-k dans un système P2P est difficile. Des solutions ont été proposées
pour les systèmes distribués en utilisant des histogrammes sur certains sites pour estimer la pertinence
des résultats. Mais, dans un système P2P où les pairs peuvent se déconnecter à tout moment, les histogrammes peuvent devenir inaccessibles ou obsolétes, empêchant ainsi la production de résultats corrects.
Dans [38, 13], nous avons proposé un premier algorithme complètement décentralisé pour traiter les
requêtes top-k dans les systèmes P2P. Nous avons décrit cet algorithme pour les systèmes non structurés,
afin d’avoir des hypothèses minimales sur le réseau. Notre algorithme ne cécessite aucun information
globale, ne dépend pas de l’existence de certains pairs, a un coût de bande passante réduit, exploite le
parallélisme et supporte la volatilité des pairs. Nous avons prouvé la correction de notre algorithme.
Nous l’avons aussi implémenté dans APPA sur une grappe de 64 nœuds et simulé avec SimJava et le
générateur de topologie Brite pour étudier de grandes configurations (10,000 nœuds). Notre évaluation
de performances montre que notre algorithme a une complexité logarithmique et améliore les temps de
réponse de manière significative par rapport à des algorithmes de naifs.
1.5.3 Ingénierie des données dirigée par les modèles
La relation de représentation entre un modèle et le système qu’il représente ainsi que la relation de
conformité entre un modèle et son métamodèle caractérisent les fondements de la nouvelle ingénierie
des modèles [44]. Les modèles deviennent ainsi des entités de première classe dans différents domaines
comme le génie logiciel, l’ingénierie des systèmes, la gestion de données, le Web sémantique, les ontologies, etc. Notre objectif est de contribuer à l’utilisation des modèles en ingénierie des données. Des
exemples d’utilisation sont : la transformation de descriptions de sources de données hétérogènes en un
schéma unique pour réaliser l’intégration de données ; la transformation d’un schéma de base de données
dans une nouvelle version pour faire migrer les données. Nos travaux s’appuient sur les standards UML,
MOF, XMI, SOAP, WSDL et surtout le standard de transformation MOF/QVT de l’OMG. Nos actions
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de recherche dans cette direction concernent la transformation de modèles, la composition de modèles et
la gestion globale de modèles.
Les résultats obtenus sont à la fois de niveau conceptuel et expérimental. Une plateforme nommée
AMMA (ATLAS Model Management Architecture) a été défine et construite [26]. Cette plateforme s’appuie sur un certain nombre de principes bien définis exposés intitialement dans [16, 42]. Le modèle est
l’élément unificateur et correspond à un programme en technologie conventionnelle. Le métamodèle,
correspondant à une grammaire en technologie conventionnelle, permet de définir un langage spécifique
(DSL, Domain Specific Language). Le langage spécifique KM3 a été défini avec sa sémantique pour
décrire les métamodèles [69]. Les outils de définition syntaxique de langages spécifiques ont été complétés
par des facilités de définition sémantique [149]. Pour illustrer l’approche, des langages de téléphonie
ont été définis [150] syntaxiquement et sémantiquement. La plateforme AMMA permet de définir de
nouveaux langages pour des domains variés [126], mais il est possible d’utiliser ces outils pour définir
avec précision les langages noyaux comme KM3, ATL pour la transformation de modèles, TCS pour la
définition de syntaxes concrètes, AMW pour la composition de modèles, etc.
Transformation de modèles
Participants : Jean Bézivin, Frédéric Jouault, Ivan Kurtev, Freddy Allilaire, Patrick Valduriez.
Parmi les opérations sur les modèles, la plus importante reste la transformation, qui devrait être
spécifiée avec une grande précision algorithmique. Nous avons proposé ATL, un langage mixte (déclaratif
/ impératif) permettant de réaliser la transformation d’un modèle en un autre modèle, le programme de
transformation étant lui-même considéré comme un modèle [72, 71, 73]. Parallèlement à la définition
du langage, une première version du moteur a été implémentée dans l’environnement MDR/NetBeans
de Sun. Une seconde version est actuellement disponible dans l’environnement Eclipse. En plus du moteur (une machine virtuelle de transformation construite autour d’un certain nombre de ”byte-codes”,
un environnement complet de développement est également disponible. Ces travaux ont été complétés
par une validation pratique et conceptuelle du langage. L’objectif de créer une communauté d’utilisateurs du langage ATL dans différents secteurs d’application a été pleinement atteint. Il est maintenant
possible d’étudier expérimentalement les problèmes de réutilisabilité des composants de transformation,
un problème d’ingénierie qui n’a jusqu’à présent reçu aucune solution significative à grande échelle.
Nous pouvons aussi étudier les aspects plus conceptuels comme la vérification des programmes de transformation, l’interopérabilité de différents langages de transformation, le potentiel des transformations
d’ordre supérieur (transformations prenant d’autres transformations en entrée ou générant des transformations en sortie), les pré-conditions, post-conditions et invariants des transformations, les bibliothèques
de patrons de transformation, etc. Tous ces réultats ont été illustrés sur des illustrations concrètes, par
exemple :[122, 55, 45, 35].
Spécification d’un atelier générique de tissage de modèles
Participants : Jean Bézivin, Frédéric Jouault, Freddy Allilaire, Marcos Didonet del Fabro, Patrick
Valduriez.
Pour pouvoir disposer d’une plateforme puissante capable de satisfaire nos objectifs de recherche en
ingénierie des données, il est tout d’abord nécessaire de pouvoir traiter les modèles comme des entités
de première classe. Il faut ensuite pouvoir considérer les transformations comme une forme particulière
de modèles. Tout ceci est nécessaire, mais reste néanmoins encore insuffisant. La raison essentielle est
que l’opération ternaire de tissage (ou de composition) de modèles n’est pas directement réductible à une
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simple transformation. Or notre objectif à moyen et long terme est bien d’être capable de travailler sur
des problèmes de type intégration de données. Mais pour ceci, il nous faut d’abord disposer de la capacité expérimentale de réaliser concrètement l’opérateur ”merge” de Ph. Bernstein (Microsoft Research).
Ceci étant réalisé par l’environnement expérimental AMW sous Eclipse [106], nous pouvons maintenant
opérer un tissage à partir de deux métamodèles source et d’un modèle de tissage. Ce tissage nous permet
de générer automatiquement des composants de transformation en langage ATL, dans l’environnement
de ce langage [107].
Nous avons montré que l’opération de tissage de modèles est non seulement applicable en ingénierie
des données, mais qu’elle est également essentielle en ingénierie du logiciel. En effet la prise en compte
du schéma de développement en ”Y” , c’est à dire de la liaison entre les aspects ”métier” et les aspects
”plateforme”, ne peut se faire qu’à partir d’une opération de tissage, similaire au ”merge” de Bernstein.
Comme souvent la montée en abstraction permet de mettre en évidence des concepts similaires dans des
situations différentes et d’appliquer à un domaine (ici l’ingénierie du logiciel) des résultats d’un autre
domaine (ici l’ingénierie des données).
Construction d’un environnement de gestion globale de modèles
Participants : Jean Bézivin, Frédéric Jouault, Freddy Allilaire, Patrick Valduriez.
Tout comme en technologie classique il est nécessaire de disposer d’environnements de gestion globale d’artefacts, en ingénierie des modèles ceci est également incontournable [137]. Ici aussi les résultats
sont conceptuels et expérimentaaux et s’articulent autour de la plateforme AM3 (ATLAS MegaModel
Management) disponible sous le projet Eclipse GMT tout comme ATL et AMW. Cet environnement de
développement intégré comprend en particulier des outils de gestion de composants MDA. Un composant MDA correspond à tout artefact pouvant être produit ou utilisé au cours d’un développement basé sur
les modèles. Des exemples classiques sont des transformations, des modèles ou des métamodèles. Mais
pour permettre l’utilisation du langage en dehors du cadre strict du MDA, des collections d’importateurs
et d’exportateurs génériques sont aussi nécessaires pour communiquer avec d’autres espaces techniques
comme celui des documents XML, des grammaires, des fichiers plats et des bases de données. La prise
en compte de différents espaces techniques [60] comme XML, MDA, EBNF, etc. dans la gestion globale
de modèles reste l’une des originalités du projet AMMA.
1.5.4 Médiation de données
Dans un système distribué à grande échelle intégrant des sources de données hétérogènes, un utilisateur doit pouvoir poser une requête en utilisant une forme locale. Il peut ensuite s’adresser directement
à un pair ou utiliser les services d’un médiateur. Dans tous les cas, l’intégration de données nécessite
de : 1 - déterminer quelles sont les sources pertinentes à interroger, 2 - assurer une traduction entre l’expression de la requête et les modèles de données utilisés par les sources, et 3 - intégrer les différents
résultats. Chacune de ces étapes peut, suivant les applications, être réalisée chez l’utilisateur, chez les
sources, ou chez un médiateur. La mise en oeuvre de ces étapes diffère selon le contexte. Dans certain
cas, il est possible de supposer l’existence d’un modèle de données commun à toutes les sources. C’est
cette hypothèse qui sert de cadre à l’action “transformation de sources de données”. Elle n’est plus envisagée dans l’action “médiation équitable” où le processus de sélection ne nécessite plus qu’une vue très
synthétique des données et permet la prise en compte des intérêts des sources et des utilisateurs pour le
choix des sources. Enfin l’action “fédération de médiateurs” étudie les aspects organisationnels pour un
passage à grande échelle.
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Médiation sémantique
Participants : Sylvie Cazalens, David Faye, Philippe Lamarre, Gilles Nachouki, Patrick Valduriez,
Anthony Ventresque.
Le besoin de coopération ou d’interopérabilité des sources de données hétérogènes, distantes et autonomes constitue un défi majeur dans les systèmes d’information d’aujourd’hui. Les données manipulées
dans ces systèmes peuvent être structurées (type base de données) ou non-structurées (type base documentaire). Dans le premier cas, structures et schémas peuvent aider à la formulation des requêtes et
l’intégration des résultats. Cependant, si aucun schéma global, commun à tous n’est imposé, cela pose
le problème de l’interopératibilité des différents schémas. Dans le second cas, lorsque les données manipulées ne sont structurées par aucun schéma, la recherche d’informations sur des sources multiples
nécessite cependant une représentation commune pour supporter les interactions. Ces constatations nous
ont conduit dans les deux cas à utiliser des approches basées sur la sémantique.
Médiation sémantique pour des données structurées. Les sytèmes P2P classiques tels que Napster
ou Kaaza se sont illustrés par une description des noeuds par clés et une localisation des données par
un routage de ces mêmes clés dans le réseau. Les systèmes P2P de gestion de données communément
appelés PDMS (Peer Data Management System) combinent la technologie P2P et celle des bases de
données distribuées et s’appuient sur une description sémantique des sources de données pour aider dans
la formulation des requêtes, l’intégration des résultats, mais aussi dans le routage des requêtes à travers
le réseau. Cependant la plupart de ces systèmes, soit ne permettent pas le partage de données décrites par
des méta-modèles différents, soit ont une mise en place est lourde car nécessitant un certain nombre de
mapping ou parfois même faisant appel à l’intervention humaine, ce qui n’est pas envisageable dans un
environnement distribué décentralisé mettant en jeu un nombre important de peers.
Nous considérons les applications pour lesquelles chaque Peer joignant le réseau est intéressé par le
partage décentralisé de données. L’hétérogeneité autorise les peers à contribuer à l’information globale
à travers des données s’appuyant sur des modèles de données différents. En effet, nous supposons que
les données de chaque peer sont décrites par un schéma et qu’une requête sur le PDMS sera posée sur le
schéma d’un peer spécifique. Un peer peut par exemple stocker une base de données relationnelles là ou
les autres peuvent stocker des documents XML. Le problème principal serait donc de pouvoir traiter de
l’hétérogéneité des sources, mais aussi de leur distribution.
Dans ce contexte nous proposons SenPeer, un système P2P de gestion de données sur la vallée du
fleuve Sénégal. SenPeer présente une architecture hybride de type Super-peer s’appuyant sur le regroupement des peers en domaines sémantiques. Chaque peer apporte des données basées sur un modèle de
données quelconque et dispose en plus de sa propre interface d’accès et de son propre langage d’interrogation. Dans le but d’une médiation flexible, chaque peer exporte une couche de ses données dans
un modèle pivot interne qui a une structure de graphe enrichi sémantiquement avec un certain nombre
de méta-données issus des schémas et destinées à guider les mappings. Ces mappings permettent ainsi
l’établissement d’un réseau sémantique à coté du réseau physique existant permettant ainsi le routage
intelligent des requêtes et leur réécriture sur d’autres schémas
Mediation sémantique pour des données non structurées. Nous considérons ici les données pour
lequelles nous ne faisons pas l’hypothèse d’existence d’un schéma décrivant leur structure, que ce soit
au niveau d’un pair ou au niveau du système. La recherche de documents peut ainsi entrer dans le champ
de cette approche.
32
Le principe de l’approche que nous proposons consite à décrire, au moyen d’ontologies le contenu
des documents, les informations, mais aussi les requêtes. Pour décrire son document ou sa requête, un
pair place des pondérations sur les concepts d’une ontologie partagée par tous. Nous appelons l’objet
résultant de cette pondération un focus [121, 119]. Cela permet de décrire, indépendamment d’une application, une requête, un document, un pair, un groupe de pairs. . .Il est ainsi possible d’utiliser le focus
pour rapprocher requêtes et pairs, ou requêtes et documents.
Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à étudier la proximité sémantique entre différents
focus[120]. Cette proximité peut être mise à profit pour router les requêtes vers les pairs les plus adéquats,
calculer les réponses aux requêtes, mais aussi pour permettre un affichage des résultats suivant des
critères sémantiques. Nos premiers travaux ont donc porté sur l’étude et la comparaison de telles proximités. Les considérations liées à l’efficacité d’une telle solution n’ont pas été négligées car si l’on n’y
prend garde, les calculs peuvent se révéler particulièrement coûteux. Nous avons donc étudiés différentes
solutions permettant de limiter ce coût. Deux pistes ont été abordées : 1 - propagation des pondérations
lors de la définition d’un focus et non pas au moment du calcul de proximité, et 2 - utilisation de techniques d’indexation proposées dans le domaine des bases d’images pour la recherche de proximités dans
des espaces de grandes dimensions.
Médiation équitable
Participants : Sylvie Cazalens, Philippe Lamarre, Sandra Lemp, Jorge Quiane RuizPatrick Valduriez.
Ces travaux se focalisent sur le choix, par un médiateur, des sources à interroger dans le contexte
largement distribué suivant :
– Les sources sont très hétérogènes et il est très difficile de définir un modèle commun des données
qui représente toutes les informations dans tous leurs détails.
– Le système est ouvert. Les sources peuvent entrer et quitter librement le système pour des raisons
qu’elles sont seules à maı̂triser. Elles peuvent en particulier décider de ne plus travailler avec un
médiateur ne leur donnant pas satisfaction.
– Pour que le médiateur puisse prendre en compte la satisfaction des sources, ces dernières doivent
être plus impliquées dans le processus de médiation.
– Les sources peuvent être en compétition les unes avec les autres pour l’obtention des requêtes.
– De façon à ne pas léser les intérêts des utilisateurs, le médiateur doit aussi tenir compte de leur
satisfaction et donc de la qualité des sources de données.
Notre objectif a été de définir un mécanisme qui prenne en compte les aspirations des différents
acteurs (les utilisateurs et les sources), qui peuvent être antagonistes. La première étape consiste à obtenir
des sources capables de traiter la requête. La deuxième consiste à définir une procédure de sélection des
sources qui devront traiter la requête. Pour ce dernier point, les approches économiques se sont révélées
intéressantes pour deux raisons principales : 1 - l’intérêt d’une source pour la requête d’un utilisateur se
représente “simplement” par une offre “monétaire”, 2 - sur le long terme, ces mécanismes permettent
une régulation entre participants et évitent le monopole des requêtes par les mêmes sources. Les ventes
aux enchères sont un exemple de tels mécanismes.
Cependant, les approches économiques classiques n’ont pas vocation à s’intéresser à la qualité des
enchérisseurs. C’est pourtant ici un point crucial pour l’utilisateur. C’est pourquoi, la procédure de choix
que nous avons proposée [74, 109, 112] utilise un mécanisme combinant offre et qualité et qui assure que
toute requête trouve le nombre de sources requises (pour peu qu’il y en ait suffisamment qui disposent
des capacités adéquates et ce indépendamment de leurs souhaits). Ce dernier point est obtenu grâce à un
33
mécanisme de réquisition qui vient compléter celui de vente aux enchères. Le principe de la réquisition
est de dédommager financièrement la source réquisitionnée grâce à la participation des autres sources.
La procédure que nous proposons possède certaines des propriétés habituellement attendues des processus économiques, telles que la Pareto Optimalité [110]. Par contre nous avons montré qu’elle n’est
pas individuellement rationnelle. Ceci est du au fait qu’une source peut être réquisitionnée pour répondre
à une requête.
Pour étudier le comportement à long terme de la procédure, nous avons défini un ensemble de
mesures de satisfaction (pour les utilisateurs, les sources), d’adéquation et de répartition de charge en
termes de requêtes. Des premières validations de cette procédure ont été réalisées par simulation dans
une problématique d’équilibrage de charge [75]. Les résultats montrent que la procédure améliore sur
moyen et long terme la satisfaction des utilisateurs et des sources sans dégradation importante de la
répartition de charge.
Après avoir prouvé la Pareto-optimalité de ce processus, nous avons implémenté un outil de simulation permettant d’évaluer son comportement. Des tests sont encore en cours.
1.6 Logiciels
Dans le contexte de concurrence international en gestion de données, la réalisation de logiciels
expérimentaux à fin de validation est indispensable. L’équipe GDD développe les prototypes suivants :
1.6.1 APPA (Atlas P2P Architecture)
(Responsable: Patrick Valduriez)
URL/DOI: http://www.sciences.univ-nantes.fr/lina//APPA/
Mots-clés: Système de gestion de données pair-à-pair
Équipe de développement: Reza Akbarinia, Eduardo Cunha de Almeida, Vidal Martins, Gerson SunyéM.C.,
Esther Pacitti, Patrick Valduriez
APPA est un système de gestion de données pair-à-pair dont les objectifs sont le passage à l’échelle,
la disponibilité et les performances pour des applications collaboratives. APPA a une architecture
indépendante du réseau en termes de services de base et services avancés pour pouvoir fonctionner
sur différents réseaux pair-à-pair (non structuré, DHT, super-pair). Les services avancés d’APPA sont la
réplication optimiste, le traitement de requêtes, la gestion des résumés et l’équilibrage de charge. APPA
est en cours de réalisation avec le framework JXTA.
1.6.2 ATL (Atlas Transformation Language)
(Responsable: Jean Bézivin)
URL/DOI: http://www.eclipse.org/gmt/atl
Mots-clés: Langage et système de transformation de modèles
Équipe de développement: Freddy Allilaire, Jean Bézivin, Ivan Kurtev, Frédéric Jouault, Patrick Valduriez
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ATL est un système de gestion et de transformation de modèles, avec la gestion de données et de
métadonnées comme application principale. Le langage ATL est conçu pour être général et abstrait.
Il peut être utilisé non seulement dans des approches de type MDA, mais aussi avec des approches plus
générales d’ingénierie des données. La conception d’ATL assure un bon niveau de compatibilité avec
les standards MDA de l’OMG, en particulier OCL ou MOF/QVT. ATL est implémenté en Java sur environnement EMF (Eclipse Modeling Framework). ATL a été déposé à l’Agence pour la Protection des
Programmes (APP) en 2004 (avec l’INRIA et la société TNI-Software) et est livré en logiciel libre sous
Eclipse Public Licence (EPL). Il est constitué d’une machine virtuelle de transformation, d’un compilateur vers les byte codes de cette machine, d’un environnement complet de programmation (ccoloriage
syntaxique, auto-complétion, debugging, etc.). Une bibliothèque significative de composants de transformation ATL existe et le langage est quotidienneemnt utilisé sur un centaines de sites d’enseignement,
de recherche mais surtout de sites industriels (Airbus, NASA, ILOG, CS, Sodius, TNI, etc.). C’est l’un
des langages de transformation de modèles les plus connus et il a été choisis dans plusieurs pôles de
compétitivité français comme System@tic (région parisienne) ou TopCased (Toulouse). Les utilisaturrs
d’ATL se trouvent en Allemagne, Italie, Espagne, Canada, etc. et animent ds groupes de discussion et de
contribution très actifs.
1.6.3 AMW (Atlas Model Weaver)
URL/DOI: http://www.eclipse.org/gmt/amw
Mots-clés: Système de tissage de modèles
Équipe de développement: Freddy Allilaire, Jean Bézivin, Marcos Didonet Del Fabro, Frédéric Jouault,
Patrick Valduriez
AMW est une plateforme de composants pour le tissage de modèles, permettant d’établir et de gérer des
correspondances entre modèles. La plateforme s’appuie sur le mécanisme de contribution d’Eclipse où
les composants sont définis comme des plugs-ins. Les plug-ins sont interconnectés pour produire l’atelier de tissage de modèles. Les composants d’interface utilisateur, les algorithmes de correspondance
et de sérialisation de modèles peuvent être branchés au besoin. Nous utilisons les API réflexives de
l’architecture EMF d’Eclipse pour obtenir un éditeur de tissage standard qui adapte son interface aux
modifications de métamodèles. AMW a été déposé à l’Agence pour la Protection des Programmes (APP)
en 2005 (avec l’INRIA et la société Sodifrance) et est livré en logiciel libre sous Eclipse Public Licence
(EPL).
1.6.4 AM3 (Atlas MegaModel Manager)
URL/DOI: http://www.eclipse.org/gmt/amw
Mots-clés: Système de gestion globale de modèles
Équipe de développement: Freddy Allilaire, Jean Bézivin, Frédéric Jouault, Patrick Valduriez
35
AM3 est une plateforme expérimentale de gestion globale de modèles. Tout comme ATL et AMW, AM3
est maintenant intégré dans le projet GMT (Generative Modeling Tools), qui constitue l’incubateur de
recherche du nouveau projet Eclipse de niveau supérieur dirigé par Borland et IBM (EMP, Eclipse Modeling Project) depuis Mars 2006. L’objectif de AM3 est de permettre la gestion globale et intégrée
d’un grand nombre d’artefacts de modélisation disponibles sur de nombreux sites géographiquement
distribués. Le concept de ”mégamodèle” est à la base de l’approche. Il est illustré dans AM3 par de
nombreuses bibliothèques de modèles, de métamodèles, de transformations, d’injecteurs ou d’extracteurs vers des espaces techniques différents (OMG/MDA, Microsoft/DSLTools, EBNF, XML, SQL, Web
sémantique, Ontologies, etc.). AM3 est constitué de contributions en provenance de l’équipe et de la
communauté Eclipse.
1.6.5 RepDB*
(Responsable: Esther Pacitti)
URL/DOI: http://www.sciences.univ-nantes.fr/lina/RepDB/
Mots-clés: Système de réplication de bases de données en grappe
Équipe de développement: Cédric Coulon, Gaetan Gaumer, Esther Pacitti, Patrick Valduriez
RepDB* est un ensemble de services pour répliquer des bases de données ou des sources de données
autonomes dans une grappe de PC. RepDB* a été initialement développé dans le projet RNTL LegNet
puis dans le projet ACI MDP2P. RepDB* supporte une technique de replication preventive qui évite les
conflits et assure la coherence forte des données répliquées. Les techniques sont générales, non intrusives
et indépendantes du SGBD. Il est implémenté en Java sous Linux et supporte plusieurs SGBD : Oracle,
PostGRESQL and BerkeleyDB. Il a été validé sur la grappe de 8 processeurs de l’équipe GDD et sur
une grappe de 64 nœuds à l’INRIA-Rennes. RepDB* a été déposé à l’Agence pour la Protection des
Programmes (APP) en 2004 (avec l’INRIA) et est livré en logiciel libre sous General Public Licence
(EPL).
1.6.6 BaGates For You
(Responsable: Philippe Lamarre)
URL/DOI:
Mots-clés: Système de déploiement d’agents
Équipe de développement: Sylvie Cazalens, Philippe Lamarre
BAG ATES F OR YOU fournit les outils nécessaires au déploiement d’agents organisés en fonction d’une
hiérarchie de concepts. Cette hiérarchie est construite par l’utilisateur en fonction de sa problématique
mais il est possible de faire évoluer cette hiérarchie en cours d’exécution sans avoir à réinitialiser les
agents ou le système. Le nombre d’agents, leur répartition, et leur configuration propre sont laissés au
libre choix de l’utilisateur. Les agents fournissant des services sont regroupés en fonction des concepts
présents dans la hiérarchie. Les utilisateurs joignent les fournisseurs de services en expédiant une
requête qui précise le ou les concepts concernés par leurs requêtes. Ce prototype est programmé en
JAVA et les agents communiquent en utilisant la norme CORBA. Des outils permettent d’implanter des
agents utilisateur, site et BaGate et de visualiser l’organisation des agents. Le logiciel est l’un de ceux
ayant pour objet le contrat passé avec la société e-Manation.
1.6.7 CorbaTrace
URL/DOI: http ://corbatrace.sourceforge.net
Mots-clés: Système de trace de communications CORBA
Équipe de développement: Philippe Lamarre
(Responsable: Philippe Lamarre)
36
C ORBAT RACE est un ensemble d’outils permettant de tracer les communications entre objets CORBA.
Une fois que CorbaTrace est installée, les appels distants sont interceptés et des logs sont sauvegardés en XML. Après l’application de plusieurs filtres, des fichiers XMI sont générés, permettant
ainsi une visualisation graphique sous forme de diagramme de séquence UML. Il est distribué sous
licence LGPL et est publié par tuxfamilly (http ://corbatrace.tuxfamily.org) et sourceforge (http ://corbatrace.sourceforge.net/). La nécessité de développer un tel outil est apparue lors du débuggage de logiciel
BAG ATES F OR YOU qui utilise le Middleware CORBA (communications et services).
1.7 Diffusion des résultats
1.7.1 Rayonnement
– J. Bézivin. 2003-2006 : Membre du steering committee des conférences ECOOP (AITO) et MoDELS (ex.UML).
2003 : cours de l’école d’été d’informatique EDF/CEA/INRIA, conférencier invité à la conférence
UML à San Francisco, USA ;
2004 : conférencier invité à la conférence WCRE à Delft, Pays-Bas ;
2005 : conférencier invité à la conférence Fujaba à Paderborn, Allemagne, conférencier invité à la
conférence Net.Object Days à Erfurt, Allemagne ;
2006 : conférencier invité à la conférence LDTA à Vienne, Autriche.
– E. Pacitti. 2003-2006 : conférences invitées à UFRJ et PUC-Rio, Rio de Janeiro ;
2004 : conférencière invitée, Ecole d’été INRIA Druide à Port-aux-Rocs ;
2005 : conférencière invitée, Université de Waterloo, Canada.
– P. Valduriez. 2002-2005 : membre de l’ACM SIGMOD steering committee ;
2003 : membre du conseil scientifique de l’ACI GRID ;
2003-2006 : conférencier invité, UFRJ et PUC-Rio, Rio de Janeiro ;
2003 : conférencier invité, Journées MIAGE, Rennes, Journées RNTL, Grenoble ;
2004 : conférencier invité, VecPar (Int. Conf. on High-performance Computing for Computational
Science), Valence.
Les membres de l’équipe participent régulièrement à des comités de lecture de revues, dont les plus
prestigieuses de leur domaine :
– Distributed and Parallel Database Systems, Kluwer Academic Publishers, P. Valduriez
– Internet and Databases : Web Information Systems, Kluwer Academic Publishers, P. Valduriez
– Ingénierie des Systèmes d’Information, Hermes, P. Valduriez
– Journal of Object Technology, journal électronique, J. Bézivin
– SoSyM, Software and System Modeling, Springer Verlag, J. Bézivin
D’autre part, les membres de l’équipe participent régulièrement à des comités de programme de
grandes conférences :
– ACM-SIGMOD Int. Conf., E. Pacitti : 2004
– Int. Conf. on VLDB, P. Valduriez : 2003, 2005, 2006
– IEEE Int. Conf. on Data Engineering, P. Valduriez (Président du CP industriel), E. Pacitti : 2007
– IEEE Int. Conf. on Distributed Computing Systems (ICDCS), Data Management track : P. Valduriez (Président), E. Pacitti : 2007
37
– ACM Int. Symp. on Applied Computing (SAC) : Model Engineering Track, 2006 : J. Bézivin
(co-Président)
– Brazilian Symposium on Databases, E. Pacitti : 2005
– Int. Conf. on High Performance Computing for Computational Science (VecPar), 2005, 2006 : P.
Valduriez
– Int. Workshop on High-Performance Data Management in Grid Environments (HPDGrid 2006),
VecPar 2006 : P. Valduriez (Président), E. Pacitti (Présidente du CP)
– Int. Conf. on Parallel and Distributed Computing (Euro-Par), 2005 : P. Valduriez (Vice président,
Distributed and Parallel Databases track)
– Int. Conf. on Parallel and Distributed Computing (Euro-Par), 2006 : P. Valduriez (Président, Distributed and Parallel Databases track)
– International Conference on Cooperative Information Systems (CoopIS), 2006 : P. Valduriez
– Generative Programming (GPCE), 2004 : J. Bézivin
– Fundamental Approaches to Software Engineering (ETAPS/FASE), 2004-2006 : J. Bézivin
– Enterprise Distributed Object Computing (EDOC), J. Bézivin : 2003-2006
– Int. Conf. on Enterprise Information Systems (ICEIS), J. Bézivin : 2003-2006
– Int. MoDELS Conf. (ex. UML), J. Bézivin : 2003-2006
– Journées Bases de Données Avancées (BDA), P. Valduriez : 2003, E. Pacitti : 2005
– Journées Françaises des Systèmes Multi-Agents, P. Lamarre : 2004
– Systèmes Formels de l’Interaction, P. Lamarre : 2003-2005
– International Workshop on Organization in Multi-Agent Systems, P. Lamarreé : 2005
– Artificial Economics (AE), P. Lamarre : 2005-2006
1.7.3 Organisation de congrès
– P. Valduriez a été président de la conférence ACM SIGMOD à Paris en 2004. Il s’agit de la plus
grande conférence internationale en bases de données qui s’est tenue pour la première fois de son
histoire hors de l’Amérique du Nord.
– P. Valduriez est président de la conférence EDBT qui se tiendra à Nantes en 2008. N. Mouaddib
et G. Raschia (Atlas-GRIM) sont respectivement président exécutif et président de l’organisation.
Il s’agit de la plus grande conférence européeenne en bases de données.
– J. Bézivin a co-organisé une école Dagsthul sur l’ingénierie des modèles en 2004.
– J. Bézivin a co-organisé avec P. Cointe (Obasco) la conférence ECOOP à Nantes en 2006. Il s’agit
de la plus grande conférence européeenne en génie logiciel.
1.7.4 Impact sur la formation universitaire
Tous les membres de l’équipe participent à des enseignements en troisième cycle à l’Université de
Nantes en bases de données, systèmes multi-agents et génie logiciel. Les membres seniors du projet
participent régulièrement à des jurys de thèses en France et à l’étranger et à des jurys d’habilitation.
1.7.5 Transfert de technologie
Le prototype (BaGates For You) a fait l’objet d’un transfert de technologie à la société e-Manation,
Nantes.
38
1.8 Stratégie de valorisation et de coopération
Les actions contractuelles reflètent les collaborations scientifiques et industrielles de l’équipe. Les
collaborations industrielles sont importantes pour l’équipe pour plusieurs raisons. D’abord, elles permettent de valider nos résultats de recherche en vraie grandeur, en nous donnant des contraintes fortes
sur l’architecture et l’environnement de travail. Ensuite, elles peuvent générer de nouveaux problèmes
de recherche. Enfin, elles nous mettent en contact direct avec des applications ou produits réels, difficiles à concevoir dans un laboratoire de recherche public. Nos contrats nationaux (RNTL), européens
(IP, STREP) et nos contrats directs avec des industriels majeurs (Microsoft, IBM) sont le résultat de
cette stratégie. D’autre part, les relations internationales sont importantes pour l’équipe, notamment pour
l’échange de chercheurs et l’acceuil de doctorants et postdocs.
1.8.1 Actions internationales
5ième et 6ième PCRD
STREP Grid4All
(2006-2008)
Responsable: Patrick Valduriez
Montant: 200 000 e
Mots-clés: Grilles de données, organisations virtuelles, travail collaboratif, réplication, découverte de
ressources.
Participants: Reza Akbarinia ,Sylvie Cazalens ,Philippe Lamarre ,Vidal Martins ,Esther Pacitti ,Jorge
Quiane ,Gerson Sunyé ,Patrick Valduriez .
Partenaires: INRIA (Equipes Atlas, Grand-Large, Régal, et Sardes), France Telecom R&D, Kungliga
Tekniska Hoegskolan (Suède), Swedish Institute of Computer Science (Suède), Institute of Communication and Computer Systems (Grèce), University of Piraeus Research Center (Grèce), Universitat
Politècnica de Catalunya (Espagne), Rededia S.L. (Espagne).
L’objectif du projet est de développer une infrastructure de grilles pour la collaboration d’organisations virtuelles et dynamiques telles que les communautés, écoles et familles. La principale innovation
technique est de combiner les avantages des systèmes de grilles et de systèmes P2P pour offrir une
solution flexible. Dans ce projet, l’équipe Atlas participe à la définition de l’infrastructure P2P et au
développement des services de découverte de ressources et de traitement de requêtes, et de réplication
décentralisée adaptée aux applications collaboratives. . . .
Modelware
(2004-2006)
Responsable: Jean Bézivin
Montant: 330 000 e
Mots-clés: Ingénierie des modèles, intéropérabilité des outils, MDA
Participants: Freddy Allilaire ,Jean Bézivin ,Frédéric Jouault ,Yvan Kurtev ,Patrick Valduriez .
Partenaires: Atlas (INRIA), Thales, Softeam, IBM UK, As Aprote, Enabler Informatica, Telenor Communication, France Telecom, Logon Technology Transfer, Fraunhofer Gesellschaft, WesterGeco, IBM
Israël, University of York, Universidad Politecnica de Madrid, Université Pierre et Marie Curie, Fundacion European Software Institute, Adaptive Limited, Imbus AG, SINTEF, Interactive Objects Software.
39
Le projet intégré européen ”Modelware” rassemble les acteurs les plus importants dans le domaine
de l’ingénierie des modèles en Europe. L’objectif est de démontrer sur les quatre prochaines années la
réalité industrielle des approches basées sur les modèles tout en faisant avancer la recherche dans ce
domaine.
ModelPlex
(2006-2009)
Montant: 335 000 e
Mots-clés: Ingénierie des modèles, intéropérabilité des outils, MDA.
Participants: Freddy Allilaire ,Jean Bézivin ,Frédéric Jouault ,Yvan Kurtev ,Patrick Valduriez .
Partenaires: Atlas (INRIA), Thales Research TRT, Thales Information Systems, Softeam, IBM Belgium, Fraunhofer Gesellschaft, WesterGeco, IBM Israël, University of York, Universidad Politecnica
de Madrid, Université Pierre et Marie Curie, Fundacion European Software Institute, Adaptive Limited,
XJTech, Xactium, Imbus AG, SINTEF, Sodifrance-MIA Software, Technical university Braunschweig,
University Dresden, Telefonica, CEA, SAP.
Le projet intégré européen ModelPlex prend la suite du projet Modelware à partit de l’automne 2006
et pour une durée de trois ans. Il part de l’hypothèse que les bases de l’ingénierie des modèles sont
maintenant bien établies et vise à les appliquer dans le domaine des systèmes complexes ou des sytèmes
de systèmes. Parmi les sujets sur lesquels l’équipe ATLAS va contribuer à ce nouveau projet on peut
citer l’ingénierie inverse des systèmes d’information (model based reverse engineering), la gestion globale des modèles (mégamodèles), et la gestion de métadonnées dans les systèmes distribués à base de
flots. Comme dans le précédent projet, l’équipe apportera sa contribution sous forme de logiciel libre
(composants de la plate-forme AMMA, principalement ATL, AMW et AM3.
Grands Editeurs
Microsoft Research
(2003-2006)
Montant: 80 000 e
Mots-clés: Transformation de données, tissage de modèles, intégration de données.
Participants: Jean Bézivin ,Marcos Didonet Del Fabro ,Frédéric Jouault ,Patrick Valduriez .
Partenaires: Equipe Atlas
L’objectif est d’aider au développement de la plate-forme ATL et encourager la dissémination des
résultats en logiciel libre sous une licence non restrictive. Un objectif est de porter des composants
de transformation de données pour l’environnement Dotnet. L’équipe a aussi un second contrat de 2 ans
(2004-2005) pour produire des contenus pédagogiques autour d’ATL et promouvoir l’approche transformation de modèles.
IBM/Eclipse
Montant: 20 000 e
Mots-clés: ATL, Eclipse.
Participants: Frédéric Jouault ,Jean Bézivin
Partenaires: Equipe Atlas-GDD
(2004-2005)
40
L’équipe ATLAS a été distinguée en recevant en 2004 le prix IBM d’innocvation Eclipse. Le projet consistait à porter la plate-forme ATL dans l’environnement Eclipse. Le portage de l’environnement ATL sous
Eclipse a été le seul projet français retenu en 2004 pour ce soutien spécifique IBM. La première version
du prototype ATL a été présentée à l’automne 2004 à la conférence OOPSLA à Vancouver (Canada) et
possède aujourd’hui une visibilité industrielle internationale grâce au soutien de ce prix.
Programmes d’échanges
D’autre part, les membres de l’équipe participent aux actions internationales suivantes :
– le projet Daad (Distributed computing with Autonomous Applications and Databases) (20042007), financé par CAPES-COFECUB, dirigé par P. Valduriez, avec les Universités PUC-Rio et
UFRJ, sur les techniques de réplication et de traitement de requêtes dans les grappes. La thèse
d’Alexandre Lima a été élaborée dans le contexte de ce projet sous la direction de Marta Mattoso
et Patrick Valduriez.
– le projet Gridata (Grid data management) (2006-2009), financé par CNPQ-INRIA, dirigé par P.
Valduriez, avec l’équipe Gemo (INRIA-Futurs) et les Universités PUC-Rio et UFRJ, sur les techniques de gestion de données dans les grilles de données
– le projet STIC Génie Logiciel (Franco-Marocain) portant sur la conception de systèmes par points
de vue, avec le laboratoire GRIMM de Toulouse, le LSR de Grenoble, et l’équipe AXIS de Sophia
Antipolis.
– l’OMG : depuis la proposition initiale du langage UML par l’OMG en 1996, J. Bézivin participe et contribue régulièrement aux travaux de ce consortium industriel L’équipe a contribué à
l’élaboration par l’OMG du guide MDA.
De plus, les membres de l’équipe ont une collaboration scientifique régulière avec les équipes suivantes :
– Tamer Özsu, Univ. Waterloo (Canada) sur la gestion de bases de données distribuées : Esther
Pacitti et Patrick Valduriez ont été chercheurs invités à Waterloo en juillet 2005 ; Tamer Özsu a été
chercheur invité au LINA en mai 2006.
– Dennis Shasha, NYU (USA) sur la confidentialité et la sécurité des données distribuées ; Dennis
Shasha a visité l’équipe plusisuers fois en 2006 pendant son sabbatique à l’INRIA-Rocquencourt.
– Alvaro Couthino et Marta Mattoso, UFRJ, Rio de Janeiro, PUC-Rio, sur la gestion de données
dans les grappes et les grilles.
– Fabio Porto, EPFL, Lausanne, sur l’optimisation de requêtes.
– Mehmet Aksit, Groupe TRESE, Université de Twente, Pays Bas, sur les relations entre la gestion des aspects et les modèles. Ivan Kurtev, ancien doctorant de cette équipe est actuellement en
postdoctorat à Nantes.
– Alfonso Pierantonio, Université di L’Aquila, Italie sur la définition des sémantiques des langages
dédiés. Davide Di Ruscio a été chercheur invité au LINA de février à avril 2006.
– Jeff Gray, Université d’Alabama à Birmingham (USA) sur l’ingénierie des modèles. En collaboration avec l’université Vanderbilt(Gabor Karsai), les échanges portent sur l’alignement des
plates-formes d’ingénierie des modèles (GME et AMMA).
1.8.2 Contrats labellisés par l’ANR
ARA Masses de Données Respire
Responsable: Esther Pacitti
(2003-2006)
41
Montant: 80 000 e
Mots-clés: Gestion de resources P2P, infrastructure, réplication, traitement de requêtes, équilibrage de
charge.
Participants: Reza Akbarinia, Eduardo Cunha de Almeida, Sylvie Cazalens, Philippe Lamarre, Vidal
Martins, Esther Pacitti, Jorge Quiane, Gerson Sunyé, Patrick Valduriez.
Partenaires: Atlas-GDD, INT, LIP6, Paris (IRISA), Regal (INRIA et LIP6).
Le projet a pour but d’offrir une infrastructure intégrant des fonctionnalités innovantes pour le partage
de ressource dans les systèmes P2P. Les problèmes étudiés sont la publication et le catalogage réparti des
ressources, le regroupement dynamique des participants, la réplication des ressources pour améliorer les
performances et assurer la robustesse vis-à-vis de la volatilité des pairs, et l’accès efficace et équitable
aux ressources. Pour valider l’infrastructure Respires, nous développons des prototypes de services,
qui seront pour certains livrés en logiciel libre. Afin d’assurer l’interopérabilité de ces services, les
réalisations s’appuient sur des standards établis (XML, SOAP, RDF, Xquery, JXTA, etc.).
ARA Masses de Données MDP2P
(2003-2006)
Montant: 80 000 e
Mots-clés: Gestion de masses de données en P2P, réplication, requêtes, indexation, multimédia.
Participants: Reza Akbarinia ,Gaetan Gaumer ,José Martinez ,Vidal Martins ,Esther Pacitti ,Patrick
Valduriez .
Partenaires: Atlas (INRIA-Rennes et LINA), Gemo (INRIA-Futurs), Paris (IRISA), Texmex (IRISA).
L’objectif du projet est d’offrir des services de gestion de documents textuels et multimédia dans des
systèmes pair-à-pair (P2P) à très grande échelle. Nous nous concentrons sur les services suivants : haute
disponibilité des données (avec réplication et reprise sur panne dynamique) et équilibrage de charge à
grande échelle ; indexation et recherche à grande échelle de documents textuels et multimédia ; gestion
de données massives dans un cadre P2P. Pour le LINA, ce projet est l’occasion d’une collaboration forte
avec l’équipe Atlas-GRIM (J. Martinez).
RNTL Leganet (2002-2003)
(2002-2003)
Montant: 330 000 e
Mots-clés: Hébergement d’applications, grappe de PC, réplication, équilibrage de charge.
Participants: Cédric Coulon ,Esther Pacitti ,Patrick Valduriez .
Partenaires: Atlas-GDD, ASP-Line, LIP6, Prologue Software.
Le projet Leg@net (Legacy applications on the Net) réunissait Prologue Software (éditeur de logiciels
Application Service Provider - ASP), ASPLine (éditeur d’un logiciel de gestion de pharmacies) et le LIP6
pour réaliser une solution d’hébergement d’applications bases de données sur cluster (en mode ASP) à
base de composants logiciels libres. La contribution d’Atlas-GDD a concerné l’équilibrage de charge
des transactions et la réplication préventive. Dans ce contexte, nous avons réalisé et livré le logiciel
RepDB*.
RNTL XWiki Concerto
Montant: 150 000 e
(2002-2003)
42
Mots-clés: Wiki, mobilité, pair-à-pair, réplication
Participants: Esther Pacitti ,Patrick Valduriez ,Gerson Sunyé
Partenaires: XPertNet, ObjectWeb, INRIA, ENST, Mandriva, EISTI
L’objectif du projet est de permettre à XWiki, projet ObjectWeb de Wiki de seconde génération de fonctionner dans un réseau P2P et de supporter des utilisateurs mobiles. Dans ce projet, l’équipe AtlasGDD développe avec le LORIA les technologies de collaboration à partir des solutions éprouvées en
réplication de données optimiste.
Programme blanc ANR FLFS
(2006-2009)
Montant: 68 800 e
Mots-clés: DSL, MDE, Aspects
Participants: Jean Bézivin ,Frédéric Jouault
Partenaires: OBASCO, Phoenix, INRIA, ENST
L’objectif du projet FLFS (Familles de Langages pour Familles de Systèmes) consiste à étudier le continuum modélisation de domaine/mise en oeuvre par les technologies complémentaires des modèles, des
DSLs (langages dédiés) et des aspects. Dans ce projet, l’équipe Atlas-GDD développe des solutions
basées sur la plateforme AMMA et en particulier sur les langages de transformation de modèles ATL et
TCS.
RNTL OpenEmbeDD
(2006-2009)
Montant: 75 000 e
Mots-clés: DSL, MDE, Aspects,
Participants: Jean Bézivin ,Frédéric Jouault
Partenaires: Airbus, Anyware, CEA, CS, FT R&D, LAAS, Thales DAE, Thales TRT, Verimag
OpenEmbeDD est une plateforme open-source sous Eclipse ouverte, standardisée, générique basée sur
les principes de l’IDM pour le génie logiciel des systèmes embarqués. L’équipe fournit une machine
virtuelle de transformation de modèles, des composants de gestion globale de modèles. Par ailleurs
l’équipe travaille dans le cadre de ce projet sur l’interopérabilité des platesformes AMMA et GME.
OpenDevFactory, Usine Logicielle Systematic Pôle de Compétitivité région Parisienne (2005-2008)
Montant: 64 200 e
Mots-clés: Ingénierie des modèles, Transformation de modèles
Participants: Jean Bézivin ,Frédéric Jouault ,Freddy Allilaire
Partenaires: THALES TRT, TCF, EADS CCR, EADS ST, EDF, Dassaut Aviation, Hispano Suiza,
MBDA, Trialog, Esterel Technologies, Softeam, CEA, IFP, CNES, LRI, LIP6, SupElec,Polytechnique
Dans ce projet, l’équipe Atlas-GDD travaille, en relation avec les différents partenires industriels
pour développer des solutions basées sur une plateforme ouverte d’ingénierie des modèles. Des
développements de chaı̂nes de transformation pour les besoins de transformation de données des partenaires industriels permettront d’améliorer les solutions existantes.
43
Autres
Motor
(2003)
Montant: 20 000 e
Mots-clés: Ingénierie des modèles, transformation, interopérabilité des langages.
Participants: Jean Bézivin, Frédéric Jouault ,Patrick Valduriez .
Partenaires: INRIA-Atlas, CEA, INRIA, Thales.
Dans le cadre du projet commun Carroll entre l’INRIA, le CEA et Thales, l’équipe a participé à l’étude
de l’interopérabilité des langages de transformations (projet MOTOR), en s’appuyant sur notre logiciel
ATL. Un ingénieur financé sur ce contrat pendant six mois a maintenant rejoint les équipes de recherche
de FT R&D, pour travailler sur des sujets similaires.
BonomCV
(2002-2003)
Responsable: Phillipe Lamarre
Montant: 23 000 e
Mots-clés: Système multi-agent, organisation d’agents, indexation sémantique.
Participants: Sylvie Cazalens, Emmanulel Desmontils, Christine Jacquin, Philippe Lamarre ,Emmanuel
Morin.
Partenaires: Fondation Recherche et Emploi, VediorBis.
L’objectif de ce projet était d’adapter l’organisation d’agents et les méthodes d’indexation sémantique
développées dans les équipes GDD et TALN pour appliquer ces techniques à la recherche de profils dans
des sources distribuées de CV libres.
L’équipe a obtenu 3 bourses CIFRE avec France Telecom, TNI/Valyosis et SoftMain.
P. Valduriez a participé à l’action spécifique CNRS Bases de données et mobilité (2002-2003). J.
Bézivin a co-dirigé l’action spécifique CNRS Ingénierie des modèles (2003-2004). J. Bézivin a aussi
créé et dirigé de 2000 à 2003 le groupe de travail sur l’ingénierie des modèles de l’OFTA (Observatoire
Français des Techniques Avancées) qui a permis l’émergence initiale d’une importante activité en France
sur le sujet. Depuis son origine, P. Valduriez participe à l’animation de la communauté française Bases
de données dans le cadre du GDR I3 et de la conférence annuelle Bases de Données Avancées (BDA). P.
Lamarre et S. Cazalens sont membres du groupe ASA du GDR-I3, Systèmes Multi-Agents.
1.9 Publications de référence de l’équipe hors période
[1] S. C AZALENS, E. D ESMONTILS, C. JACQUIN, et P. L AMARRE. A distributed agent-based system
for knowledge-based internet information retrieval. In P. G RAHAM et M. M AHESWARAN, réds.,
Internet Computing 2000 (IC’2000), pages 135–141. CSREA Press, 2000. ISBN : 1-892512-65-3.
[2] S. C AZALENS, E. D ESMONTILS, C. JACQUIN, et P. L AMARRE. Process for an internet information retrieval agent system. In Int. Conf. on Web Information Systems Engineering (WISE’2000),
pages 245–249. IEEE Computer Society Press, 2000. ISBN : 0-7695-0577-5.
[3] S. C AZALENS et P. L AMARRE. Organizing internet agents according to a hierarchy of information
domains. In N. Z HONG, J. L IU, S. O HSUGA, et J. B RADSHAW, réds., Intelligent Agent Technology
(IAT’2001), pages 469–473. World Scientific, 2001. ISBN : 981-02-4706-0.
44
[4] T. Ö ZSU et P. VALDURIEZ. Principles of Distributed Database Systems, 2nd edition. Prentice
Hall, 1999.
[5] E. PACITTI, P. M INET, et E. S IMON. Fast algorithms for maintaining replica consistency in lazy
master replicated databases. In Int. Conf. on Very Large Databases (VLDB), pages 126–137.
Morgan Kaufmann, 1999. ISBN : 1-55860-615-5.
[6] E. PACITTI et E. S IMON. Update propagation strategies to improve freshness in lazy master
replicated databases. The VLDB Journal, 8(3-4), 2000.
[7] P. P UCHERAL, L. B OUGANIM, P. VALDURIEZ, et C. B OBINEAU. PicoDBMS : Scaling down
database techniques for the smartcard. In Int. Conf. on Very Large Databases (VLDB), Le Caire,
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Équipe
GRIM : Gestion et Résumé d’Information
Multimédia
Responsable : Noureddine M OUADDIB
Enseignants-chercheurs permanents :
– Noureddine M OUADDIB
Professeur des universités, École polytechnique de l’université de Nantes, —
– José M ARTINEZ
Professeur des universités, École polytechnique de l’université de Nantes, 1.2.2004
Maı̂tre de conférences, École polytechnique de l’université de Nantes, —.
– Julien C OHEN
Maı̂tre de conférences, École polytechnique de l’université de Nantes, 1.9.2005
– Marc G ELGON
Maı̂tre de conférences, École polytechnique de l’université de Nantes, —
– Guillaume R ASCHIA
Maı̂tre de conférences, École polytechnique de l’université de Nantes, 1.9.2003
A.T.E.R., École polytechnique de l’université de Nantes, —
– Laurent U GHETTO
Maı̂tre de conférences, Faculté des Sciences, université de Nantes, —
– Gaëtan G AUMER
Ingénieur de recherche, École polytechnique de l’université de Nantes, contrat RNTL D O MUS V IDEUM , depuis le 1.9.2002 ; jusqu’au 31.3.2004, affecté à l’équipe GDD du même axe
BaDRI au 1.4.2004
Personnel :
– Marie-Andry P IVAUT
Secrétaire, sur contrat, 2004,
– Coralie ROBERT
55
56
– Leila N ECIBI
Chercheurs doctorants (15 doctorants pour 6 permanents) :
– Mounir B ECHCHI
INRIA, 01.01.2006,
– Christophe C ANDILLIER
CIFRE, Geobs, Nantes, 01.09.2002, soutenance prévue été 2006, CDI Geobs
– Nicolas D ESSAIGNE
CIFRE, Arisem, Paris, 01.06.2001, soutenue en 2005, ingénieur ARISEM
– Najlae I DRISSI
co-tutelle franco-marocaine, 01.09.2003,
– Erwan L OISANT
co-encadrement franco-japonais, bourse Monbusho, Tokyo Metropolitan University, Japon,
01.09.2001, soutenue en 2005, Ingénieur (USA)
– Rania L UTFI
bourse franco-syrienne, 01.09.2000, soutenue en 2003, enseignant-chercheur Univ. Homs,
– Jorge M ANJARREZ S ANCHEZ
Bourse mexicaine Conacyt, en co-encadrement avec P.Valduriez (équipe GDD), 01.09.2004,
– Ibrahima M BAYE
co-encadrement franco-marocain, 01.09.2002,
– Lamia NAOUM
CIFRE, BDC, Nancy, 01.09.2001
– Afshin N IKSERESHT
Bourse SFERE, gouv. iranien, 01.03.2004,
– Quang-Khai P HAM
Bourse BDI, 01.09.2005,
– Antoine P IGEAU
MNERT, 01.09.2002, soutenue en 2005, ATER Univ. Nantes,
– Jamal ROUGUI
co-tutelle franco-marocaine avec D.Aboutajdine, 01.09.2003,
– Régis S AINT-PAUL
MNERT, 01.09.2001, soutenue en 2005, Post.Doc. Univ. Sydney,
– Stéphane TAYEB
MNERT, 01.09.2004,
– Amenel VOGLOZIN
MNERT, 01.09.2003,
2.2.1 Historique
Les travaux de recherche de l’équipe ont débuté dans la deuxième moitié des années 1990 et s’articulent autour de deux thèmes qui traitent de la gestion de données complexes : les données multimédias
et les données volumineuses.
GRIM : Gestion et Résumé d’Information Multimédia
57
Les travaux du thème ’multimédia’ concernent les bases de données multimédia ; nous avons traité
l’ interrogation et la navigation dans des collections d’images (thèse de E.Loisant 2002-2005), l’interrogation de documents audio (thèse de R.Lutfi 2000-2003). Il s’agissait d’identifier et de résoudre des
problèmes de bases de données particuliers aux données multimédia, domaine relativement ouvert. Ce
travail conjoint à deux domaines a impliqué essentiellement J. Martinez et M. Gelgon, apportant respectivement des compétences en bases de données et en traitement des données audiovisuelles. Par ailleurs,
une action a été menée sur les collections multimédia personnelles (thèse de A.Pigeau 2002-2005). Depuis 2004, toujours dans des problèmes conjoints bases de données/analyse de données multimédia, nous
concentrons le travail sur le ”passage à l’échelle”, c.a.d. la capacité des tâches classiques (recherche par
similarité, apprentissage/reconnaissance) à se comporter correctement (rapidité et précision des résultats)
malgré de grands volumes de données. La répartition des calculs et des données sur des infrastructures
distribuées (pair-à-pair, cluster) est privilegiée. Le recrutement de J.Cohen (MC) s’est fait en ce sens
et ce reserrement thématique coı̈ncide avec une collaboration avec l’équipe ATLAS-GDD, qui se fait
notamment au moyen du projet commun INRIA Atlas.
La seconde activité de recherche de l’équipe traite de la génération de résumés à partir de bases de
données, et fait suite aux travaux de l’équipe sur les bases de données incomplètes. Les premiers travaux
ont abouti à un algorithme et à un prototype de génération de résumés hiérarchiques. L’algorithme s’appuie sur des techniques de la logique floue, est incrémental et linéaire en la taille des données à résumer.
Au sein de l’équipe, cet outil fait maintenant l’objet de travaux communs avec le thème multimédia.
L’ancrage dans le domaine des bases de données est également volontariste et suscite d’autres collaborations, notamment avec l’équipe Atlas-GDD, telle que l’utilisation des résumés dans un environnement
P2P.
Les travaux se sont poursuivis par la thèse de doctorat de Régis Saint-Paul, soutenue en 2005, et
qui ont donné lieu au prototype SaintEtiq, qui a fait l’objet d’un dépôt APP. Des travaux connexes sont
menés actuellement sur : l’interrogation des bases de résumés, la gestion des résumés dans un système
P2P, la gestion de flux continu de données, la représentation des résumés par des prototypes flous, et la
personnalisation de l’information.
Le recrutement de G. Raschia en 2003 a confirmé l’intérêt du thème “résumés” pour l’équipe.
Depuis 2002, ces deux thèmes sont représentés dans le projet INRIA ATLAS, localisé à Nantes et
rattaché à l’IRISA (U.R. INRIA Rennes). Le projet ATLAS s’intéresse plus largement à la gestion de
données complexes dans les environnements distribués. Les volets « données complexes » et « distribution » correspondent respectivement aux compétences et aux directions de recherche de l’équipe
Atlas-GRIM.
Gestion de résumés de données
Le développement des systèmes d’information dans les entreprises et l’utilisation massive de systèmes
de gestion de bases de données (SGBD) ont eu, entre autres, une conséquence importante : la génération
de gros volumes de données.
L’enjeu du résumé de données est précisément la synthèse de l’information disséminée au sein de
myriades de faits individuels, éventuellement complexes et éventuellement distribués, pour en fournir
une représentation complète, concise et intelligible. La problématique générale à laquelle se rapporte
cette idée est traditionnellement appelée compression sémantique. Les approches de la compression
sémantique sont fréquentes et largement répandues, non seulement en tant qu’objets d’études scienti-
58
fiques mais également dans le monde industriel au travers d’outils dédiés. Ces approches peuvent être
classées selon trois grandes familles :
1. le calcul d’agrégats.
Les outils décisionnels commerciaux offrent tous un point de vue quantitatif (statistique) sur les
données, sous la forme de tableaux de bord, de cubes de données multidimentionnels (OLAP),
ou encore par l’intermédiaire de techniques de classification. En général, ces approches analysent
les données stockées dans un entrepôt (datawarehouse), c’est-à-dire une duplication unifiée et
formatée des multiples bases de donnes de production. Outre que le point de vue proposé n’est
que quantitatif, le problème de la mise à jour des entrepôts de données n’est toujours pas résolu de
façon efficace.
2. la compression sémantique guidée par les modèles
Dans cette classe d’approches sont rangés les travaux qui mettent en œuvre des techniques de
fouille de données (arbres de décision, règles d’association, etc.) pour construire des versions
réduites de collections de données structurées. Une des difficultés de ces approches réside dans
l’interprétation à donner aux modèles découverts : une expertise forte est souvent nécessaire pour
exploiter le résultat de telles solutions.
3. la compression sémantique guidée par les méta-données
C’est dans cette catégorie que se positionne notre approche dès lors que l’on considère que les
résumés produits tirent profit des connaissances de domaine (les caractérisations foues) et notamment de leur capacité descriptive. Les autres approches sont ici fondées, soit sur l’induction
par attribut, soit sur le résumé linguistique. Dans le premier cas (DBLEARN, S. Fraser Univ.)
l’algorithme est efficace mais peu contrôlable quant aux généralisations opérées (jusqu’où compresser, quels attributs choisir, etc.). Dans le second cas (SummarySQL, Iona College), il s’agit
plus vraisemblablement d’un outil d’interrogation flexible permettant à l’utilisateur de formuler
des propositions quantifiées floues (appelés résumés) en langage contrôlé.
Malgré ces offres de solutions académiques et industrielles un grand nombre de problèmes liés aux
techniques de compression sémantique restent ouverts :
– la génération de synthèses ou de résumés à partir de l’ensemble des données de la base et non sur
une partie des données ou vers un objectif spécifique (ce sont les approches dites « par sujet »
utilisées dans la plupart des travaux et outils),
– la correction des informations synthétisées par rapport aux mises à jour et à l’incomplétude des
données initiales, qui renvoie à la disponibilité des résumés dans un système d’information,
– le contrôle de la qualité des résumés générés avec perte d’information, qui dépend du taux de
compression et doit réaliser un compromis délicat entre précision et concision,
– etc.
Ainsi, les enjeux sont à la fois scientifiques (plusieurs problèmes ouverts), technologiques (manque
d’outils robustes de génération de résumés et insuffisance des propositions d’intégration dans des SGBD
existants ou des environnements logiciels ouverts) et économiques (besoin dans les grandes entreprises
d’outils de synthèse). Notre objectif est de contribuer à répondre à ces besoins en termes de méthodes,
d’outils et d’applications industrielles, en s’appuyant sur nos acquis et expériences (quinze années d’expérience
dans les domaines des bases de données et de la théorie des ensembles flous, nos récents résultats sur la
génération de résumés à partir de bases de données relationnelles, nos collaborations industrielles et une
politique volontariste de diffusion des logiciels produits).
L’axe « résumés de données » traite de la construction, la maintenance et l’utilisation de versions
réduites de collections de données volumineuses. Les résultats obtenus dans la période précédente, tant
59
d’un point de vue théorique qu’expérimental, tendent à montrer l’apport de la logique floue dans les
systèmes de classification automatique et multi-niveaux. Le modèle de résumé s’appuie sur une base
de connaissance offrant des caractérisations linguistiques floues pour décrire de façon concise des sousgroupes d’enregistrements d’une base de données. L’approche proposée repose sur un algorithme de
classification conceptuelle incrémentale dont la complexité est linéaire par rapport au nombre de n-uplets
de la base de données. Les propriétés et les performances du système ont été validées expérimentalement
à l’aide du prototype nommé S AINT E TI Q, sur des bases de données réelles atteignant le million d’enregistrements.
Les travaux scientifiques de l’équipe Atlas-GRIM dans le domaine de la compression sémantique
(i.e. les résumés), sont inédits de par leurs caractéristiques intrinsèques (processus incrémental, caractérisation linguistique des résumés, préservation du schéma de la base, granularité multiple) et les
différents domaines mis en jeu dans l’approche proposée (théorie des sous-ensembles flous et classification conceptuelle appliquées aux très grandes bases de données).
Les modes d’utilisation ainsi que les domaines d’application des outils construits sur cette approche
sont variés. Initialement, un service de résumé a pour vocation d’être au cœur de dispositifs permettant
le passage à l’échelle pour des données de gros volume, aussi bien dans des environnements centralisés
(entrepôts de données) que dans des systèmes totalement distribués tels que les grilles de stockage et les
réseaux pair à pair.
En premier lieu, les résumés peuvent donc être utilisés directement comme données de substitution
aux données de la base, à la manière d’un échantillon. Le procédé contrôle la perte d’information induite
par la généralisation des descriptions de n-uplets, tout en garantissant la complétude de la représentation.
Au-delà même de l’intérêt immédiat de disposer d’une version réduite d’une collection de données,
l’exploitation des résumés se décline selon deux grands axes : l’interrogation des résumés et l’analyse en
ligne (exploration). Des contributions significatives ont été apportées sur ces deux points et sont décrites
dans la section« résultats nouveaux ».
Gestion de données multimédia
Le thème « multimédia » s’intéresse aux problèmes issus de la manipulation, la structuration
et la recherche de l’information multimédia (image, audio, vidéo, géolocalisation). Ses travaux participent à l’émergence des solutions futures pour la manipulation et la gestion de bases de données
multimédias avec des données en provenance de sources diverses. Un des outils de validation du thème
est l’intégration des développements de ces activités dans une plateforme logicielle commune.
Les difficultés à surmonter sont nombreuses. Les propositions issues des travaux en vision par ordinateur, traitement des données audio et reconnaissance de formes doivent être évaluées et sélectionnées, en
vue de leur couplage à un SGDB : on recherche un bon compromis entre la qualité de reconnaissance visuelle ou auditive et les temps de traitements acceptables pour l’intégration des données brutes et/ou des
représentations associées. Plus généralement, le passage à l’échelle des techniques et outils (stockage,
indexation, interrogation) est incontournable pour rendre une plateforme multimédia opérationnelle. De
même, des techniques d’interrogation des données multimédias, notamment utilisées conjointement, sont
encore en grande partie à élaborer.
Par ailleurs, le descriptif des axes de recherche, ci-après, fait mention de plusieurs points de recherche
où ces deux grands axes de travail (bases de données multimédia, résumé de données) se croisent.
60
Bases de données multimédias
Les briques de base d’un système multimédia sont les systèmes mono-médias sous-jacents. Les premiers travaux sur ce thème ont pris en compte les objets multimédias complexes du point de vue de
leur organisation temporelle. Les travaux ultérieurs, présentés succinctement ci-dessous, ont concerné la
problématique importante de la recherche par le contenu afin de rendre les médias numérisés (image, son
et vidéo) utilisables dans des systèmes de gestion de bases de données (SGBD) relationnels ou objetrelationnels et aboutir en fin de compte à un véritable SGBD multimédia (SGBDMM). Plusieurs auteurs,
y compris nous-même, ont défini ce qu’un SGBDMM devrait être, et quelles extensions doivent être
apportées pour atteindre l’objectif.
Les premières avancées ont eu lieu dans le cadre de l’image fixe. Elles ont permis de dégager une
architecture à trois composantes. Cette dernière sert d’appui aux recherches suivantes sur les médias
audio et vidéo.
On peut considérer que les bases d’images (respectivement de vidéo ou d’audio) sont des cas spéciaux
de SGBD avancés. Les systèmes d’information géographiques et les SGBD textuels ne seraient alors que
d’anciennes variations sur le même thème, la différence principale portant sur la nature du média. En
ce sens, les SGBD d’images ne constituent qu’un pas vers le développement d’un véritable SGBDMM.
Sans négliger d’autres aspects importants, la modélisation, l’interrogation par le contenu et l’indexation
physique sont les directions de recherche et de développement primordiales.
En ce qui concerne l’image, l’aspect modélisation est relativement simple. Nous présentons ici notre
position sur le deuxième aspect.
Les travaux sur l’image fixe ont abouti à une proposition d’architecture bâtie sur trois approches
complémentaires de la recherche par le contenu : (i) langage de requêtes, (ii) évaluation de la pertinence
et rétroaction, (iii) navigation, correspondant à des modes d’interrogation relevant respectivement des
bases de données, de la recherche d’information et de l’hypertexte. Cette partition permet de mieux
cerner les fonctions d’un système de recherche par le contenu, ainsi que de situer nos travaux par rapport
aux travaux concurrents. Une description plus complète de cette architecture de référence pour la suite
de nos travaux a été reportée dans la section « Résultats ».
La mise en oeuvre de ses propositions a été réalisée dans le prototype F indIm
AGE (voir section « Logiciels »), qui sert de plateforme logicielle aux travaux de l’équipe et à des collaborations internationales
(voir section « Actions », Japon et Maroc).
Résumés de données multimédia personnelles des mobiles
Dans le cadre général de la structuration des collections de données multimédia en vue de la recherche d’information, nous menons une activité dédiée aux ensembles de données collectées et consultées
par une même personne, à partir d’un terminal mobile (du téléphone usuel à l’assistant numérique multimédia). Ces données constituent ainsi un « journal personnel » multimédia de son passé (photos, vidéos
portées, position géographique, audio continu ou intermittent...). Rapidement, on fait face au problème
de la recherche d’information dans des grandes collections de données, et la construction automatisée de
résumés dédiés à ce contexte apparaı̂t essentielle.
Ce champ d’application a été reconnu par les laboratoires éditeurs de logiciel pour mobiles grand
public comme important et plusieurs projets ou premiers produits émergent (MIT, Carnegie Mellon,
projet LifeBlog de Nokia, projet MyLifeBits de Microsoft). Les besoins diffèrent de ceux posés par la
recherche d’information sur la Toile ou les contenus audio-visuels télévisés sur au moins trois points :
la nature des données collectées et traitées, la connaissance partielle des contenus qu’en a l’utilisateur et
les terminaux de consultation visés.
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L’objectif que nous avons poursuivi jusqu’ici est la structuration des contenus multimédia personnels. Cette tâche a été formulée comme un ensemble de problèmes d’apprentissage et de classification,
supervisée ou non ; nous avons privilégié une approche statistique et une modélisation probabiliste, cadre
efficace pour décrire le lien entre les données multimédia et la structure qu’on souhaite extraire. Les travaux réalisés et à venir se veulent des contributions complémentaires de construction de résumés de
données multimédia.
Perspectives
Les perspectives de recherche associées au thème ”résumés” s’orientent vers plusieurs directions
dont la cohérence est assurée par le besoin saillant de disposer de telles structures compactes dans des
environnement numériques de plus en plus « hostiles » : on entend par là, des architectures complètement
décentralisées dont les composants sont distribués, autonomes, hétérogènes et volatiles, des terminaux
mobiles, des données complexe, multimédia et en quantité, des flux de données continus dont le stockage
est impossible, et pire encore, la combinaison de tous ces facteurs.
Il paraı̂t donc important de poursuivre nos travaux pour fournir des solutions innovantes répondant
à des situations nouvelles. Parmi ces perspectives, nous privilégions en premier lieu l’adaptation aux
environnements distribués et aux systèmes ouverts. L’idée principale est d’élargir la portée du service de
résumé telle que l’architecture logicielle du prototype actuel la définit (à base de service web, d’échange
de messages et de documents XML), en considérant l’apport mutuel des résumés et des environnements complètement décentralisés, i.e. caractérisés par des sources de données distribuées, autonomes,
hétérogènes et volatiles.
La construction et la maintenance de résumés globaux de données partagées sur des réseaux pair-àpair soulèvent quelques problèmes dont il est utile de consacrer une étude détaillée, notamment en ce qui
concerne la réconciliation de résumés. L’usage de telles structures est double : i) améliorer les techniques
de routage de requêtes, en réduisant les nœuds cible à partir de la connaissance (même imprécise et non à
jour) du contenu des sources, et ii) offrir des réponses approchées à des requêtes portant sur les données
partagées, sans solliciter un accès aux sources. L’étude menée doit conduire à proposer des stratégies
pour maximiser le gain à l’interrogation des données partagées tout en maı̂trisant le surcoût engendré par
la construction et la maintenance des résumés.
Par ailleurs, l’intégration de résumés provenant de sources multiples donne lieu à de nouvelles
problématiques que nous nous proposons d’étudier autour de la fusion de résumés par alignement de
structures d’arbres correspondant à des hiérarchies de résumés. L’objectif de ce travail est de construire
une vue générique matérialisée qui représente l’ensemble des sources de données sans toutefois nécessiter
la lecture des n-uplets : la fusion a lieu dans le domaine exclusif des résumés, ce qui limite significativement la consommation de ressources (temps CPU, accès disque et bande passante) et rend envisageable
le passage à l’échelle (en nombre et volume de sources) pour la technique de réduction de données
employée.
Les perspectives de recherche du thème « multimédia » visent à consolider et étendre les résultats obtenus sur les bases d’images. Chaque type de média donne lieu à des orientations de recherche différentes,
en fonction de l’intérêt immédiat présupposé et de l’aboutissement rapide escompté de ces recherches.
Nous privilégions donc les axes suivants :
1. Image : nous avons décidé de prendre en compte les informations de texture dans l’ensemble du
processus d’indexation et de recherche. Cela s’est toujours avéré un domaine de recherche difficile
car si cette information est primordiale, elle est en revanche extrêmement difficile à caractériser
puisqu’elle est mal définie. Nous portons l’accent sur la reconnaissance et la classification visuelle
62
des différents paramètres de texture. Pour cela, nous allons continuer la collaboration avec le thème
¡¡ résumés ¿¿ en exploitant l’outil de classification S AINT E TI Q. Le but est de déterminer un sousensemble de critères suffisamment concis et discriminants parmi ceux nombreux proposés dans la
littérature. La qualité visuelle des classifications obtenues nous permettra d’effectuer ce tri.
2. Audio : les très bons taux de reconnaissance des locuteurs obtenus permettent de nous intéresser à
une étape ultérieure. Dans le cadre de l’indexation continue des archives radiophoniques, l’indexation physique des descripteurs retenus (attrbiuts mel-cepstraux) est primordiale. En effet, l’accroissement du nombre de locuteurs reconnus et leur stockage dans un SGBD se heurte actuellement
à des traitements quadratiques, envisageables seulement en mémoire centrale et pour quelques
centaines à milliers de locuteurs. Cet aspect rejoint, en le particularisant, les travaux génériques
entamés sur l’indexation physique des données multimédias.
3. Vidéo : la meilleure façon d’exploiter une base de vidéos ne fait pas encore partie des pratiques
courantes. Après avoir procédé à une modélisation du contenu d’une telle base, nous avons décidé
de privilégier une approche navigationnelle. (Néanmoins, l’interrogation n’est pas totalement oubliée et s’appuiera sur les résultats déjà obtenus pour l’audio.) En effet, les vidéos de grande taille
présentent des similitudes visuelles importantes entre différents plans et différentes scènes, les informations diffusées sur différentes chaı̂nes et à différent moments traitent de sujets identiques,
etc. La redondance est donc souvent importante. Il est donc probable qu’un utilisateur sera fortement intéressé par la possibilité de visualiser en vis-à-vis d’un document principal un ensemble
de liens visuels lui permettant d’accéder à des portions de vidéos « semblables ». Ce travail sera
combiné avec les recherches en cours sur les très grandes bases d’images.
Les différents travaux de l’équipe devront à terme être intégrés dans une même plate-forme de gestion
de données complexes qui sera partagée avec l’équipe GDD (Gestion de Données Distribuées).
2.3.1 Des structures aux bases de données
Nos travaux sont fondamentalement basés sur la manipulation des données. Cela se traduit, à l’origine, par la mise en œuvre d’une algorithmique efficace : nous avons parfois à faire face à problèmes
NP-complets, les algorithmes retenus se doivent d’être incrémentaux, etc.
Le souci de trouver des compromis algorithmiques efficaces est dicté par le souci d’offrir des outils
utilisables sur de grands volumes de données et plus particulièrement pour gérer des systèmes de gestion de bases de données (SGBD) volumineux. La mise en œuvre d’un véritable SGBD intégrant des
données multimédias et/ou des résumés nécessite de s’appuyer sur les connaissances importantes accumulées sur la gestion physique de l’information (indexation, regroupement des données, répartition et
parallélisation, optimisation des requêtes, etc.).
Seule cette double exigence vis-à-vis des masses de données permet de supporter le passage à
l’échelle requis dans le cadre d’applications manipulant des données du monde réel en très grande
quantité : les SGBD multimédias sont bien évidemment volumineux quant aux données de base mais
également en ce qui concerne les multiples descripteurs associées, les résumés de données offrent tout
leur intérêt lorsqu’on les applique à des volumes de données ingérables de manière « traditionnelle ».
Par ailleurs, l’exploitation des nouvelles fonctions des SGBD passe également par la définition de
couches d’accès parmi lesquelles les langages de requêtes, ou plus exactement leur extension, est primordiale. Cela se traduit, pour les résumés de données, par l’ajout d’opérateurs flexibles et, pour les données
63
multimédias, par des extensions temporelles, ces extensions pouvant prendre leurs racines dans la théorie
des sous-ensembles flous.
2.3.2 L’analyse de données multimédias
Les techniques d’analyse de données forment un corpus essentiel pour la gestion efficace de ces
données par un système informatique.
Une première idée défendue dans notre approche de génération de résumés, issue de l’analyse de
données, consiste à proposer des résumés de granularité variable, c’est-à-dire à construire une hiérarchie
de résumés de plus en plus spécifiques (de la racine vers les feuilles). La technique mise en œuvre adopte
une démarche analogue aux méthodes de classification hiérarchique descendante non supervisée.
La caractérisation des classes, propre à la génération de résumés (information synthétique sur les
données), permet de plus un rapprochement immédiat avec la classification conceptuelle ou « formation
de concepts ».
Enfin, une propriété essentielle défendue dans notre approche de génération de résumés est la forme
incrémentale de l’apprentissage de la hiérarchie de résumés. En d’autres termes, chaque nouvelle observation (un n-uplet de la base de données) permet d’améliorer l’estimation du modèle par optimisation
d’une fonction de coût dont la portée est locale à chaque niveau de la hiérarchie.
Enfin, les applications manipulant des données audiovisuelles sont fréquemment fondées sur des
tâches de classification, notamment supervisée. Les outils utilisés sont ceux de la reconnaissance des
formes, largement indépendants du média traité. Voici trois exemples représentatifs liés à des applications
importantes, entraı̂nant une recherche dynamique et concernant des données de média différents : la
reconnaissance du visage, du locuteur, d’événement vidéo. Les implications de ce domaine de recherche
sur les bases de données sont importantes :
– un SGDB multimedia devrait savoir manipuler les représentations des classes construites par les
techniques performantes employées dans ce contexte : jeu de paramètres de modèles probabilistes,
fonctions-noyaux,. . .
– le choix de représentation des classes pourrait être guidé par des critères issus de la base de
données.
2.3.3 La théorie des ensembles flous
En premier lieu, la théorie des ensembles flous, et plus particulièrement l’approche possibiliste, permet de représenter les données imprécises, incertaines et graduelles que notre méthode de construction
de résumés sait gérer. Elle offre en effet un cadre formel solide pour le traitement de l’incertitude (notion
prise dans son acception la plus large).
D’autre part, la théorie des ensembles flous supporte également le mécanisme de mise en conformité
des n-uplets vis-à-vis des connaissances de domaine. En effet, ces connaissances de domaine, définies
par une collection de partitions linguistiques floues, délivrent un vocabulaire contrôlé qui sert à décrire
les résumés et les n-uplets dans un langage proche de celui de l’utilisateur. Les sous-ensembles flous
permettent d’éviter les effets de seuil relatifs aux processus usuels de discrétisation et de classification.
Enfin, la théorie des ensembles flous offre une interface symbolique / numérique à la base de la
représentation unifiée du modèle de résumé : quelle que soit la nature des domaines d’attributs qui caractérisent les n-uplets, les résumés sont décrits sur tous les attributs par des étiquettes linguistiques
partageant un formalisme commun.
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2.3.4 Gestion de données distribuées
La gestion de données concerne le stockage, l’organisation, la recherche et la manipulation de données ;
les problèmes de recherche importants se posent pour des données complexes et volumineuses. Les
systèmes distribués de gestion de données, en particulier adaptés au fonctionnement à grande échelle
(pair-à-pair, cluster), sont une question de recherche importante, centre d’études fondamentales pour
l’équipe Atlas-GDD. Pour l’équipe Atlas-GRIM, ce type d’infrastructure est vu comme un contexte
privilégié, offrant une spécificité à nos travaux en résumé de données ou classification de données multimédia. Les applications appellent de plus en plus ces derniers problèmes à fonctionner de façon distribuée, dynamique, décentralisée, soit parce que les données sont intrinsèquement distribuées, soit parce
que cela offre un parallélisme assurant un passage à l’échelle.
2.4.1 Systèmes de gestion de données multimédia
L’impact technologique des bases de données multimédia est assez direct, et fait d’ailleurs partie des
priorités annoncées par des grands organismes menant ou finançant la recherche (INRIA, CNRS, UE,
MNERT). Dans l’ensemble, on peut qualifier de systèmes de gestion de données multimédia la plupart
des applications concernées par nos travaux. Ils doivent faire face au problème de l’organisation et de
la structuration de l’information en vue de la recherche et de la manipulation efficaces sur un système
informatique. Ces systèmes d’information multimédia concernent notamment :
– les producteurs, détenteurs et diffuseurs de contenus multimédia et audiovisuels : l’objectif est
alors souvent de faciliter et de personnaliser la sélection des contenus, d’en créer plusieurs versions, l’ensemble visant à augmenter la diffusion et l’adéquation du contenu au client ;
– la formation, où le multimédia est une forme véhicule efficace de transmission l’information, figure
aussi parmi les bénéficiaires de ces systèmes ;
– les constructeurs de biens d’équipement électroniques, de logiciels et de services destinés aux
particuliers : ces derniers peuvent maintenant recevoir et créer de grands volumes de contenus, qui
doivent être organisés efficacement, aux niveaux logique et physique.
2.4.2 Les résumés de données volumineuses
Le principe général de ce type d’application consiste à offrir différentes vues synthétiques, de granularité variable, sur une collection de données de taille importante. Des outils pour la navigation dans la
hiérarchie de résumés sont également développés pour faciliter l’interprétation immédiate et la prise de
décision consécutive lors d’une analyse en ligne.
D’un point de vue opérationnel, nous sommes conduits à examiner l’intégration du service de résumé
au cœur des SGBD, i.e. en tant que fonctionnalité de ces systèmes, au même titre que les représentations
multi-dimentionnelles offertes par les approches de construction d’entrepôts de données pour les processus OLAP (pour On-Line Analytical Process).
Cette approche a été validée au travers d’une expérience avec des données marketing du CIO (groupement bancaire) comprenant 33 000 tuples caractérisés sur 10 attributs. De manière analogue, nous
avons appliqué la méthode de résumé couplée avec des outils de visualisation et de navigation, sur le jeu
de données du recensement U.S. de 1990, disponible sur le dépôt UCI KDD et comprenant 2 458 285
tuples définis sur 67 attributs.
65
Dans le contexte général de l’aide à la décision, les résumés sont également employés pour développer
des modes de navigation avancée dans des données complexes et volumineuses. Par exemple, l’intérêt
des résumés pour la navigation dans des collections d’images tient en deux points : i) la caractérisation
linguistique des images et ii) le regroupement d’images similaires dans des classes homogènes. L’idée
fondamentale de cette approche consiste à tenter de faire face à la malédiction de la dimensionnalité de
telle sorte que la navigation dans les collections d’images soit rendue efficace et intuitive pour l’utilisateur.
2.5.1 Les résumés de données
La technologie des SGBD a maintenant atteint un niveau de maturité tel qu’elle est au cœur de tout
système d’information moderne. Son usage intensif dans de grandes organisations a eu des conséquences
importantes : la production de très grandes bases de données et le besoin croissant d’applications variées
pour accéder aux données. On relève alors un paradoxe intéressant qui traduit le fait que plus la technologie des SGBD se perfectionne, plus elle est en mesure de produire des BD de grande taille, et ainsi
plus il lui est difficile de fournir des solutions fiables et performantes pour accéder aux données.
Le système SaintEtiQ, au centre de la contribution de l’équipe Atlas-GRIM concernant le thème des
résumés, fournit une solution innovante pour représenter, interroger, et explorer les données contenues
dans des bases de grande taille. Les derniers résultats obtenus sur ce sujet d’étude concernent d’abord
la consolidation des résultats préalablement enregistrés, mais également de nouvelles contributions dans
les domaines de l’interrogation et de l’indexation des données par les résumés et enfin, un travail original
pour l’exploration en ligne des résumés.
Définition et mise en œuvre d’une architecture ouverte pour un service de résumé
Participants : Noureddine Mouaddib, Guillaume Raschia, Régis Saint-Paul
Le procédé de réduction de données développé dans SaintEtiQ a été profondément amélioré pour
permettre l’intégration dans les SGBD existants. Les principaux objectifs poursuivis ont été l’optimisation de l’emprunte mémoire, un mécanisme efficace de sérialisation et de chargement des résumés, une
complexité effectivement linéaire par rapport au nombre de n-uplets traités. Pour atteindre ces objectifs, nous avons proposé une architecture logicielle distribuée à base de services et dont les principales
caractéristiques sont les suivantes :
– des modèles diffusés sous la forme de schémas W3C XML Schema pour toutes les entrées/sorties
du procédé de construction de résumés (données brutes, données préparées, connaissances de domaine et résumés) ;
– des procédures stoquées et des déclencheurs (triggers) pour permettre un couplage étroit avec
MS-SQL Server et Oracle ;
– un gestionnaire de cache conçu pour charger en mémoire centrale les résumés les plus fréquemment
utilisés, et sérialiser les autres sous la forme d’un simple flux binaire ;
– l’écriture et la publication de deux services web, l’un pour la construction des résumés, l’autre
pour la préparation des données ;
– la décomposition du service de construction en composants indépendants, chaque structure de
résumé étant par exemple distribuée sur les nœuds d’une grille, qui autorise un calcul parallèle de
la mise à jour des résumés.
66
Les données préparées sont des documents XML qui contiennent une forme réécrite des n-uplets
de la base de données ; ce sont les données d’entrée pour le service de construction des résumés. La
préparation des données consiste à proposer une représentation unifiée des valeurs d’attributs sous la
forme d’étiquettes linguistiques pondérées par un degré de satisfaction. L’intérêt premier de cette étape
est l’indépendance du service de construction vis-à-vis du type des données sous-jacent.
Ce second service réalise effectivement la tâche de construction des résumés multi-niveaux. Il accepte
des données préparées en entrée et produit une collection de résumés organisés au sein d’une hiérarchie
de généralisation. Cette structure d’arbre est utilisée a posteriori pour produire une version réduite de la
base de données à un taux de compression variable.
Le gestionnaire de cache réduit drastiquement l’emprunte mémoire et offre des garanties sur la
consommation de mémoire pendant le calcul, de sorte à adapter le mécanisme selon la plate-forme et
le besoin de l’utilisateur. La stratégie de cache traite les instances de résumés selon leur fréquence d’utilisation dans le processus de construction. De cette façon, des branches entières de la hiérarchie peuvent
résider en mémoire et les résumés rarement sollicités sont stockés sur disque.
L’implémentation proposée adopte un paradigme de programmation par messages (Message-oriented
Middleware) : les composants sont indépendants et l’exécution des tâches à réception des messages est
asynchrone. La mise en place de cette architecture garantit de faibles exigences relativement à la disponibilité et à la centralisation du service. L’indépendance des composants autorise également la distribution
du calcul de sorte à obtenir une architecture pipeline : une fois qu’un composant a mis à jour le résumé
(un nœud de l’arbre) dont il est responsable, il transmet un message avec le n-uplet courant au composant
correspondant au résumé fils, et ce de façon récursive jusqu’aux feuilles de l’arbre.
Le gestionnaire de cache est en mesure de contrôler plusieurs listes de résumés répartis sur différents
nœuds d’un réseau. Il est également responsable de l’équilibrage de la charge estimée par comptage des
n-uplets traités sur chaque nœud.
De l’interrogation des résumés à l’indexation sémantique multidimensionnelle
Participants : Noureddine Mouaddib, Guillaume Raschia, Laurent Ughetto, Amenel Voglozin
L’interrogation des résumés consiste à adresser des requêtes à la structure de résumés plutôt qu ?à
une base de données. Le vocabulaire de construction des résumés permet de spécifier les critères de
sélection sous la forme de descripteurs. Les requêtes correspondent informellement à des questions
d ?existence (”y a-t-il des personnes jeunes et très bien payées ?”) ou de description (”quelles sont les
caractéristiques des personnes jeunes et très bien payées ?”) bien que leur formulation reste la même.
La nature d ?existence ou de description est dérivée de l ?interprétation des résultats. La description est
l ?élément le plus intéressant de l ?interrogation des résumés. Elle permet de connaı̂tre toutes les caractéristiques des objets sélectionnés par la requête sur tous leurs attributs. Par exemple si les données
sont décrites sur les attributs (âge, salaire, sexe, durée des études) on obtient des résultats dont l’interprétation est ”les personnes jeunes et bien payées sont de sexe masculin ou féminin, et ont fait de
longues études”.
Les moyens que nous mettons en ?uvre pour l’interrogation permettent de déterminer les critères de
sélection responsables de l ?échec d ?une requête (c ?est-à-dire lorsqu ?elle n ?a pas de résultat dans le
jeu de données interrogé). La ”réparation” des requêtes s ?inspire des méthodes coopératives où le critère
responsable de l ?échec est exhibé de manière à ce que l ?utilisateur puisse le modifier. À la différence
des méthodes coopératives, nous avons mis en place un cadre formel qui autorise une modification automatique de la requête. L ?objectif visé est de toujours fournir une réponse, même imparfaite, à une
requête.
67
Les résumés sont exploitables dans un profil utilisateur par le biais du vocabulaire d ?interrogation.
Nos travaux ont consisté à établir les scénarios d ?utilisation envisageables, à les analyser et à déterminer
l ?impact d ?un vocabulaire différent sur l ?interrogation. Les divers scénarios mettent en parallèle la
nature des hiérarchies de résumés et celle du vocabulaire. La principale conclusion est que l’utilisation
d’un autre vocabulaire que celui de la construction teinte d’incertitude les résultats de l’interrogation.
Les hiérarchies de résumés partagent plusieurs caractéristiques structurelles avec les index multidimensionnels existants. Nous étudions ces traits communs dans le cadre de la sélection de n-uplets
dans une table de données. Les résultats ne sont plus des résumés mais des n-uplets comme dans une
requête SQL classique. Utiliser une hiérarchie de résumés comme index revient à définir les informations
nécessaires pour répondre à une requête, à les organiser, et à implémenter les algorithmes de recherche
adéquats. Nous nous substituons alors aux méthodes standard du SGBD. Pour ce travail, le SGBD PostgreSQL a été utilisé en raison du fait qu ?il est ”libre” et déjà utilisé dans l’équipe Atlas. L’objectif était
d’évaluer les performances de cet index (et des procédures de recherche associées) selon les métriques
usuelles du domaine (temps de réponse, nombre d’E/S, ...). Les résultats expérimentaux sur des données
réelles et aléatoires sont encourageants et ont déjà mis en évidence la nécessité de réorganiser le fichier
d’index afin de réduire les E/S.
Analyse en ligne de résumés
Participants : Noureddine Mouaddib, Guillaume Raschia, Lamiaa Naoum,
La proposition consiste à définir un cadre général pour l’exploration et l’analyse de résumés de bases
de données de taille significative. Pour mémoire, les résumés sont des vues matérialisées multi-niveaux
de classes homogènes de données. Leur représentation est définie à l’aide de collections d’étiquettes
floues disponibles sur chaque attribut en tant que connaissance de domaine.
En premier lieu nous avons défini un modèle de données logique appelé partition de résumés, par
analogie avec les cubes de données OLAP, dans le but d’offrir à l’utilisateur final un outil de présentation
des données sous forme condensée et adaptée à l’analyse. Dans l’espace des partitions de résumés, les
relations entre les différentes partitions sont établies sur base du procédé de construction de résumés
multi-niveaux développé dans SaintEtiQ.
Nous avons défini une collection d’opérateurs algébriques sur l’espace multidimensionnel de partitions de résumés. Ces opérateurs sont à la base d’une algèbre de manipulation des résumés. Cette
algèbre prend en compte les spécificités du modèle de résumé que nous traitons et permet d’explorer succinctement le contenu de la base de données sans y accéder. Nous avons adapté la majorité des
opérateurs d’analyse proposés dans les systèmes OLAP. Ainsi, nous avons identifié pour cette algèbre
trois catégories d’opérateurs : les opérateurs de base (restriction, projection, union, . . .) issus de l’algèbre
relationnelle, les opérateurs de changement de granularité (roll-up et le drill-down) et les opérateurs de
restructuration (rotation, permutation, . . .). Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour l’exploitation effective des résumés dans un système décisionnel.
Pour compléter ce travail, nous nous sommes intéressés à la représentation des résumés et des partitions de résumés produits par SaintEtiQ, notamment pour en fournir une présentation claire et concise
à l’utilisateur final. En effet, ces structures de données complexes, bien que définies à partir d’un langage contrôlé avec lequel l’utilisateur est familier, sont encore trop riches pour être interprétées correctement par des non spécialistes. Nous avons donc introduit une approche fondée sur les prototypes
flous pour représenter des résumés de bases de données volumineuses. Appliquée à une hiérarchie de
résumés produite par le système SaintEtiQ, l’approche tente d’extraire des prototypes selon deux orientations distinctes. La première proposition consiste à calculer pour chaque résumé une représentation
68
linguistique dite « idéale » en identifiant le meilleur descripteur du résumé sur chacun de ses attributs.
La seconde proposition vise à fournir comme prototype le résumé le plus précis situé dans le sous-arbre
du résumé courant et qui traduit le plus fidèlement la représentation calculée précédemment. Pour finir,
nous travaillons actuellement sur les possibilités de caractériser les résumés en apportant à l’utilisateur
une information complémentaire à celle des prototypes flous. Cette caractérisation doit permettre de valuer un résumé en calculant des coefficients à partir de ses propriétés afin de l’identifier par exemple
comme majoritaire, discriminant, exceptionnel, . . ..
2.5.2 Gestion de données multimédia
Passage à l’échelle pour l’indexation multimédia
Participants : José Martinez, Jorge Manjarrez
Un système de gestion de bases d’images doit a priori s’appuyer sur un système de gestion de bases
de données (SGBD). Nous avons identifié un certain nombre de limitations des SGBD relationnels.
Cinq points clés ont été identifiées et certaines réponses apportées : réduction physique de la taille
des métadonnées, introduction d’informations redondantes, exploitation du parallélisme, classification
et répartition des données, indexation physique différenciée [49]. La combinaison de la classification
et du parallélisme permet, en théorie, d’obtenir des algorithmes de recherche sous-linéaires [64]. Les
expérimentations sont en cours pour valider ce résultat théoriques à partir de simulations basées sur
différents jeux d’hypothèses [62].
Apprentissage statistique distribué décentralisé de modèle probabiliste pour caractériser une classe
audiovisuelle
Participants : Marc Gelgon, Afshin Nikseresht
Une tâche fondamentale en indexation multimédia la caractérisation de classe (définir des observations sur des données audiovisuelles, puis en représenter la variabilité ou un critère la discriminant
d’autres classes). On suppose de grandes quantités de données, pour partie étiquetées de leur classe,
et disponibles en ligne, de façon distribuée à large échelle. Comme l’apprentissage de très nombreuses
classes, à partir de grands volumes de données, est une tâche coûteuse, nous en proposons une version
répartie (données et calcul) et décentralisée. Ce contexte est celui d’un système flexible et dynamique,
de type pair-à-pair, privilégié par les équipes Atlas-GRIM et Atlas-GDD.
Dans le cas de modèle de mélange de gaussiennes (un des plus employés pour les données audiovisuelles), nous avons proposé une technique d’estimation distribuée basée sur une propagation par rumeur,
sur le réseau, des paramètres des modèles locaux. On procède, à chaque étape, à une fusion de modèles
via la recherche d’une combinaison des composantes des modèles à fusionner, optimale au sens d’une
perte minimale de divergence de Kullback approximative [11]. Ce procédé est économe en terme de calcul et d’information à transmettre, puisque l’estimation collective se base sur les paramètres des modèles
plutôt que sur les données. La validité de chaque fusion est enfin évaluée, pour améliorer l’optimisation globale sur le réseau. Ce travail a été lauréat d’une bourse ACM/IBM/Microsoft au workshop ACM
MIR’2005 [37].
Organisation hiérarchique d’un ensemble de mélange de lois
Participants : Jamal Rougui, Marc Gelgon, José Martinez
69
Cette étude s’intéresse à la réduction du coût de phase de classification, dans un contexte d’apprentissage statistique supervisé, dans le cas où l’adéquation entre un modèle de classe M et des données D doit
être évaluée pour de très nombreuses classes candidates. Dans notre contexte, la quantité-clé à calculer
est la vraisemblance p(D|M ), et M prend la forme d’un mélange de gaussiennes. L’exemple applicatif
choisi est la reconnaissance du locuteur. La direction de recherche consiste en l’élaboration d’un arbre
de modèles en vue d’un coût d’évaluation sous-linéaire, relativement au nombre de classes candidates.
La tâche consiste donc à adapter les techniques de structures arborescentes classiquement employées
en bases de données ; ici l’élément élémentaire à indexer est une densité de probabilité. Plutôt que de
revenir aux données, la technique de génération de l’arbre travaille sur les paramètres des composantes
gaussiennes. Le choix de la divergence de Kullback, liée à la log-vraisemblance, dans les noeuds parents
permet de contrôler, dans une certaine mesure, la perte de fiabilité d’une recherche dans l’arbre relativement à une recherche exhaustive [42, 13]. Par ailleurs, nous examinons l’opportunité des techniques
hybrides génératrice/discriminantes récemment proposées (C.Bishop et al.).
Gestion de collection d’images personnelles pour terminaux mobiles
Participants : Marc Gelgon, Antoine Pigeau
L’extension des systèmes de recherche d’information multimédia aux documents personnels fait partie des besoins émergeants et suscite un intérêt industriel et académique. En particulier, les terminaux
mobiles munis de capteurs audiovisuels sont un cas intéressant pour la création et la consultation de
documents. Dans ce contexte, nous avons proposé un ensemble de techniques pour la structuration de
collection personnelle d’images, exploitant les méta-données géo-temporelles associées à ces images.
L’objectif est en fait de retrouver la structure geo-temporelle présente dans un tel jeu de donnnées. Les
propriétés d’incrémentalité, de non supervision et l’obtention d’une hiérarchique de partitions reposent
sur des mélanges de modèles probabilistes, associés à l’optimisation d’un critère statistique [21, 12].
L’exploitation conjointe du temps et de l’espace a également été abordée [40].
Selection d’attributs de texture discriminants pour l’indexation dans un SGBD
Participants : Najlae Idrissi, José Martinez
Un SGBD d’images devrait s’appuyer sur la technologie standard des SGBD et nous avons montré,
dans des travaux antérieurs, que cela impliquait une difficulté à préserver l’efficacité du traitement des
requêtes. Nous avons conclu que : (i) réduire le volume de descripteurs (cela affecte l’exigence en taille
et donc la complexité en temps), (ii) matérialiser de l’information redondante pour améliorer les requêtes
(spécialement quand l’information dérivée est obtenue par des requêtes complexes que l’optimiseur du
SGBD ne sait pas identifier), (iii) faire usage du parallélisme, (iv) distribuer les images sur les noeuds
d’un réseau, sur la base de leurs propriétés visuelles, (v) d’exploiter les techniques d’indexation multidimensionelle, autant que possible.
Nous traitons ici principalement les points (i) et (v) pour ajouter des descripteurs de texture à nos travaux exploitant des descripteurs de couleur. Nous avons utilisé des attributs calculés à partir de matrices
de co-occurence, classiques et efficaces. La difficulté ici a consisté en la recherche d’un sous-ensemble
réduit d’attributs, à la fois suffisamment discriminants et compacts pour rester compatible avec les techniques d’indexation multi-dimensionelle. Ils doivent être les plus décorrélés possibles pour éviter les
biais quand les requêtes sont évaluées et les classifications construites. Enfin, nous avons recherché des
descriptions qui peuvent être reliés à des qualificatifs linguistiques, et donc la perception humaine, car
70
les travaux ultérieurs doivent combiner ces attributs avec la technique de résumé de données décrite dans
la première partie de cette section.
2.6 Logiciels
L’équipe a une politique de mise en œuvre de ses algorithmes.
Actuellement, chaque thème dispose d’un prototype pour les développements internes ainsi que pour
des collaborations aussi bien entre thèmes de l’équipe qu’au sein de l’axe BaDRI ou encore dans le cadre
de collaborations internationales (Tokyo Metropolitan University, Japon ; réseau STIC franco-marocain).
À court terme, il est prévu de diffuser ces outils. Les stratégies envisageables sont diverses : distribution de prototypes opérationnels (ex. : RPMs sous Linux), voire ouverture des codes sources, participation à des plateformes nationales, démonstrations en ligne.
2.6.1 SaintEtiQ
(Responsable: Guillaume Raschia)
URL/DOI: http ://www.simulation.fr/seq
Mots-clés: Résumé de données, hiérarchie, incrementalité
Équipe de développement: Régis Saint-Paul, Guillaume Raschia, Amenel Voglozin
Le prototype S AINT E TI Q met en œuvre la méthode de génération de résumés qui a été développée dans
l’équipe. Considérant un à un les n-uplets d’une relation, le logiciel crée une hiérarchie de résumés relativement à des connaissances de domaine pré-établies. Un certain nombre de modules supplémentaires
sont également proposés, pour assister l’utilisateur dans la préparation de ses données et l’exploitation
immédiate des résumés. Enfin, la visualisation graphique d’informations statistiques permet de contrôler
et d’ajuster le comportement dynamique du système.
La dernière version du prototype S AINT E TI Q a été développé en C# sur une plateforme .NET. Il reprend
et améliore considérablement les fonctions et les performances du prototype précédent, développé de
façon monolithique avec le langage Delphi. La nouvelle mouture du prototype fournit un service web
de résumé que l’on peut aisément coupler avec les SGBD du marché. Les sous-systèmes correspondant
aux modules de transformation des n-uplets et des résumés sont indépendants et la communication entre
les composants logiciels est mise en œuvre par échange de messages. Un grand nombre d’optimisations
de la méthode de construction ont été apportées, et des modèles pour les données, les connaissances
de domaine et les résumés ont été écrits en XML, de sorte que l’interopérabilité soit sinon garantie, du
moins facilitée. Enfin, la parallélisation des traitements et la répartition des composants logiciels est
rendue possible grâce à l’autonomie des documents XML correspondant aux résumés.
2.6.2 FindImAGE
(Responsable: José Martinez)
URL/DOI:
Mots-clés: Multimédia, image, vidéo, recherche par le contenu, navigation, classification
Équipe de développement: José Martinez, Erwan Loisant, Régis Saint-Paul, Ibrahima Mbaye, Najlae
Idrissi
71
F indIm
AGE est un système de recherche d’images par le contenu. Il est relativement complet du point de
vue fonctionnel, offrant au moins une implémentation de chacune des trois approches préconisées pour
accéder à une base d’images.
Un premier module permet d’extraire des informations de bas niveau à partir du signal, stockées dans
un SGBD ou un fichier XML. L’utilisation d’un SGBD permet d’employer le langage d’interrogation
correspondant (SQL, OQL, XQuery. . .). La recherche via l’interrogation par un langage de requêtes
nous semble la brique de base incontournable pour l’intégration dans un futur SGBD multimédia.
Le second module permet des recherches interactives à la manière des systèmes de recherche d’information textuelle (cf. la rétro-action dans le modèle vectoriel). Il évite à l’utilisateur de rédiger des requêtes
complexes – dans le cas d’un SGBD – ou même dénuées de toute sémantique – dans le cas de l’exploitation directe d’informations de très bas niveau (descripteurs statistiques, transformées...).
Enfin, un troisième module permet d’organiser les images a priori afin d’offrir une structure de navigation
aisée et intuitive pour l’utilisateur. Des pré-traitements coûteux, et une certaine perte de discrimination,
sont compensés par les performances de recherches les plus élevées.
L’architecture de F indIm
AGE se veut flexible pour pouvoir s’adapter à des applications spécifiques. Comportant actuellement quelques 100 000 lignes de code C++ et 10 000 de code Java, il se décompose
d’ailleurs en deux versions : une version dite « légère » est opérationnelle et peut être considérée comme
une boı̂te à outils pouvant être intégrée à d’autres systèmes (elle utilise des techniques d’indexation
simples) ; le développement d’une version plus ambitieuse (basée sur des données plus difficiles à obtenir et donc des traitements plus complexes) se poursuit en parallèle avec la prise en compte des autres
médias numérisés, l’audio et la vidéo.
– Collaboration avec University of New South Wales (UNSW), Australie (stage master et thèse de
Q.K.Pham, post-doc à UNSW de R.Saint-Paul (ancien doctorant de l’équipe GRIM), N.Mouaddib
a été professeur invité à UNSW en 2005 et 2006 ; article de revue issu de la collaboration [16]).
– L’équipe est impliquée dans le réseau STIC multimédia franco-marocain, avec l’université Mohammed V de Rabat, l’EMI, l’ENSIAS et l’université de Fès ; trois thèses se déroulent en cotutelle, aboutissant à de nombreuses publications communes.
– L’équipe entretient des relations scientifiques régulières avec les institutions suivantes : University of Michigan-Dearborn, USA (William Grosky), Kettering University, USA (Peter Stanchev),
University of Roskilde (Henrick Larsen), Nokia Research Center, Finlande (Andreas Myka, visite
dans l’équipe et participation au jury de thèse d’A.Pigeau), Delphi corp., USA (Riad Hammoud,
chapitre de livre commmun [61]).
– G. Raschia, impliqué dans un projet européen TEMPUS, dispense chaque année 12 heures de
cours et 8 heurs de TP sur “XML et les bases de données” à l’université de Tetovo (Macédoine).
– Université Métropolitaine de Tokyo (Pr Ishikawa depuis 2002) : le thème de la collaboration est la
recherche par le contenu de données multimédias. Cette collaboration a donné le lieu au financement de la thèse de E. Loisant par le gouvernement japonais (bourse Monbusho).
72
2.7.2 Actions nationales
ANR
.
Contrat RNTL Domus Videum
(2002-2004)
Responsable: M. Gelgon, G. Raschia
Montant: 120 Ke
Mots-clés: Apprentissage, profil utilisateur, télévision
Participants: Guillaume R ASCHIA, Marc G ELGON, Noureddine M OUADDIB, Régis S AINT-PAUL,
Gaëtan G AUMER, Antoine P IGEAU
Partenaires: Thomson multimédia (Rennes), INRIA (projets VISTA, METISS, TEMICS), Ecole polytechnique de l’université de de Nantes (laboratoires d’appui LINA et IRCCyN), INA, SFRS
Le projet D OMUS V IDEUM a pour objectif le développement des outils algorithmiques d’analyse et
d’indexation de données audiovisuelles, de constitution de résumés courts et de condensés, d’extraction
de connaissances et d’apprentissage appliqués à la gestion des plates-formes multimédia domestiques.
Une plate-forme multiédia domestique est ici vue comme un appareil intelligent capable de filtrer le
flux d’information descendante et d’enregistrer les programmes correspondant aux choix explicites de
l’utilisateur ou à son profil construit par le système.
.
ACI SemWeb
(2004-2007)
Responsable: G. Raschia
Montant: 60 Ke
Mots-clés: Médiateur, XQuery
Participants: Noureddine M OUADDIB, Guillaume R ASCHIA, José M ARTINEZ
Partenaires: PRiSM Versailles, CNAM, LIP6, Paris, SIS Toulon et LINA
Le projet identifie les problèmes et propose des solutions pour les médiateurs basés sur XML dans le
contexte du web semantique,utilisant XQuery. Les problèmes concernent le passage à l’échelle de l’architecture, l’intégration de données hétérogènes et le traitement des méta-données. Le résultat attendu
pour le projet est une architecture de médiateur, illustré sur des exemples représentatifs, et livré en logiciel open-source.
.
ACI APMD
(2004-2007)
Responsable: N. Mouaddib
Montant: 80 Ke
Mots-clés: Recherche d’information, personalisation
Participants: Noureddine M OUADDIB, Guillaume R ASCHIA, José M ARTINEZ
Partenaires: PRiSM, Versailles, CLIPS-IMAG, Grenoble, IRISA, Lannion, IRIT, Toulouse, LINA, Nantes
and LIRIS, Lyon
73
Le projet a pour objectif l’améliorer la qualité de l’information retournée lors de recherche, grâce à
une personnalisation du traitement. Il s’agit là d’une tâche de grande importance pour de nombreuses
applications grand public, comme le commerce electronique, où doivent être pris en compte de nombreux
paramètres : hétérogéneité des sources, variété des formats, langages employés, quantité de données
disponible, etc. Le projet doit définir les composantes du profil utilisateur, la manière dont il peut évoluer,
et tirer parti des profils pour filtrer les informations et les présenter.
Autres
– L’équipe a été impliquée dans plusieurs actions spécifiques CNRS du RTP9 :
– Personnalisation de l’information (2003) ;
– Passage à l’échelle dans la taille des corpus (2003) ;
– Le projet MDP2P, s’est déroulé sur 3 ans (2003-2006) et a impliqué trois autres projets INRIA :
Paris, Texmex et Gemo.
– L’équipe a reçu (2003) la visite de C. Demange, expert dans le domaine du multimédia au Ministère de l’industrie pour les réseaux RNTL et RIAM, pour des présentations générales et démonstration
de ses travaux dans le domaine du multimédia.
2.7.3 Actions régionales
CPER
L’équipe Atlas-GRIM participe au projet COM financé par la région des Pays de la Loire qui, dans
le cadre du CPER 2000-2006, a contribué à la structuration de la recherche en informatique dans la
région. En 2006, l’équipe a participé très activement au montage des nouveaux projets régionaux dans le
domaine des STIC (projet MILES 2006-2009, CPER 2007-). Notre contribution concerne la recherche
d’information multimédia en contexte distribué.
Pôles de compétivité
L’équipe a participé, par sa contribution propre et en coordonnant les contributions des contributeurs
académiques (LINA,IRCCYN) au montage du projet SAFEIMAGE, mené par Alcatel, qui a été labelisé
par le Pôle de Compétitivité ”Images et Réseaux” (juin 2006). Ce projet a été soumis à l’ANR. Notre
contribution concerne la classification de données multimédia pour une application de sécurité.
2.8.1 Rayonnement
– Les membres de l’équipe GRIM sont depuis longtemps fortement impliqués dans l’organisation
de la communauté française des bases de données, dans le contexte du GDR I3 et l’organisation
du congrès national BDA.
– N. Mouaddib est vice-président recherche de SPECIF (Société des Personnels Enseignants et Chercheurs en Informatique de France), depuis jan.2006.
– N. Mouaddib est Directeur adjoint du LINA
– N. Mouaddib est membre élu au conseil scientifique et à la commission permanente de l’université
de Nantes
74
– N. Mouaddib est membre nommé à la commission des sciences exactes du conseil régional des
Pays de la Loire, depuis 2005.
– N. Mouaddib est coordinateur du projet région ”Miles : Multimedia - Ingénierie du logiciel - Aide
à la décision - Télécommunications, détection, localisation”
N.Mouaddib est membre du comité de lecture des revues IEEE Transactions on Fuzzy Systems,
International Journal of Uncertainty, Fuzziness and Knowledge-based systems, Ingénierie des systèmes
d’information.
2006
– Congrès Flexible Query/Answering Systems (FQAS) : N. Mouaddib
– Congrès Recherche d’Information et Applications (CORIA’2006) : J. Martinez, N.Mouaddib
– Workshop HPDGrid 2006 - International Workshop on High-Performance Data Management in
Grid Environments : G. Raschia
– Congrès BDA’2006 : J. Martinez
– Congrès INFORSID’2006 : J. Martinez
2005
– Congrès Recherche d’Information et Applications (CORIA’2005) : J. Martinez, N.Mouaddib
– Congrès BDA’2005 : N. Mouaddib
2004
– Workshop “Computer Vision meets Databases” (CVDB’2004) conjoint à ACM SIGMOD’2004 :
J.Martinez, N.Mouaddib
– ACM Int. Symp. on Applied Computing : Multimedia and Visualisation Track (SAC) : J. Martinez
– Congrès Flexible Query/Answering Systems (FQAS) : G. Raschia, N. Mouaddib
– Journées Recherche d’Information Assistée par Ordinateur (RIAO), 2004 : J. Martinez
– Congrès Recherche d’Information et Applications (CORIA’2004) : J. Martinez, N. Mouaddib
– Congrès BDA’2004 : N. Mouaddib
2003
– Journees Bases de Donnees Avancees (BDA), 2003 : J. Martinez
– Atelier “Information retrieval : scaling up the size of corpus” avec le Congrès sur l’Informatique
des Systèmes d’Information et de Décision (INFORSID), 2003 : J. Martinez
– Journées francophones sur la Logique Floue et ses Applications, N.Mouaddib
– N. Mouaddib et G. Raschia organiseront, avec P. Valduriez, le congrès EDBT à Nantes, en 2008.
EDBT est un congrès international majeur dans le domaine des bases de données,
– L’équipe a organisé les rencontres francophones sur la Logique Floue et ses Applications (LFA),
18-19 novembre 2004, Nantes,
75
– J. Martinez a été responsable du site internet de ACM SIGMOD 2004, Paris.
– J.Cohen est membre du comité d’organisation (poster chair, demonstration chair) de European
Conference on Object-Oriented Programming (ECOOP’2006), Nantes.
Les thèmes de l’équipe, gestion de l’information multimédia et résumés de données, font l’objet
d’enseignements de troisième cycle : les membres de l’équipe interviennent dans le master ALD (Architectures Logicielles Distribuées), J.Martinez a été responsable de ce master lors sa première année
d’existence (2004-2005).
Ces thèmes sont également l’objet d’enseignement dans la troisième année du cycle ingénieur en
informatique, à l’Ecole polytechnique de l’université de Nantes.
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Équipe projet
COLOSS : Composants et Logiciels Sûrs
L’équipe s’est constituée en juillet 2005 avec les membres cités ci-dessous.
Responsable : Christian Attiogbé
Chercheurs-Enseignants :
– Pascal André
maı̂tre de conférences, Université de Nantes, 01/09/1996,
en coopération en Côte d’Ivoire à l’INPHB de 1999 à 2003
– Gilles Ardourel
maı̂tre de conférences, Université de Nantes, 01/09/2003
– Christian Attiogbé
– Henri Habrias
professeur, Université de Nantes, 01/09/1991
Chercheur associé :
– Alain Vailly
– Gwen Salaün (encadré par C. Attiogbé)
Bourse MNRT, 2001–2003, thèse soutenue en juin 2003
– Cédric Stoquer (encadré par H. Habrias)
Bourse MNRT, 2003–, thèse démarrée le 01/10/2003
3.2.1 Historique
L’équipe-projet COLOSS s’est créée en juillet 2005 suite à une restructuration de l’ex-équipe MOC.
Les membres de l’équipe constituaient alors l’un des trois thèmes de l’ex-équipe MOC (Modèles, Objets, Composants - cf rapport d’activité 2004 du LINA). Il s’agit du thème « Spécification, validation et
83
84
vérification d’architectures logicielles » où deux principales actions étaient développées : i) vérification
de modèles et ii) concepts, mécanismes et outils multiparadigmes pour les composants logiciels.
Le noyau de l’équipe (C. Attiogbé et H. Habrias) qui a une coloration forte dans les thématiques liées
aux méthodes formelles, a intégré en septembre 2002 l’équipe MOC et a développé les travaux sur
l’intégration de méthodes formelles et la spécification multi-formalismes.
En Septembre 2003, Gilles Ardourel et Pascal André intègrent l’équipe MOC et apportent des compétences
sur les modèles à objets et les composants ; ils partagent des préoccupations communes sur les méthodes
formelles.
En avril 2004, nous avons initié un projet de recherche commun (Composants et logiciels sûrs) où les
compétences en méthodes formelles étaient mises en œuvre sur les problématiques ”composants et architectures logicielles”. Ce projet constitue en partie la genèse des travaux poursuivis jusqu’au moment
de la rédaction de ce rapport.
3.2.2 Objectifs principaux
Notre objectif principal est de trouver des moyens pour construire des composants et des logiciels
sûrs à l’aide de méthodes formelles.
De façon générale, les recherches dans le domaine des méthodes formelles visent à offrir aux développeurs
de meilleurs outils de travail et aux utilisateurs, des logiciels sûrs correspondant aux besoins exprimés.
Plus particulièrement, nos objectifs sont l’étude et la mise au point de concepts, techniques et langages
pour modéliser, concevoir, analyser et développer rigoureusement des logiciels corrects.
Ces objectifs sont déclinés de différentes façons :
– la recherche de modèles correspondant aux problèmes posés, leur étude (preuve de propriétés) et
leur raffinement (passage de modèles abstraits aux codes concrets) ;
– la recherche de techniques pour le développement de composants ou de logiciels modulaires sûrs
et la vérification de propriétés sur les produits du développement (spécifications, programmes) ;
– l’interaction entre modèles formels et les outils de raisonnement associés.
Du point de vue pratique, l’objectif principal est l’élaboration de techniques et d’outils logiciels pour
aider au développement des composants et des logiciels dont on peut garantir les propriétés.
Les propriétés peuvent porter sur i) les systèmes modélisés : fiabilité, sûreté, vivacité, etc et ii) sur
les modèles utilisés : cohérence (on ne peut pas déduire une propriété et son contraire), complétude (un
modèle contient suffisament de propriétés pour que toute conjecture y soit démontrable ou non).
Les sous-objectifs ciblés évaluables à moyen terme sont :
– l’élaboration et la proposition de moyens langagiers pour spécifier et modéliser,
– l’étude de concepts et mécanismes adaptés à la spécification de systèmes complexes (i.e. ceux qui
ne se réduisent pas à un problème connu, mais qui nécessitent une abstraction non triviale),
– l’étude de modèles sémantiques (structures mathématiques permettant d’interpréter les objets d’études,
par opposition aux modèles de description qui ne véhiculent pas d’interprétations), de leur interactions et de leur utilisation conjointe dans des développements,
– la définition de méthodes et d’environnements pour la construction de composants logiciels corrects par des approches compositionnelles,
– l’élaboration de concepts, de mécanismes et d’outils pour assurer la qualité des composants logiciels (sûreté, extensibilité, maintenabilité),
– la mise au point de bibliothèques (bases de spécification), de plateformes de spécification formelle
et d’analyse formelle,
85
– la validation des spécifications formelles par leur liaison au besoin réel.
Elaborer des concepts, techniques et outils pour la spécification, l’analyse et le développement formels des composants et des logiciels sûrs.
La spécification formelle (on parle aussi de modélisation formelle) est une démarche scientifique
qui consiste, pour des fins d’étude, à élaborer une abstraction d’un phénomène ou d’un système (on en a
ainsi un modèle qui est plus ou moins abstrait selon le niveau de détails considérer). On peut modéliser
un système existant, ou bien modéliser un système à construire.
L’analyse formelle consiste à étudier un système sur la base de sa spécification formelle et des propriétés spécifiques ou des propriétés générales. L’analyse permet de déceler les erreurs de la modélisation
ou de s’assurer de la correction du modèle par rapport aux propriétés étudiées.
Le développement formel consiste à partir d’une spécification formelle et à la transformer, par des
raffinements successifs prouvés, en un code exécutable.
Les recherches sur les composants logiciels, après ceux sur les objets et classes, se situent dans le
prolongement des travaux sur la modularité. L’intérêt de la modularité des logiciels a été prouvé ; il s’agit
de maı̂triser la construction et la maintenance de grandes applications logicielles.
Un composant est une entité logicielle dotée d’une spécification précise, d’un fonctionnement précis et
d’une interface permettant de l’utiliser dans la construction d’autres logiciels. Nous adoptons la vision
module réutilisable à la PARNAS [76, 67], reprise dans les travaux de M EYER (Trusted Components [72])
et aussi dans bien d’autres travaux.
Par sûreté, nous entendons un fonctionnement correct, sans défaillance ; c’est-à-dire un fonctionnement tel qu’il est prévu par les spécifications informelles puis les spécifications formelles.
La modélisation et la technologie des composants font l’objet de nombreuses études depuis plusieurs
années [79, 70, 60, 72]. Cependant de nombreux problèmes demeurent ; par exemple la construction de
modèles mathématiquement corrects, la construction de composants sûrs, la preuve de correction des propriétés attendues des composants, la réutilisation des composants, les méthodes rigoureuses d’élaboration
et de composition de composants, la validation d’une spécification du composant par son client, l’utilisation de plusieurs paradigmes dans un composant, etc.
Les problèmes ouverts auxquels nous nous intéressons sont de différents types :
– fondamental : élaboration de concepts et de méthodes de modélisation et de développement, analyse des modèles issus des spécifications, étude de problèmes généraux dont les solutions peuvent
être utilisés dans d’autres contextes similaires, étude des interactions sémantiques entre différentes
approches d’analyse formelle, mise au point de systèmes de raisonnement, etc ;
– technologique : applications directes sur des cas concrets, mise au point d’outils pour spécifier et
développer, élaboration de solutions ad hoc selon des cas d’étude, etc.
Nous attaquons ces problèmes en nous basant sur des méthodes formelles fondées sur la logique, les
systèmes de transition, les algèbres de processus, la preuve de théorème, l’évaluation de modèle (model
checking) ; ces aspects sont détaillés ci-dessous.
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En somme, les thèmes de recherche développés dans notre équipe sont des préoccupations importantes identifiées clairement en génie logiciel et plus particulièrement dans les communautés méthodes
formelles et composants logiciels.
Le positionnement de nos travaux dans ces communautés se situe à la frontière entre les travaux théoriques
et les travaux plus technologiques. Ceci est en soi une de nos spécificités ; en effet, les groupes de recherche se situent souvent dans l’une ou l’autre communauté.
Nous avons structuré nos travaux en deux actions principales présentées ci-après.
Spécification et vérification des modèles à objets et à composants
Le cadre général est celui de l’ingénierie de logiciels à base de composants (CBSE) où plusieurs axes
sont développés : conception (Component-Based Design) ; programmation (Component-Based Programming) et vérification de propriétés. Nous travaillons spécifiquement sur les axes conception et vérification
de propriétés des composants.
La préoccupation principale consiste à s’assurer de la correction des composants utilisés dans les
assemblages de composants et aussi celle des architectures logicielles ainsi construites. De bonnes techniques de spécification sont nécessaires en amont. La spécification formelle d’un composant induit des
modèles permettant de vérifier mathématiquement les propriétés attendues du (sous-)système réel et ensuite de le développer par des raffinements successifs.
La complexité croissante des systèmes informatiques impose pour leur étude et développement
le recours d’une part, aux approches modulaires et, d’autre part, aux méthodes rigoureuses. Les approches modulaires, et plus particulièrement celles orientées objets, composants ou services, induisent
un découpage structurel du logiciel et permettent ainsi de répartir l’effort de développement et les coûts
et aussi de factoriser les produits (capitalisation).
Les modèles à objets ont eu un impact considérable dans l’industrie du logiciel. Ils ont été adoptés
pour la conception et la programmation. Plus spécifiquement, la notation UML (Unified Modelling Language) a suscité des initiatives de consortium d’industriels tels que l’OMG (Object Management Group)
pour en faire un modèle standard. De ce fait, malgré les limitations de UML –notamment dues au manque
de sémantique globale et à la multitude des éléments manipulés– son usage s’est généralisé et il a servi
(et sert encore) de langage de modélisation de nombreux systèmes devenus des systèmes patrimoniaux
(legacy systems), pour lesquels se pose le problème de la maintenance et/ou de la réingénierie.
D’où la nécessité de disposer de techniques et d’outils permettant d’analyser les modèles résultants.
Dans ce cadre, nous travaillons à la vérification des modèles à objets à la UML. Ces préoccupations
sont aussi l’objet d’étude d’autres groupes de recherche tel que le groupe pUML [63] sur la formalisation de la notation UML. Contrairement à la plupart des travaux du domaine, nous ne nous focalisons
pas sur une description figée et complète d’un modèle mais sur des descriptions variant selon le positionnement dans un processus. Nous cherchons des moyens pour décrire et implanter des règles de
vérification de modèles d’architectures logicielles au niveau de leur méta-modèle. Ces règles concernent
la validité des modèles (cohérence entre diagrammes, complétude) ainsi que le respect de critères de qualité logicielle (notamment sur le couplage et le contrôle d’accès [55]). Nous travaillons sur des modèles
UML, éventuellement enrichis [10], variant selon leur utilisation dans le processus de conception. Nous
nous inspirons de travaux sur la sémantique des diagrammes de classes et d’objets d’UML avec les
spécifications algébriques ou à l’aide de modèles spécifiques au problème traité ([55] pour la protection), ainsi que sur la détection d’incohérences. Afin d’implanter nos algorithmes, nous participons à
l’évolution de l’outil Bosco [12]. Il s’agit d’un générateur de code qui permet de traiter des modèles
87
décrits dans un modèle (méta-modèle) qui est lui-même une entrée de l’outil. Cette approche permettra
de s’adapter à d’autres modèles, notamment aux modèles par composants. Notre démarche est décrite
dans [50] et constitue un chapitre de [51].
L’approche de développement de logiciels à base de composants (Component-Based Software Engineering - CBSE) [79, 72, 70] ouvre des champs d’investigation additionnels par rapport aux cycles
de développement classiques. Ce développement ne remet pas fondamentalement en cause les cycles
classiques de développement. Cependant, il pose de nouvelles questions : développement des composants corrects, indépendants des plateformes d’exécution, réutilisables dans diverses applications, maintenables sans effets dommageables pour les applications qui les utilisent, robustes par rapport à la migration des plateformes. Ces questions avaient fait l’objet de travaux de recherche autour des modules, des
classes et par conséquent des méthodes et des résultats sont exploitables.
Nous recherchons donc des voies et moyens pour :
– concevoir et développer des systèmes à partir de composants et services prédéfinis et validés,
– réutiliser ces composants dans d’autres applications,
– faciliter leur maintenance, leur vérification et leur évolution,
– vérifier la conformité des interactions entre composants et détecter les incompatibilités,
– faciliter leur adaptabilité pour offrir de nouvelles fonctionnalités.
Intégration de méthodes formelles et analyse multifacette
Nous nous consacrons ici à l’élaboration des concepts, des mécanismes et des outils multiparadigmes pour le développement formel des logiciels. L’aspect multiparadigme (intégration de plusieurs
langages/méthodes/techniques) constitue l’une des originalités de nos travaux ; en effet contrairement
à d’autres approches formelles, nous mettons l’accent sur la nécessaire complémentarité des langages,
méthodes et outils pour réussir le développement des systèmes complexes.
Certaines insuffisances des méthodes de spécification ou de développement (telles que le déséquilibre
dans la prise en compte des différents paradigmes, les limitations ou les manques dans les systèmes de
raisonnement, etc) peuvent être corrigées en intégrant des méthodes complémentaires du point de vue de
leurs apports respectifs au développement des systèmes complexes.
L’intégration ainsi envisagée est une solution qui ne sera effective qu’après la résolution de plusieurs
problèmes aujourd’hui ouverts :
– expression dans un cadre formel homogène (possibilité de se ramener à un cadre logique de
référence pour interpréter et raisonner sur les objets décrits), de la description d’un système complexe en utilisant éventuellement diverses logiques et techniques appropriées aux aspects considérés
du système.
– raisonnement sur l’ensemble du système ainsi décrit (les problèmes fondamentaux ici relèvent
de l’interaction entre modèles sémantiques différents) et possibilité de raffinement jusqu’au code
implantant le système.
Par conséquent nous nous préoccupons des problèmes liés à l’élaboration des modèles sémantiques
appropriés aux méthodes intégrées, puis des environnements d’expérimentation et d’analyse formelle associés (vérification de propriétés) ; l’analyse devra être multifacette pour prendre en compte les aspects
différents impliqués dans l’intégration.
Nous traitons essentiellement les aspects liés à la vérification par la preuve de théorèmes (theorem proving), pendant la construction du système. Avec la méthode B par exemple, on prouve qu’un niveau
concret correspond bien à un niveau abstrait (raffinement). L’évaluation de modèles (model-checking) est
88
l’autre technique de vérification que nous utilisons pour mettre l’accent sur la couverture de propriétés
dites de vivacité. La combinaison des deux principales techniques est indispensable dans ce cadre.
La technologie des composants peut bénéficier de ces travaux via la production de composants sûrs.
Nos recherches s’appuient, entre autres, sur le langage Z, les algèbres de processus, la méthode B, le
système PVS, le système SPIN, le GRAFCET, la notation UML.
En guise d’expérimentation, nous étudions plusieurs cas de spécification, puis le passage d’un modèle
sémantique à un autre ;
– l’interaction entre les systèmes abstraits B et les processus asynchrones concurrents ; interaction
entre les outils associés par exemple, B et SPIN, B et Réseaux de Petri, B et Grafcet, etc
– la formalisation du GRAFCET en systèmes abstraits B afin de disposer des outils d’analyse formelle de B pour les spécifications à base de GRAFCET (principal objet de la thèse de Cédric
Stoquer sous la direction de Henri Habrias).
3.2.4 Perspectives
En perspectives, nous devons faire la preuve des concepts sur des prototypes de recherche (éventuellement
transférables en industrie). Nous visons :
– La production de concepts et langages de référence pour une technologie rigoureuse des composants. Les bases de tels langages existent déjà ; nous avons développé un modèle à composants et
le langage de spécification associé : Kmelia. Comparé aux modèles existants tels que EJB, CCM,
.NET, notre modèle à composant, Kmelia, ne se situe pas au niveau programmation mais il suit
le cycle classique de développement (allant de l’abstrait au concret) ; il est indépendant des plateformes d’exécution et nous visons à pouvoir raffiner un modèle abstrait Kmelia vers différentes
plate-formes d’exécution.
– La constitution de bibliothèques de composants et spécifications réutilisables. La boı̂te à outils
COSTO (cf section 3.5) développée conjointement avec l’élaboration de Kmelia constitue déjà les
bases de telles bibliothèques.
– La diffusion, non seulement à travres les publications académiques mais aussi sous forme de prototypes libres, des techniques, méthodes et outils de spécification et d’analyse formelle multifacette.
Les bases sont là aussi posées avec ORYX, NABLA, CBS, ATACORA, Grafcet2B (cf section 3.5).
Nos travaux se situent dans la lignée des recherches fondamentales sur les méthodes formelles,
les approches modulaires, les algèbres de processus, les modèles sémantiques, etc : Dijkstra[61, 62],
Parnas[76, 67], Gries [64, 58] Hoare [65, 66], Milner[73, 74], Khan [68], Abrial [48], les handbooks
[81, 82] et d’autres encore [77, 80, 56, 75, 59, 69, 72].
Les outils mis en œuvre relèvent de la logique, de l’algèbre et des mathématiques discrètes. Les spécifications
formelles sont des modèles mathématiques de systèmes à étudier. Leur élaboration et la formalisation des
propriétés des systèmes se basent sur les logiques classique et modale, l’algèbre, la théorie des ensembles,
la théorie des types, la théorie des graphes, la théorie des automates, etc.
Les fondements scientifiques de nos recherches sont donc bien établies et solides. Les approches et
techniques que nous utilisons s’enracinent dans le cadre général des méthodes formelles. L’étude et le
développement des systèmes informatiques exigent le recours aux méthodes rigoureuses (mathématiques)
comme c’est le cas dans d’autres disciplines scientifiques.
89
Les méthodes formelles offrent le cadre scientifiquement rigoureux nécessaire pour valider la construction des systèmes informatiques qu’ils soient logiciels ou matériels, critiques ou non.
L’exploitation des spécifications (analyse, raffinement) fait appel à la preuve de théorèmes, la théorie des
graphes (analyse, couverture), la théorie des automates, la théorie du raffinement, la théorie des types,
etc.
La spécification formelle est une démarche qui consiste à élaborer une abstraction d’un système (existant
ou non) pour des fins d’étude et de développement. Elle induit des modèles sémantiques permettant de
vérifier mathématiquement les propriétés attendues du système réel et ensuite de le développer soit par
une programmation rigoureuse soit par des raffinements successifs prouvés.
Spécification et vérification de composants logiciels
Notre approche de développement des composants s’appuie sur les méthodes formelles : spécification
des composants et vérification de leurs propriétés. Les fondements classiques sont utilisés mais adaptés
ici à des besoins spécifiques liés aux caractéristiques des composants. Les algèbres de processus par
exemple permettent d’exprimer des comportements de composants ou des services. Les propriétés des
composants (fonctionnelles, de surêté, de vivacité, etc) sont exprimées avec les approches traditionnelles
en logiques classique ou modale.
Du point de vue des approches formelles un composant est un modèle mathématique d’un système
ouvert ou fermé, mono-service ou multi-service, et à communication synchrone ou asynchrone avec son
environnement.
Un composant ou un logiciel est formellement spécifié à l’aide des modèles logiques, des modèles
à états ou des axiomatisations et des combinaisons adéquates de ces modèles. Le composant est ensuite
validé à travers l’étude de ses propriétés. L’étude des propriétés est effectuée par la preuve de théorèmes
ou l’évaluation de modèles.
L’assemblage de composants est défini à l’aide d’opérateurs de composition munis de contraintes spécifiques.
Les outils de la logique, de la théorie des ensembles, de l’algèbre ou de la théorie des graphes sont utilisés.
Le problème (ouvert) de la compositionalité est de nouveau au premier plan. En effet les travaux
sur la compositionalité (préservation des propriétés des parties composées, et déduction des propriétés
du tout à partir de celles des parties lorsqu’on les compose), avaient été longtemps étudié notamment
(Gries, Owicki, etc), puis se sont estompés. Or la vérification de propriétés dans le cadre de l’approche
de développement à l’aide de composants est intrinsèquement liée à la composition des composants et
de leurs propriétés.
La composition de composants hétérogènes (différents modèles sous-jacents) peut être ramenée aux
problèmes abordés par ailleurs dans le cadre de l’intégration de méthodes formelles (interaction entre
modèles sémantiques et système d’analyse multifacette).
Intégration de méthodes formelles et analyse multifacette
La logique formelle et la sémantique constituent les fondements des travaux sur l’intégration de
méthodes. En effet, intégrer des méthodes consiste à assurer la cohérence des modèles sémantiques
impliqués et pouvoir analyser des propriétés globales sur des modèles sémantiques différents.
Les systèmes informatiques complexes (pas seulement du fait de leur grande taille mais aussi du fait
qu’il n’est pas trivial de les appréhender) peuvent incorporer différents sous-systèmes ou composants
90
matériels ou logiciels provenant d’origines différentes. L’expression de la sémantique globale nécessite
l’usage et l’adaptation des modèles sémantiques classiques.
L’analyse des propriétés de tels systèmes requiert des modèles conçus par l’intégration des modèles
associés à la spécification des différents sous-systèmes.
L’expression de propriétés globalement cohérentes par rapport aux différents modèles intégrés est
un problème de logique formelle. L’étude des propriétés des systèmes se ramène ici à l’interaction entre
différents modèles sémantiques. Ce type de problème est abordé avec les outils logiques (Transfer Problem) et relève aussi de la combinaison de systèmes de raisonnement.
Sur la base de compatibilité de modèles sémantiques (en recherchant des cadres formels unificateurs :
systèmes de transition étiquetées, théorie des ensembles), des techniques d’encodage entre logiques sont
employées afin d’exprimer et d’analyser les propriétés dans des cadres unifiés.
L’analyse multifacette est fondée sur la combinaison des techniques de preuve de théorèmes et des
techniques d’évaluation de modèles.
Les domaines qu’il nous semble important de citer comme exemples sont :
– les systèmes concurrents et réactifs ; ils nécessitent le recours aux approches formelles du fait de
la complexité intrinsèque à ce type de systèmes,
– l’élaboration de composants logiciels certifiés corrects et leur composition pour décrire des logiciels plus grands (ou leurs architectures),
– les protocoles et services de communication,
– les systèmes enfouis dans les équipements domestiques ou industriels.
De façon générale, les domaines d’application des méthodes formelles recouvrent potentiellement toutes
les activités de développement du logiciel mais aussi du matériel. Cependant, le coût relativement élevé
aujourd’hui (haut niveau de qualification des développeurs, délais de développement importants), de
l’utilisation des méthodes formelles restreint les domaines d’application à ceux dits critiques.
Composants certifiés corrects et logiciels à base de composants
La contribution des méthodes formelles dans le domaine aujourd’hui appelé Component-based Software Engineering se traduit concrètement par : la spécification des composants, la preuve des propriétés
voulues pour les composants, la détection de problèmes de cohérence, la génération de composants
réutilisables, l’aide à l’assemblage de composants.
Nous explorons des applications relatives à ces différents domaines cités ; concrètement nous travaillons sur les moyens langagiers pour spécifier les composants et leurs propriétés ; nous travaillons sur
des techniques d’analyse des propriétés et nous développons des outils associés.
Nous visons particulièrement deux cibles qui sont d’actualités dans le domaine des objets : d’une
part le langage UML, un quasi-standard industriel mais qui est reconnu comme informel et d’autre part,
les composants logiciels industriels (EJB, DCOM, CORBA/CCM) et des langages d’architectures.
En ce qui concerne le développement des composants, nous considérons un cycle allant de la spécification
formelle (d’un composant en tant qu’entité logicielle) jusqu’à son implantation en passant par des raffinements. Un utilisateur du composant peut se contenter de sa spécification formelle (composant abstrait)
dans les phases de spécification et utiliser ensuite une implantation particulière de ce composant (composant concret) dans les phases d’implantation de son application.
91
Systèmes d’exploitation, systèmes distribués, systèmes enfouis
Les systèmes enfouis (ou embarqués) sont de plus en plus présents dans les équipements courants.
Un système enfoui est fondamentalement une version allégée d’un système d’exploitation ; il permet
de gérer l’équipement ou les ressources offertes par celui-ci. La preuve des concepts sur les applications ou cas génériques connus en système d’exploitation permet d’envisager une mise à l’échelle.
Nous appliquons nos techniques à l’étude de plusieurs problèmes génériques en systèmes d’exploitation
(synchronisation[28], exclusion mutuelle[3], communication de groupe[5], etc).
3.5 Logiciels
3.5.1 BOSCO
(Responsable: G. Sunyé)
URL/DOI: bosco.tigris.org/
Mots-clés: MetaModèle, UML, Génération de code
Équipe de développement: Pascal André, Gilles Ardourel, Gerson Sunyé
Bosco est un générateur de code à deux niveaux qui permet de traiter des modèles décrits dans un modèle
(méta-modèle) qui est lui-même une entrée de l’outil. Il est paramétré par des méta- modèles. Il accepte
des modèles, décrits dans le méta-modèle, et génère le code associé ; ce code comprend différents traitements à appliquer au modèle, sous forme de visiteurs. Les entrées et paramètres sont des descriptions
XMI conformes aux standards de l’OMG. Le code généré est pour l’instant du code Java, conforme au
standard JMI. Bosco est un logiciel libre, accessible sur Internet
3.5.2 COSTO
(Responsable: Gilles Ardourel)
URL/DOI:
Mots-clés: Composants, Verification Comportementale
Équipe de développement: Pascal André, Gilles Ardourel, Christian Attiogbé
COSTO (Component Study Toolbox) est une boı̂te à outils pour spécifier, analyser et développer des composants Kmelia. COSTO dispose d’un analyseur/compilateur de spécifications qui permet de compiler
des spécifications Kmelia et de les représenter dans une structure abstraite sous forme d’objets. COSTO
comprend également des traducteurs de spécifications Kmelia en Lotos et en MEC afin d’obtenir des
spécifications en entrée des outils d’analyse formelle tels que CADP et MEC.
3.5.3 ORYX
(Responsable: Christian Attiogbé)
URL/DOI:
Mots-clés: Intégration de méthodes, génération d’environnements spécifiques
Équipe de développement: Christian Attiogbé, Etudiants de Master
92
ORYX est un générateur d’environnements de spécification dédiés aux besoins exprimés par l’utilisateur.
A partir des caractéristiques du cahier des charges, ORYX permet de génerer l’environnement (langages
de spécification, outils d’analyse) spécifique.
Les principaux composants sont : i) un système d’information pour les méthodes formelles de developpement et la base de données associée. Ils permettent d’aider l’utilisateur à cerner les caractéristiques de
son cahier de charges, les langages appropriés, les outils appropriés. ii) un noyau du générateur d’environnements qui s’appuie sur des opérateurs abstraits modélisant les concepts à la base de différents
paradigmes de spécification. Il permet de construire le langage de spécification abstraite. Nous avons fait
des expérimentations pour la génération d’environnements intégrant des données et des comportements
(interactions).
3.5.4 ATACORA
(Responsable: Christian Attiogbé)
URL/DOI:
Mots-clés: Passerelles entre spécifications, Intégration de méthodes
Équipe de développement: Christian Attiogbé, Etudiants de Master
ATACORA est une plate-forme prototype de spécifications multiformalismes et d’analyse multifacette.
Parmi les composants de base, il y a un ensemble d’analyseurs et de décompilateurs. Ils ont en commun
des descriptions ATS (Abstract Transition Systems) qui expriment la sémantique commune à plusieurs
formalismes de spécification. Nous nous servons des systèmes de transitions abstraits pour effectuer des
traductions de formalisme à formalisme afin d’analyser les spécifications avec les outils appropriés. Des
expériences sont faites avec les formalismes/méthodes B, Promela et Réseaux de Petri.
3.6.1 Spécification et vérification de modèles à objets et à composants
Participants : Pascal André, Gilles Ardourel, Christian Attiogbé, Henri Habrias, Cédric Stoquer.
Dans le cadre des travaux sur les modèles à objets et leur vérification, nous avons étudié un processus générique de vérification de la cohérence de modèles de type UML, extensible à d’autres modèles ;
nous avons poursuivi le développement de BOSCO (mise en œuvre de référentiels de langages de
modélisation, à partir des leur méta-modèles ; acquisition et manipulation de modèles UML 1.4 et UML
1.5). Ce travail a donné lieu à deux publications [12, 27].
Concernant les modèles à composants, nous avons défini un modèle formel à composants à base de
services : Kmelia. Le langage de spécification associé au modèles est aussi développé. Contrairement
à la plupart des modèles à composants, Kmelia ne manipule que des composants via des services ; les
composants Kmelia n’ont a priori pas de comportements, ce sont plutôt les services qui en ont ; cela
accroı̂t la réutilisabilité.
Nous avons proposé Kmelia comme base de modèles à composants formels, simples et flexibles pour le
développement de logiciels (prouvés) corrects.
En plus du concept de composant abstrait (indépendant des plateformes d’exécution et donc support
des analyses préliminaires), l’aspect multiservice de notre modèle à composants constitue une de ses
originalités. En effet, parmi les modèles à composants actuels, nombreux sont des modèles adhoc (CCM,
EJB, ...) orientés vers la programmation directe ; d’autres ne facilitent pas les preuves de propriétés
parce qu’ils utilisent de nombreux concepts ; d’autres encore négligent l’expressivité ce qui les rend
inutilisables en pratique.
Ces travaux ont aboutit à des résultats qui ont fait l’objet de diverses publications :
93
– un algorithme de vérification de conformité des interactions entre composants Kmelia [29] ;
– une technique de vérification des compositions de services en utilisant la composition parallèle de
systèmes de transitions [28] ;
– les fondements de la composabilité et la vérification de la composabilité des composants Kmelia
[6] ;
– la vérification avec MEC d’assemblages de composants logiciels [20] ;
– des techniques de coordination et d’adaptation de composants et services [30] ;
– la spécification d’architectures logicielles avec Kmelia [19].
L’élaboration du modèle est conjointement menée avec la réalisation d’un prototype d’expérimentation :
COSTO (Component Study Toolbox). Ce prototype permet actuellement la spécification de composants
Kmelia, la vérification des propriétés comportementales en utilisant Lotos/CADP et MEC.
3.6.2 Intégration de méthodes formelles et analyse multifacette
Participants : Pascal André, Gilles Ardourel, Christian Attiogbé, Henri Habrias, Gwen Salaün (jusqu’en juin 2003), Cédric Stoquer.
Dans le cadre des travaux sur l’intégration de méthodes formelles, nous avons construit une plateforme (Natif/Oryx) d’aide à la spécification et à l’intégration de méthodes [2, 57, 46] ; elle est constituée :
d’un système d’information pour l’aide à usage des méthodes formelles appropriés aux problèmes courants et de la base de données associées, des outils interface d’aide à l’analyse des cahiers de charge,
d’un générateur d’environnements de spécification dédiés aux besoins de l’utilisateur ; des éditeurs de
spécification et de décompilateurs.
Cette plateforme est maintenant complétée par un prototype spécifique à l’intégration et à l’analyse multifacette (Atacora).
Nous avons étudié la combinaison de modules de spécifications hétérogènes ; la thèse de Gwen
Salaün soutenue en juin 2003 [42] a contribué à ces travaux ; nous avons proposé une solution basée
sur les machines à états étendus pour l’utilisation conjointe de modules de données (statique) et de comportements (dynamique). Des résultats sont publiés :
– la traduction des modules dynamiques intégrant des données en PVS afin d’utiliser ce systèmes de
preuve [8] ;
– la formalisation de notre combinaison de modules hétérogènes [7] ;
– l’expérimentation sur une étude de cas de notre proposition de combinaison de dynamique et de
données [17] ;
– une méthode d’intégration de modules de données dans les algèbres de processus [9] ;
– une approche pour l’intégration de données formelles dans les diagrammes d’états d’UML [22].
Dans le cadre de la méthode B et son intégration avec d’autres méthodes formelles, nous avons
travaillé sur un cadre formel intégrant les systèmes abstraits B et les réseaux de Petri de façon à combiner
les outils d’analyse associés dans des projets intégrant les deux méthodes de spécification : [47].
Nous étudions la formalisation des modèles de GRAFCET en B (thèse de Cédric Stoquer, en cours
de rédaction, sous la direction de H. Habrias) [26].
Nous avons élaboré une approche ascendante (CBS : Communicating B Systems) pour la composition parallèle de systèmes abstraits B. Cette technique est mise en œuvre pour reconstruire formellement
l’algorithme d’exclusion mutuelle de Peterson par exemple : [3, 11].
Nous avons comparé les approches de spécification en B, B événementiel et LTSA [33]. Nous avons
travaillé sur la formalisation des approches semi-formel, des expérimentations et des études de cas ont
été faites et publiées : [31, 24, 25, 34, 23, 32, 35].
94
Nous avons étendu la méthode B par intégration des opérateurs de composition parallèle issus des
algèbres de processus : [3], [4].
Concernant l’analyse multifacette nous avons proposé une méthode d’analyse partant d’un modèle
formel de référence unique qui est ensuite décliné selon les facettes à étudier et les outils appropriés. Les
résultats sont publiés :
– dérivation de modèles de validation à partir d’un modèle de référence sous forme de règles logiques
[13],
– d’un modèle de référence à son analyse multifacette combinant preuve de théorème et évaluation
de modème [14],
– d’un modèle de référence B et son analyse multifacette utilsant divers outils B (preuve de théorèmes
et évaluation de modèle) [16].
Nous avons élaboré des techniques d’analyse combinant les techniques de preuve de théorèmes (theorem
proving) et d’évaluation de modèles (model checking) avec B, SPIN, ProB, Lotos. Le développement
d’un prototype est entamé : Atacora, il permettra à terme le passage d’un modèle formel à un autre afin
de réutiliser des outils d’analyse sur un même modèle initial ou sur une combiniaison de modèles formels
spécifiques. Les techniques élaborées ont été mises en œuvre avec CBS pour le développement formel
de systèmes [3].
Nous avons proposé une nouvelle méthode pour aider à la spécification de système multi-processus
[15]. Elle est mise en œuvre sur plusieurs études de cas et aussi utilisée pour spécifier des systèmes de
communication de groupe [5].
L’équipe COLOSS existe depuis juillet 2005. Certains membres ont cependant participé à un contrat
précédent (2001-2003) dans le cadre des programmes du CIES (avec Oumtanaga Souleymane, INPHB
Cote d’Ivoire).
Nous avons participé au CPER précédent (projet COM axe Objet-Composant-Modèles) et nous
sommes acteurs dans le nouveau projet CER (projet MILES).
Stratégiquement nous privilégions dans un premier temps les collaborations académiques avec ou
sans développement d’outils –qui permettent de promouvoir à moyens termes nos résultats à travers des
publications scientifiques– par rapport aux coopérations industrielles de type développement de logiciels
répondant à des besoins précis. Cependant nous portons une attention particulière à la contribution à la
réponse aux appels d’offres (programmes ANR, PCRD) impliquants plusieurs laboratoires et industriels
sur des thématiques alliant travaux fondamentaux et travaux de développement spécifiques.
Projet ANTA
(2001–2003)
Responsable: Christian Attiogbé
Montant: 6 000 e
Mots-clés: Platefomes d’enseignement électronique(Web), Modélisation, Réseaux
Participants: Pascal André, Christian Attiogbé, Souleymane Oumtanaga
Partenaires: Institut National Polytechnique Houphoüet-Boigny, Equipe MOC/COLOSS(LINA)
95
Dans le cadre de ce projet, nous avons contribué à la mise en place d’une plateforme logicielle pour
le développement de formations accessibles via le Web. Cela suppose notamment la mutualisation et la
réutilisation de ressources pédagogiques. La modélisation et la description des ressources pédagogiques
pour un usage flexible sur le Web ont été traitées. Notre avons recherché des techniques et des modèles
de représentation de ressources pédagogiques afin de pouvoir valider les contenus des systèmes d’enseignement. Ce travail a produit le modèle SCOPE (Structuration des Contenus Pédagogiques) [52]
pour structurer des modules d’enseignement notamment dans le domaine des réseaux ; une plateforme
prototype est aussi développée avec la collaboration d’étudiants de Maı̂trise Informatique.
Des contacts récents ont été établis avec des collègues de Université de Halle en Allemagne (Pr.
Zimmerman) et des collègues de l’Université de Prague (Pr. Plasil) pour travailler autour des composants
logiciels, l’organisation d’ateliers de travail et l’encadrement de thèse en co-tutelles.
3.7.2 Actions européennes
Nous avons déposé un projet franco-allemand, avec les collègues de Halle en Allemagne, dans le
cadre du programme PROCOPE (2007-2008). Il s’agit de conjuguer les compétences et expériences
des deux équipes impliquées pour résoudre des problèmes de vérification de protocoles de composants.
L’équipe COLOSS contribue par ses compétences sur les algèbres de processus et les systèmes de transitions ; l’équipe allemande partenaire utilise elle des techniques basées sur la technologie des langages
formels.
Participation de l’équipe dans :
– le GDR I3 3.2 : Modélisation et conception de systèmes
– le GDR ALP : Pôle composition et réutilisation d’objets répartis
– le GDR ALP - SPL (Pôle Spécification, Programmation et Logique)
– le GDR ALP - AFADL (Groupe Approches Formelles dans l’Assistance au Développement de
Logiciels)
– le GDR ALP - B (Méthode B)
– le nouveau groupe GDR Transformation de modèles (2006)
– le nouveau groupe GDR Génie du Logiciel et de la Programmation (2006)
Contrat Etat-Région
L’équipe a participé au projet COM (CPER 2001-2006) financé par la région Pays de la Loire.
Elle est également fortement impliquée dans le montage du nouveau projet CER (axe Ingénierie du
Logiciel du projet ”MILES”).
96
3.8.1 Rayonnement
Séminaires
2006 :
– C. Attiogbé, Composants logiciels : spécification, composition et vérification avec Kmelia, SeminaireUR/Vasy INRIA Rhône-Alpes, Mars 2006, Grenoble
– C. Stoquer, Vérification de Grafcet avec la méthode B, Université Bretagne Ouest, juin 2006, Brest
2004 :
– G. Ardourel, La protection statique dans les langages à classes, Workshop Projet COM, Avril 2004,
Nantes.
– P. André, La vérification avec UML, CRI Ouest, Mars 2004, Nantes
2003 :
– C. Attiogbé, Etude de la composition parallèle de systèmes abstraits B, GDR-ALP-AFADL, Paris
H. Habrias a été secrétaire d’un groupe OFTA (Application des techniques formelles au logiciel) et
membre d’un autre groupe OFTA (Architectures de logiciels et réutilisation de composants).
H. Habrias est membre du CERCI (Centre d’Etudes et de Recherche sur les Conflits d’Interprétation),
Université de Nantes, http ://www.lalic.paris4.sorbonne.fr/stic/as5.html.
3.8.2 Expertise de projets
H. Habrias a été :
– Expert pour les Presses Universitaires Romandes,
– Expert pour le Ministère de l’Education Nationale (Enseignement supérieur) français
– Expert pour le FCAR (Fonds pour la Formation de Chercheurs et l’Aide à la Recherche) du Canada, 2002.
– Expert pour l’Université de Teesside, U.K., 2003
– Expert pour le RNTL, 2003
P. André a été :
– Co-éditeur d’un numéro spécial sur les méthodes formelles à objets dans la revue L’Objet.
– Membre du comité de programme de ESUG’05 (Smalltalk),
– Rapporteur pour des articles de conférences (ZB’03, IFM’04, Inforsid’04, ADVIS’04, ZB’2005,
ICFEM’05, INFORSID’05, IFM’05, MOSIM’06) et de revues (L’OBJET, SoSym)
G. Ardourel a été membre des comités de lecture de :
– WEAR03 (OOIS, Genève 2003),
– INFORSID (Biarritz, 2004),
– OCM-SI(Biarritz, 2004),
– MOSIM’06
C. Attiogbé a été membre des comités de programme et de lecture de :
– ZB2003, B2003, Majestic03,
– IFM04, ADVIS’04, IFM2004, CARI04
97
– ZB’2005, ICFEM’05, IFM’05
– MOSIM’06
H. Habrias a été membre des comités de programme des conférences internationales suivantes :
– ZB 2003 (Turku, Finland) ; IFM 2003
– IFM 2004 ; MCSEAI 2004 ; FME/Teaching Formal Methods 2004(Gent, Belgique)
– ZB 2005 (Kent, U.K.)
– MOSIM’06
L’équipe a participé avec les autres équipe de l’axe « architectures logicielles distribuées » du LINA
à l’organisation de la conférence ECOOP’2006 à Nantes.
G. Ardourel a été membre des comités d’organisation de :
– LMO’2002 (Montpellier, 2002),
– WEAR’03 (Genève),
– MOSIM’06
H. Habrias a :
– créé à Nantes la série des conférences internationales sur la méthode B. Il est le secrétaire du
comité de pilotage (association APCB) depuis 1996.
– organisé les journées nationales ”Informatique et Droit”, Avril 2003, Avril 2004 à Nantes
– membre du comité d’organisation de MOSIM’06
Les membres de l’équipe dispensent des enseignements ou encadrent des projets autour de la problématique
des objets, des composants et des méthodes formelles au sein des formations suivantes :
– DEA (actuellement MASTER Recherche) d’informatique de Nantes
– DESS (actuellement MASTER Professionnelle) d’informatique de Nantes
– DESS Génie logiciel, économie, droit et normes de Nantes (créé par H. Habrias)
– Licence, Maitrise et licence professionnelle
– IUP d’informatique
– Master MDBS Sophia Antipolis
P. André, G. Ardourel
– co-responsables du DESS Génie Logiciel : Economie, droit et normes. 2004/2006
– co-encadrement du DEA de Sami Dakkha. 2004/2005
C. Attiogbé a encadré
– le DEA de Nassima Sadou [78], en 2002,
– le DEA de Gwen Salaun, en 1999/2000,
– la thèse de Gwen Salaun, soutenue en 2003,
– de nombreux étudiants de Master1 (TER) et Master2 P. (ex DESS)
H. Habrias
– monté deux écoles de printemps (2000-01) destinées aux collègues pour montrer comment relier
l’enseignement de mathématiques et logique à ceux de spécification, bases de données, programmation.
98
– a organisé à la demande du Président de l’Université de Nantes le colloque international sur Pierre
Abélard (histoire, logique, ontologie, musicologie, littérature, philosophie) en 2001
– monté le DESS Génie Logiciel : Economie, droit et normes et en a été responsable de 2003 à 2005.
H. Habrias
– Rapport et jury de thèses IRIT/Toulouse/2002, Rapport/Lyon/2002
– Rapport et jury de viva voce, Université de Teesside, U.K., 2002
– Rapport et jury de thèses LORIA/Nancy/décembre 2002, Loria/Nancy/mai 2006, Jury HDR/Cnam
Evry/2002,
– Rapport et jury, Université de Sherbrooke, Canada, 2003
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Équipe projet
MODAL : Langages de Modélisation
d’Architectures Logicielles
Responsable : Mourad Oussalah
Chercheurs-Enseignants :
– Tahar Khammaci
– Mourad Oussalah
professeur, Université de Nantes, 01/09/99
– Dalila Tamzalit
– Gautier Bastide
doctorant, Bourse Ecole des Mines de Douai, LINA/Ecole des Mines de Douai, 01/10/04
– Sylvain Chardigny
doctorant, Bourse Ecole des Mines de Douai, LINA/Ecole des Mines de Douai, 01/01/06
– Olivier Le Goaer
doctorant, Bourse MNRT, LINA, 01/10/05
– Nassima Sadou
doctorante, Salariée, LINA, 01/10/03
Collaborateurs extérieurs :
– Adel Alti
doctorant/maı̂tre
– Abdelkrim Amirat
doctorant/maı̂tre
– Djamal Bennouar
doctorant/maı̂tre
– Amar Bessam
doctorant/maı̂tre
assistant, Université de Sétif, 01/10/04
assistant, Université de Annaba, 01/10/05
assistant, Université de Blida, 01/03/03
assistant, Université de Annaba, 01/10/05
105
106
– Djamel Seriai
maı̂tre assistant, Ecole des Mines de Douai, 01/10/03
– Adel Smeda
post-doctorant, LINA, 01/09/06
Stagiaires :
– Cedric Brun
stagiaire Master Recherche ALD, Université de Nantes, 2006
– Olivier Le Goaer
– Houari Madani
– Brice Turcaud
4.2.1 Historique
1999 :
– arrivée de Mourad Oussalah à l’Université de Nantes avec trois doctorants
– création de l’équipe Modélisation par Objets et par Composants de systèmes complexes (MOC) et
fédération des activités « objets et composants »du laboratoire IRIN.
2000 :
– participation à la création de la conférence OCM (Objets, Composants, Modèles) à Nantes en
2000.
– participation à la création du pôle OCM régional regroupant l’EMN et l’Université de Nantes.
– reconversion thématique de T. Khammaci (initialement dans le thème spécifications formelles).
2001 :
– recrutement de D. Tamzalit sur un poste de MC à l’Université de Nantes.
– co-organisation avec l’EMN de la manifestation nationale LMO au Croisic (Nantes).
2002 :
– recrutement de G. Sunyé sur un poste de MC à l’Université de Nantes.
– organisation du Workshop National OCM-SI (Objets, Composants, Modèles dans l’ingénierie des
Systèmes d’information) à Nantes
– rattachement des membres de l’ancienne équipe Méthodes et Spécification Formelles (MSF) :
M. Allemand (MC), C. Attiogbé (MC), H. Habrias (Pr), P. André (MC). Compte tenu du projet
scientifique de l’équipe MOC, ce rattachement est justifié par le fait que les anciens membres de
l’équipe MSF partagent les mêmes centres d’intérêt que les membres de l’équipe MOC, à savoir
la spécification et la conception d’architectures logicielles.
2003 :
– F. Trichet (MC), ex-responsable de l’ancien thème Ingénierie des connaissances, intègre l’équipe
MOC en y apportant ses compétences dans le cadre des architectures logicielles et des architectures
à base de connaissances.
– recrutement de G. Ardourel sur un poste de MC à l’Université de Nantes
MODAL : Langages de Modélisation d’Architectures Logicielles
107
– organisation du Workshop National OCM-SI à Nancy
2004 :
– organisation du Workshop National OCM-SI à Biarritz
2005 :
– création de l’équipe MODAL, suite à la restructuration de l’équipe MOC
– organisation du Workshop National OCM-SI à Grenoble
2006 :
– organisation de la Première Conférence Francophone sur les Architectures Logicielles (CAL’06)
à Nantes
– organisation du Third European Workshop on Software Architecture (EWSA’06) à Nantes
4.2.2 Objectifs principaux
Aujourd’hui, nous vivons une nouvelle évolution dans l’art de concevoir des systèmes complexes.
Après les technologies objets qui ont modifié profondément l’ingénierie des systèmes logiciels améliorant ainsi leur analyse, leur conception et leur développement, nous entrons dans une nouvelle ère de
conception de systèmes, « l’orienté-composant », qui a émergé au sein de la communauté de recherche
« Architectures logicielles ». L’orienté-composant consiste à concevoir et à développer des systèmes
par assemblage de composants réutilisables à l’image par exemple des composants électroniques ou des
composants mécaniques. Plus précisément, il s’agit de :
– concevoir et développer des systèmes à partir de composants préfabriqués, préconçus et pré-testés,
– réutiliser ces composants dans d’autres applications,
– faciliter leur maintenance, leur vérification et leur évolution,
– favoriser leur adaptabilité et leur configurabilité pour produire de nouvelles fonctionnalités et de
nouvelles caractéristiques.
Par ailleurs, la complexité croissante des systèmes informatiques et leur évolution de plus en plus
rapide ont motivé ces dix dernières années un intérêt accru pour le développement de logiciels à base de
composants. Cet intérêt est motivé principalement par la réduction des coûts et des délais de développement des applications. En effet, on prend moins de temps à acheter (et donc à réutiliser) un composant
que de le concevoir, le coder, le tester, le debogguer et le documenter. Cependant, plusieurs problèmes
doivent encore être résolus avant qu’on parvienne à l’ubiquité du composant logiciel. En effet, l’utilisation de l’approche « Composants »dans le développement d’applications « grandeur réelle »révèle
rapidement certaines insuffisances. Par exemple : quelle est la granularité d’un composant ? Comment
peut-on distinguer et rechercher les composants de manière rigoureuse ? Comment peut-on les manipuler ? les assembler ? les réutiliser ? les valider, les installer dans des contextes matériels et logiciels variant
dans le temps, les administrer, les faire évoluer, . . .
Pour tenter de répondre à l’ensemble de ces questions, notre équipe s’est essentiellement intéressée
à l’étude et au développement de nouvelles architectures logicielles ouvertes (c-a-d capables de dialoguer et de s’interfacer avec d’autres architectures), adaptables (c’est-à-dire susceptibles d’être adaptées
à des conditions opératoires et à des domaines d’application différents) et évolutives (capables d’être
complétées/modifiées pour prendre en compte des services non prévus lors de leur conception). Ces
architectures que nous avons baptisées COSA (Component-Object based Software Architecture), s’appuient d’une part sur les modèles définitionnels et fonctionnels de composants architecturaux et d’autre
part doivent être capables de se projeter sur des infrastructures objets. Il nous semble naturel de rapprocher « l’orienté composant »à « l’orienté Objet »puisque tous deux ont en commun de privilégier le
développement d’un système et ce depuis sa phase de spécification jusqu’à son implémentation. Bien que
108
chacun d’eux porte l’accent sur des aspects différents du développement logiciel en termes de niveaux
d’abstraction, de granularité et de mécaniques opératoires, il n’ y a pas de frontières très nettes entre les
deux. En ce sens, il n’est pas étonnant de retrouver des points communs tant au niveau des motivations,
des techniques que des méthodes, tout en notant cependant certaines différences. Aussi, nous voulons
profiter de leur coexistence afin que chaque paradigme tire parti de l’apport de l’autre.
Aussi, nous pensons ainsi pouvoir contribuer à l’émergence de nouvelles architectures logicielles en
prenant en compte, de facto, les évolutions des standards académiques (SOFA, ACME, . . .) et industriels
(.NET, EJB, CCM, . . .).
L’objectif de l’équipe MODAL est donc de contribuer à l’élaboration de nouveaux languages de
modélisation d’architectures logicielles ouvertes, adaptables et évolutives basées sur les ADLs et capables d’être projetés sur des architectures objets exécutables.
L’équipe Langages de Modélisation des Architectures Logicielles (MODAL) fédère ses activités
autour de deux thèmes :
Modèles de spécification et de conception d’architectures logicielles
Dans ce thème nous nous intéressons aux langages de conception d’architectures logicielles ouvertes, adaptables et évolutives. Aujourd’hui, un certain nombre de propositions [72] [75], . . .commence
à émerger sur les architectures logicielles. Ils sont pour la plupart orientés très fortement sur l’aspect
implémentation (bas niveau) (EJB, COM/DCOM, .NET, CCM, . . .). D’un autre côté les architectures
logicielles haut-niveau préconisées par les ADLs (Architectures Description languages) comme ACME,
WRIGHT, UNICON, RAPIDE, . . .perdent leurs atouts dès qu’ils sont projetés au niveau implémentation.
Dans tous les cas, les enjeux à termes sont, l’amélioration de la qualité et de la productivité, et l’industrialisation de la production de logiciel. De fait, la situation des langages d’architectures logicielles rappelle
celle des langages à objets au début des années Soixante dix : une syntaxe disparate qui renvoie à une
sémantique ambiguë. En outre, les composants issus aussi bien des modèles académiques (RAPIDE,
Wright, ACME, . . .) que des modèles industriels, plus orientés objets (COM/DCOM, EJB, CCM, . . .)
souffrent d’un certain nombre de lacunes au regard de la description de systèmes à base de composants.
En effet, ces modèles :
– fournissent un nombre limité de forme d’interconnexion de primitives (invocation de méthodes) :
ceci rend difficile la prise en compte d’interactions complexes,
– disposent de faibles supports pour les descriptions hiérarchiques, rendant difficile la description de
systèmes à différents niveaux d’abstraction,
– ne fournissent pas (ou peu) de support direct pour caractériser et analyser les propriétés nonfonctionnelles,
– permettent difficilement la définition de l’architecture globale d’un système avant la construction
complète (implémentation) de ses composants, en effet certains modèles exigent l’implémentation
de leurs composants avant que l’architecture ne soit définie,
– ne respectent pas en général le principe de conformité système-architecture,
– proposent peu de solutions pour faciliter l’adaptation et l’assemblage de composants,
– abordent rarement (si ce n’est jamais) le problème de l’évolution de composants.
Pour notre part, et pour contribuer à combler ces lacunes, notre stratégie est de nous attaquer, dans le
cadre de la modélisation de systèmes complexes, au problème de conception et de développement d’un
109
composant en empruntant les formalismes de description des ADLs (configuration, interface, connecteur, ports, . . .) et en les étendant grâce aux mécanismes de raisonnement inhérents aux modèles objets
(héritage, généricité, raffinement, . . .). Cela permettra de développer des systèmes à base de composants de meilleure qualité, offrant un meilleur potentiel de réutilisation et surtout limitant la distance
sémantique entre conception et implémentation.
Il s’agit de développer de nouveaux modèles de description d’architectures logicielles permettant
d’une part d’étendre les formalismes de modèles de description des ADLs pour la prise en compte
d’éléments architecturaux complexes (composants composites, composants multi-vues, styles, connecteurs explicites actifs) et d’autre part de projeter ces modèles sur des modèles d’architecture objets
exécutables.
Modèles d’évolutions structurale et comportementale d’architectures logicielles
Ces dernières années ont vu l’émergence de systèmes à base de composants. Fondée sur le concept
d’architecture logicielle, cette nouvelle approche permet de décrire le système comme un ensemble de
composants en interaction. A l’inverse du monde industriel, qui propose des composants fortement liés
à des serveurs, systèmes ou modèles propriétaires, l’approche académique s’intéresse à la formalisation
de la notion d’architecture logicielle grâce aux ADL.Ces derniers offrent un niveau d’abstraction élevé
pour la spécification et le développement des systèmes logiciels, qui se veut indépendant des langages
de programmation et de leurs plates-formes d’exécution. Plusieurs ADLs ont été définis pour aider au
développement à base de composants, tels que C2, ACME, Rapide, Wright, UML2.0, UniCon, Metah, etc. Malgré les progrès constants sur les ADLs, l’évolution logicielle reste mal ou peu abordée. La
majorité des efforts de recherche dans le domaine se focalise sur la spécification, le développement et le
déploiement des architectures logicielles. Peu de travaux à notre connaissance se consacrent à l’évolution
de ces architectures logicielles.
L’évolution logicielle est un mécanisme très important dans le monde du logiciel et des systèmes
informatiques. Elle permet dans le cadre des architectures logicielles, d’éviter que celles-ci ne restent
figées et soient obsolètes par rapport aux besoins en perpétuel changement. En effet, cette évolution
architecturale allonge la durée de vie des systèmes et ainsi garantit leur viabilité économique. Un autre
objectif essentiel est la possibilité de pouvoir élargir les architectures logicielles et d’appliquer le passage
à l’échelle, pour prendre en compte de nouveaux besoins ou des fonctionnalités plus complexes. Une
architecture doit donc pouvoir être modifiée pour rester utilisable, disponible et robuste auprès de ses
utilisateurs, et cela tout au long du cycle de vie du système.
Une évolution dans une architecture logicielle peut concerner sa structure ou son comportement, elle
peut être réalisée à l’étape de spécification ou de compilation du système qu’elle décrit, on parle alors
d’évolution statique ou à l’exécution de ce système, on parle alors d’évolution dynamique. Dans chacun
de ces cas il faut considérer que tout élément de l’architecture logicielle peut être amené à évoluer,
ainsi il faut identifier ce qui peut évoluer, comment le faire évoluer, comment garantir la cohérence de
l’architecture ayant évoluée et ensuite comment répercuter ces évolutions de l’architecture logicielle sur
le système qu’elle décrit.
Pour répondre à ces besoins nos travaux se concentrent sur l’élaboration de modèles d’évolutions
structurale et comportementale d’architectures logicielles. Nous nous focalisons dans un premier temps
sur l’évolution statique avec une perspective d’utiliser les mêmes modèles dans le cas d’évolution dynamique. Nous abordons entre autres dans ces travaux l’aspect répercussion de l’évolution de l’architecture
sur son système. Notre objectif est de développer des modèles d’évolution génériques et indépendants du
langage cible hôte, en proposant un ensemble de concepts pour décrire et modéliser une évolution donnée
110
ainsi que des mécanismes pour gérer l’exécution de cette évolution tout en sauvegardant la cohérence de
l’architecture ayant évoluée.
4.2.4 Perspectives
Notre projet scientifique est de proposer des modèles et des méthodes de construction de nouvelles
architectures logicielles ouvertes, adaptables et évolutives à base de modèles hybrides composants- objets. Il est nécessaire pour cela d’une part de capitaliser les expériences acquises en matière de conception
d’architectures objet et d’autre part d’intégrer les nouvelles propositions émanant des architectures logicielles à base de composants et de les étendre pour tenir compte des besoins, des points de vue et des
contraintes spécifiques des utilisateurs-concepteurs. Aussi, l’objectif scientifique que nous nous fixons
est de :
1. contribuer à asseoir les fondements des nouvelles architectures logicielles dans le cadre du génie
logiciel en général et celui des architectures logicielles à base de composants et d’objets en particulier. Nous nous intéresserons particulièrement aux aspects structurels et comportementaux des
ADLs (ACME, RAPIDE, UNICON, . . .) et des architectures objets telles que le langage UML
(spécification, conception).
2. fixer un cadre conceptuel de définition, de formalisation et de validation des différents modèles
d’architectures logicielles à base de composants et d’objets,
3. élaborer des outils permettant de spécifier, de concevoir, de valider et de faire évoluer des architectures logicielles décrites par une approche hybride (composants et objets) pour maı̂triser la
modélisation de systèmes complexes.
Mots clés :
– Génie logiciel :
– Architectures logicielles
– Représentation des architectures logicielles
– Méta modèle de description des architecture logicielles
– Démarche de description d’une architecture logicielle
– Méta méta modèle de représentation des architectures logicielles
– Evolution des architectures logicielles
– Assemblage de composants architecturaux
– Adaptation des composants architecturaux
Actuellement, un grand intérêt est porté au domaine de l’architecture logicielle [76] [78]. Cet intérêt
est motivé principalement par la réduction des coûts et des délais de développement des applications.
En effet, on prend moins de temps à acheter (et donc à réutiliser) un composant que de le concevoir,
le coder, le tester, le déboguer et le documenter. Une architecture logicielle modélise un système logiciel en termes de composants et d’interactions entre composants. L’architecture logicielle joue le rôle
d’une passerelle entre l’expression des besoins du système logiciel et l’étape de codage du logiciel. Elle
fournit une description abstraite ou un modèle du système logiciel. Les études menées dans le domaine
du génie logiciel ont montré l’importance de la notion d’architecture logicielle. Cette dernière permet
d’exposer de manière compréhensible et synthétique la complexité d’un système logiciel et de faciliter
111
l’assemblage de composants logiciels. Les axes de travail autour de ce thème sont multiples. L’idée fondamentale est de profiter des avantages d’une architecture clairement explicitée pour ne laisser en second
plan que la programmation d’applications. Pour décrire l’architecture d’un logiciel et modéliser ainsi les
interactions entre les composants d’un système logiciel, deux principales approches ont vu le jour depuis
quelques années : la description architecturale et la modélisation par objet [9]. L’approche de description architecturale, qui a émergé au sein de la communauté de recherche « Architectures logicielles »,
a permis notamment de prendre en compte les descriptions de haut niveau de systèmes complexes, et
de raisonner sur leurs propriétés à un haut niveau d’abstraction (protocole d’interaction, conformité avec
d’autres architectures, . . .). Cette approche décrit un système logiciel comme un ensemble de composants
qui interagissent entre eux par le biais de connecteurs. Elle décrit aussi explicitement les composants et
définit des mécanismes opérationnels permettant leur réutilisation. Aujourd’hui, la communauté scientifique porte son effort, en plus du passage à l’échelle, sur la gestion de la complexité des interactions
entre les composants hétérogènes des architectures logicielles. L’approche orientée objet est devenue un
standard de modélisation d’un système logiciel durant les dix dernières années. Avec l’unification des
méthodes de développement objet sous le langage UML, cette approche est largement utilisée et bien
appréciée dans le monde industriel. Les recherches récentes dans le domaine de la modélisation par objet
ont essentiellement concerné la modélisation d’objets composites et complexes et ont surtout tenté de
résoudre les problèmes d’incompatibilités entre les langages et entre les plates formes. Nos recherches
se focalisent à la fois sur des aspects fondamentaux des architectures logicielles (élaboration de concepts
et de méthodes de modélisation et de développement, analyse des modèles issus des spécifications, étude
de problèmes généraux, mise au point de systèmes de raisonnement, . . .) et technologiques (applications
directes sur des cas concrets, mise au points d’outils, élaboration de solutions ad-hoc, . . .). Elles ont donc
pour fondements ces deux grandes approches plus connues sous les noms : « Architecture Logicielle à
base d’Objets »et « Architecture logicielle à base de composants ».
– Modélisation de systèmes d’information dans les télécommunications et les systèmes de CAO
circuits.
– Dans le cadre du projet METEDI, nous avons appliqué des techniques de modélisation des architectures logicielles à base de composants à une plateforme d’EAD. Le but étant essentiellement la
composition de documents pédagogiques, leur assemblage et leur évolution. Par exemple, les enseignants ont la possibilité d’ajouter, de composer et d’intégrer des ressources pédagogiques dans
une « bibliothèque de cours »via des mécanismes opérationnels inhérents aux modèles d’architectures logicielles. Ces ressources pédagogiques (distribuées sur les ordinateurs des enseignants)
pouvaient être de plusieurs types : fichiers Word, XML, vidéo, PowerPoint, . . .
4.5.1 Thème - Modèles de spécification et de conception d’architectures logicielles
Quatre actions sont menées dans le cadre de ce thème :
Action 1 : Modèles de connecteurs actifs explicites dans les architectures logicielles
Participants : Tahar Khammaci, Mourad Oussalah, Nassima Sadou, Adel Smeda, Dalila Tamzalit.
112
Dans les architectures logicielles, les connecteurs entre composants sont des entités très importantes
de modélisation qui malheureusement ne sont pas souvent pris en charge par les modèles de composants
conventionnels. En effet, la plupart des langages de description ou de programmation de composants,
lors de la phase d’implémentation, n’offrent aucun moyen d exprimer les connecteurs de façon explicite.
En général, soit ils introduisent des types de connecteurs prédéfinis (si toutefois ils les proposent), soit les
connecteurs sont programmés au sein des composants, et même parfois au sein des programmes d’application. En tout cas, ces modèles et langages ne fournissent pas de mécanismes permettant à l’utilisateur
de définir de nouveaux types de connecteurs avec des sémantiques spécifiques à ses applications. Force
est de constater :
– d’une part, que différentes applications peuvent être modélisées plus facilement en empruntant une
approche séparant explicitement les composants et les connecteurs. Parmi celles qui nous semblent
les plus concernées, nous citons :
1. La gestion de configuration : Les composants peuvent interagir de plusieurs façons :
– Ils peuvent, être composés d’autres composants (hiérarchie de composition),
– Ils peuvent exister en plusieurs versions (hiérarchie de dérivation)
– Ils peuvent avoir plusieurs représentations ou points de vue.
La combinaison de ces différentes hiérarchies requiert souvent des mécanismes complexes
de propagation au sein même des connecteurs. Par exemple, si un composant d’un composite devient invalide le composite lui-même devrait être invalide ou encore la création ou la
destruction d’une version d un composant peut entraı̂ner la création (ou la destruction) d’une
nouvelle version du composite.
2. Les systèmes distribués : Si des composants sont localisés à différents noeuds (endroits) d’un
système distribué, la coopération des composants distants est déterminée par la sémantique
des connecteurs qui les relient.
3. Le couplage de sous-systèmes : Si des sous systèmes doivent être couplés, des connecteurs
doivent être définis entre les composants des sous-systèmes. Les mises à jours ou les changements opérés dans un des sous-systèmes doivent alors être propagés via ces connecteurs
dans les autres sous-systèmes. Il en résulte donc que d une part, les conséquences des activités (fonctionnalités) d’un composant ne sont pas des propriétés propres à ce composant,
mais plutôt une propriété des connecteurs entre les composants, et d’autre part, les interactions (i.e. connecteurs) entre les composants ont souvent besoin d’être adaptés aux besoins
d un environnement spécifique. Même au sein d’un seul système de gestion de configuration, différents concepteurs voudraient éventuellement rajouter leurs règles d’interaction
spécifiques aux règles générales déjà admises.
– d’autre part, une non prise en compte explicite des connecteurs dans les modèles de composants
conduirait à différents problèmes parmi lesquels nous pouvons citer :
1. Le manque d’abstraction : le manque d abstraction des mécanismes utilisés pour modéliser
les connecteurs ne permet pas de donner aux connecteurs une véritable place au sein du
paradigme de composants. De plus, cette absence d’abstraction des connecteurs nuit aux
concepteurs et développeurs qui ne peuvent pas facilement maintenir et faire évoluer leur
conception et leur code. Aussi sont-ils souvent amenés à comprendre l’ensemble des fonctionnalités d’un composant pour distinguer les connecteurs implicites qui s’y trouvent, leur
déclaration (ensemble de composants) et leur sémantique se fondent dans les composants.
2. L’augmentation de la complexité d’un composant : l’existence de nombreuses interactions
entre les composants d’un système contribue à une augmentation significative de la com-
113
plexité des composants. Et chaque nouvelle interaction ajoute de la complexité au composant.
3. Le manque de réutilisabilité : quand les composants et les connecteurs sont fusionnés, il
devient difficile d’identifier les comportement intrinsèques d un composant. Ce qui nuit à la
fois à la réutilisation et à l’évolution des composants et des connecteurs.
4. La mise en oeuvre difficile : la mise en oeuvre des connecteurs (sous forme par exemple de
propriétés de composants) peut s’avérer difficile ; tout d’abord le développeur doit, dès la
définition des composants, avoir pensé aux interactions auxquelles ses instances pourraient
participer. Par ailleurs, la création dynamique des connecteurs est difficile, et il est à souligner
que certaines interactions possèdent des comportements dynamiques complexes. De ce fait,
c’est alors à la charge du développeur de mettre en oeuvre ces mécanismes et les contrôles
associés.
Pour répondre à ces lacunes, nous avons élaboré un modèle de description d’architectures logicielles baptisé COSA [30] [33] [20] dans lequel les connecteurs sont définis comme des entités actives de première
classe, génériques, héritables et composables. Une telle approche confère aux connecteurs un niveau de
granularité et de réutilisation semblables à celui des composants.
Actuellement, nous sommes en train d’implémenter ce modèle dans l’environnement de modélisation
UML2.0.
Action 2 : Méta modèle de description structurale d’une architecture logicielle
Participants : Tahar Khammaci, Mourad Oussalah, Adel Smeda.
Le modèle, que nous avons dénommé COSA (Component-Object based Software Architecture), est
basé sur la modélisation par objets et la modélisation par composants pour décrire des systèmes logiciels
[9] [25]. La contribution principale de ce modèle est, d’une part d’emprunter le formalisme des ADLs et
de les étendre grâce aux concepts et mécanismes objets, et d’autre part d expliciter les connecteurs en tant
qu’entités de première classe pour traiter les dépendances complexes entre les composants. COSA est
une approche de description d’architecture basée sur la description architecturale et la modélisation par
objets. Dans COSA, les composants, les connecteurs et les configurations sont des classes qui peuvent
être instanciées pour établir différentes architectures. Comme COSA sépare la description d’architecture
du déploiement, il est possible de déployer un composant architectural donné de plusieurs manières,
sans réécrire le programme de configuration-déploiement. Les éléments de base de COSA sont : les
composants, les connecteurs, les interfaces, les configurations, les contraintes et les propriétés. Pour
ces éléments, nous avons choisi un nombre de mécanismes opérationnels qui ont prouvé leur efficacité dans le paradigme orienté objet. Aussi, COSA améliore la réutilisabilité en augmentant l’extensibilité, l’évolutivité et la compositionalité des systèmes logiciels. Il propose également un nombre de
mécanismes opérationnels pratiques constituant un bon support de raisonnement.
Action 3 : Démarche pour guider la conception des architectures logicielles
En ce qui concerne la démarche d’élaboration d’une architecture logicielle, elle permet de guider
le concepteur dans son processus de modélisation d’architecture logicielle. Cette démarche se base sur
le modèle MY, qui décrit les concepts des architectures logicielles selon trois branches : composant,
connecteur et architecture. Ces branches représentent successivement tout ce qui est lié aux calculs,
114
aux interactions et à la structure et à la topologie du système décrit. Le modèle MY a quatre niveaux
conceptuels : méta-méta architecture, méta architecture, architecture et application. Ce modèle améliore
la réutilisation des architectures logicielles en supportant une bibliothèque multi-hiérarchique pour les
quatre niveaux conceptuels [15].
Action 4 : Méta méta modèle de description d’architectures logicielles
Le méta-modèle que nous avons dénommé MADL (Meta Architecture Description Language) permet d’abstraire les concepts des architectures (composants, connecteurs, configurations). Il facilite la
manipulation, la réutilisation et l’évolution des architectures logicielles. Enfin, il peut être vu comme
une base pour l’unification des langages de description d’architecture et peut être utilisé pour la projection des concepts des langages de description d’architecture vers UML. En plus, il s’agit d’intégrer
via un meta-ADL (construit au dessus de COSA) certaines notions et sémantiques des ADLs (comme
les connecteurs, les configurations, les architecture) dans les techniques de modélisation architecturales
proposées par l’OMG notamment dans UML2.0. A notre connaissance, il s’agit de la première tentative utilisée dans la communauté des architectures logicielles pour proposer une méthodologie de metamodélisation des ADLs. Cette méthodologie [19] [43] [12], en plus de réduire la distance sémantique
entre la conception et l’implémentation, permet entre autres d’établir des modèles de correspondance
d’une part entre les ADLs et d’autre part entre les ADLs et UML, et met en exergue les limites des
techniques de modélisation proposées par l’OMG dans le cadre des « C&C views »des ADLs.
4.5.2 Thème - Modèles d’évolutions structurale et comportementale d’architectures logicielles
Quatre actions sont menées dans le cadre de ce thème :
Action 1 : Elaboration de modèles d’évolution statique et dynamique d’architectures logicielles
Participants : Olivier Le Goaer, Mourad Oussalah, Nassima Sadou, Djamel Seriai, Dalila Tamzalit.
Une architecture logicielle n’est jamais figée et est toujours amenée à évoluer soit pour prendre en
compte de nouveaux besoins fonctionnels, techniques ou matériels, soit pour adapter les besoins déjà
exprimés, et cela à n’importe quelle phase de son cycle de développement. Actuellement la majorité
des efforts de recherche se focalise sur la spécification, le développement et le déploiement des composants d’une architecture logicielle. A notre connaissance, peu de travaux se consacrent à l’analyse et
la gestion de l’évolution de ces architectures ainsi qu’à leur vérification. Ce manque est d’autant plus
crucial dans les phases d’analyse et de conception. Pour ceux qui l’abordent, les solutions proposées se
limitent à des techniques offertes le plus souvent par les ADLs eux-mêmes, mais qui restent souvent
influencées par les langages d’implémentation support et les techniques qu’ils proposent, tels que le sous
typage ou l’héritage. L’approche que nous préconisons est de permettre non seulement l’évolution d’un
élément architectural (composant, interface, etc.) mais aussi de son architecture globale. Il s’agit par
exemple d’ajouter un nouveau composant représentant une nouvelle fonctionnalité, de modifier l’interface d’une configuration ou encore de réorganiser l’interaction entre les différents éléments architecturaux, on parle alors d’architectures logicielles évolutives. Pour ce faire nous proposons d’élaborer un
modèle d’évolution [11] [38] [39] permettant de :
115
– abstraire l’évolution, en la distinguant du comportement propre à tout élément de l’architecture.
Cela a pour avantage :
– d’offrir des mécanismes pour décrire et gérer cette évolution indépendamment des éléments
architecturaux et de leurs langages de description,
– de favoriser la réutilisation de ces mécanismes d’évolution.
– ajouter de nouvelles méthodes d’évolutions, notamment celles non prévues initialement.
– prendre en compte l’évolution aussi bien statique (lors des spécifications de l’architecture) que
dynamique (lors de l’exécution de l’application) car l’évolution peut intervenir à n’importe quelle
phase du cycle du développement du logiciel.
– vérifier la cohérence de l’architecture au cours de son évolution tout en respectant ses invariants.
Action 2 : Styles de mise à jour dans les architectures logicielles
Participants : Olivier Le Goaer, Mourad Oussalah, Nassima Sadou, Djamel Seriai, Dalila Tamzalit.
Un système logiciel devra probablement être remanié au cours de sa vie pour satisfaire de nouveaux besoins et de nouvelles contraintes souvent imprédictibles au moment de sa construction. Peu
de systèmes logiciels restent définitivement figés et l étude de leur dynamique émerge comme une discipline à part entière du génie logiciel. Dès lors il devient nécessaire de proposer des outils et des méthodes
pour supporter et faciliter les évolutions, les adaptations ou encore les paramétrisations appliquées aux
éléments des systèmes logiciels. Il s’agit d’abord d’offrir les moyens de transformer des systèmes existants tout en contrôlant les impacts de ces modifications. Des techniques variées ont été proposées et des
frameworks dédiés sont régulièrement développés. Nos travaux se positionnent davantage sur le savoirfaire - ou l’expertise de mise à jour - et sa réutilisation [37] [44]. Nous cherchons à réifier cette expertise
comme une entité logicielle de première classe pour pouvoir la manipuler et développer une gamme
d’outils spécifiques. Comme sujet d’expertise, nous nous sommes intéressés aux familles d’architectures
et de leur réification sous forme de styles architecturaux. Ces styles architecturaux fournissent principalement un vocabulaire du domaine pour les éléments de conception et un ensemble de contraintes
topologiques qui déterminent les compositions autorisées sur ces éléments. De même, il existe des familles de mise à jour. Une famille est dédiée à la mise à jour d’une famille architecturale et est également
réifiée sous forme de Style : le Style de mise à jour. Un Style récupère le vocabulaire du domaine et
offre une stratégie avérée de mise à jour, c-a-d un ensemble ordonné de tâches. Un Style de MAJ est
une entité pseudo-formelle constituée de deux parties : l’entête et la compétence. L’entête correspond
à la signature du service de MAJ offert, la compétence est sa réalisation. On fait la distinction entre
les Styles concrets et les Styles abstraits selon que la compétence est renseignée ou non. Cette entité
bénéficie des mécanismes d’héritage et de composition pour la construction d’expertises de plus en plus
complexes, par réutilisation. Le lien d héritage et la notion de Style abstrait/concret permet une classification arborescente des différents Styles de MAJ d’un même domaine. On souhaite désormais proposer
un algorithme pour sélectionner semi-automatiquement dans ces arbres les Styles candidats pour guider à la fois les utilisateurs finaux lors de la MAJ de leur architectures et les experts eux-même pour la
construction de nouveaux Styles. Enfin nous pensons que l’algorithme peut être amélioré si les Styles
candidats possèdent un coefficient de similarité par rapport aux attentes initiales de l’utilisateur (final ou
expert).
Action 3 : Modèles d’éléments architecturaux multi-vues
Participants : Mourad Oussalah, Djamel Seriai.
116
Durant cette dernière décennie, plusieurs ADLs ont été définis et ont contribués à fournir un cadre
adéquat pour la spécification d’architectures logicielles. Une architecture d’un système définit celui-ci
en terme de composants et d’interactions entre ces composants. Cette définition met en relief une forme
de séparation de préoccupations qui consiste à séparer les composants (unités de stockage et de calcul)
des connecteurs qui modélisent les interactions. Nous pouvons dores et déjà distinguer deux types de
préoccupations :
– celles qui concernent les composants, permettant ainsi d’étendre leur moyen de calcul et de stockage,
– celles qui concernent les connecteurs, permettant ainsi de transformer les protocoles d’interaction
et de les enrichir.
A partir de ce constat, nous pensons qu’il est indispensable de disposer d’un modèle de description
multi-vues d’architectures logicielles [14] [28] qui servira de base pour raisonner, analyser et réaliser la
séparation et la composition des différentes vues d’un élément architectural.
Action 4 : Modèle d’adaptation des composants logiciels
Participants : Gautier Bastide, Sylvain Chardigny, Mourad Oussalah, Djamel Seriai, Dalila Tamzalit
L’ingénierie logicielle à base de composants prévoit de construire des applications en assemblant des
composants réutilisables. Cependant, l’expérience a montré que la réutilisation directe est extrêmement
faible et que les composants doivent généralement être changés d’une manière quelconque pour s’intégrer
à l’application ou aux autres composants. Ce constat est d’autant plus accentué avec la diversité des
plates-formes logicielles qui sont proposées aujourd hui. La solution à ce problème de réutilisation
réside évidemment dans le développement de composants logiciels capables de s’adapter à des conditions
d’exécutions nouvelles ou changeantes. Ainsi un composant logiciel est dit adaptable s’il est capable de
fonctionner dans des conditions d’exécution non prévues au moment de sa conception. L’adaptation est
le processus qui consiste à changer un élément pour l’utiliser dans une application particulière, pour un
besoin particulier. L’adaptation est donc une forme d’évolution. Nous nous intéressons dans cette action
plus précisément à l’adaptation structurelle d’un composant logiciel [8] [18]. Il s’agit de modifier la structure de ce dernier tout en préservant ses services et son comportement. Ainsi, l’adaptation peut concerner
la structure externe d’un composant (e.g. ses ports et ses interfaces, etc.) et/ou sa structure interne (e.g.
ses sous-composants, ses classes d implémentation, etc.). Par exemple, dans le cas d’un composant logiciel conforme au modèle UML 2.0, l’adaptation structurelle peut consister en la réorganisation des
services de ce composant dans des nouvelles interfaces ou en la décomposition de la structure interne
monolithique d’un composant en un ensemble constitué d’autres (sous-) composants. L’invariant pour
le composant à adapter est que l’ensemble des services offerts ou requis par le composant doit rester
le même avant et après l’adaptation. En effet, l’adaptation structurelle ne s’intéresse pas à modifier le
comportement, ni les fonctionnalités du composant, mais plutôt à réorganiser la structure de celui-ci.
4.6 Logiciels
4.6.1 MY
(Responsable: Mourad Oussalah)
URL/DOI: http ://www.sciences.univ-nantes.fr/info/perso/permanents/khammaci
Mots-clés: métamodélisation, multi-abstractions, multi-hiérarchies
Équipe de développement: Tahar Khammaci, Karima Messaadia, Mourad Oussalah, Virginie Gaborit
117
MY est un prototype basé sur les classes d’objets complexes en utilisant le langage Java. Il est basé sur
les techniques de méta-modélisation et méta-niveaux qui sont maintenant arrivées à maturité et ont été
largement utilisés pour répondre à des problèmes réels dans les langages de programmation, des bases
de données ou des environnements distribués.
4.6.2 SAEV
(Responsable: Dalila Tamzalit)
URL/DOI: http ://www.sciences.univ-nantes.fr/info/perso/permanents/tamzalit
Mots-clés: architecture logicielle, évolution dynamique
Équipe de développement: Mourad Oussalah, Nassima Sadou, Dalila Tamzalit
SAEV est un prototype basé sur les classes d’objets complexes en utilisant le langage Java. C’est un
modèle d’évolution générique et indépendant du langage cible hôte ADL. Son avantage est de pouvoir
gérer l’évolution d’une architecture logicielle dans sa globalité, avec la gestion de l’ensemble des impacts et propagations engendrés par une évolution d’un seul élément architectural.
4.6.3 COSA
(Responsable: Tahar Khammaci)
URL/DOI: http ://www.sciences.univ-nantes.fr/info/perso/permanents/khammaci
Mots-clés: architecture logicielle, composant, connecteur, configuration
Équipe de développement: Tahar Khammaci, Mourad Oussalah, Adel Smeda
COSA (Component-Object based Software Architecture) est un prototype développé sous Eclipse. C’est
un modèle de description structurelle d’une architecture logicielle. C’est un modèle hybride qui se base
sur une modélisation par objets et une modélisation par composants. En outre, il intègre un métamodèle
qui permet la projection des concepts COSA vers le langage UML 2.0.
4.7 Activités contractuelles
METEDI
(2001-2007)
Responsable: Mourad Oussalah
Montant: 52ke
Mots-clés: Enseignement à distance, nouvelles technologies de l’information et de la communication
Participants: Mourad Oussalah, Nassima Sadou, Dalila Tamzalit
Partenaires: P. Tchounikine, LIUM, Université du Mans
L’objectif de METEDI (MEthodes et Technologies pour l’EAD via Internet) est d’utiliser les Nouvelles
Technologies de l’Information et de la Communication (NTIC) pour l’enseignement à distance (EAD).
L’objectif du projet est de développer des méthodologies et des technologies permettant de créer et de
diffuser des enseignements à distance via Internet. On s’intéresse en particulier à la problématique de
l’interaction (enseignement collaboratif, systèmes d’aide interactive), qui est une des clés principales
de la réussite des formations EAD. L’accent est mis sur le développement de technologies pouvant faire
l’objet de transferts de technologie à brève échéance, notamment dans le cadre des projets EAD de la
Région.
COM
Montant: 85ke
(2001-2006)
118
Mots-clés: objets, composants, modèles
Participants: Tahar Khammaci, Olivier Le Goaer, Mourad Oussalah, Nassima Sadou, Adel Smeda,
Dalila Tamzalit
Partenaires: Equipe OBASCO, Equipe GDD-ATLAS, Equipe COLOSS
L’objectif du projet COM (Composants, Objets et Modèles) est de concrétiser la place de Nantes en tant
que pôle d’excellence en recherche et en enseignement sur les thèmes des objets, des modèles et des composants logiciels, de favoriser et renforcer, au niveau régional, la synergie Universités/Ecoles/Industries
dans le but d’accélérer les transferts technologiques dans les différents domaines concernés par les
OCM, d’inventer de nouvelles structures pour aider à la valorisation industrielle, d’attirer dans la région
les meilleurs enseignants/chercheurs du domaine OCM et de contribuer à la création de PME innovantes
dans le domaine des T.I.C.
4.8 Actions régionales, nationales et internationales
OBEO
(2005–)
Responsable: Dalila Tamzalit
Mots-clés: évolution, migration, modèles architecturaux
Participants: Dalila Tamzalit, Mourad Oussalah, Olivier Le Goaer, Cedric Brun
Partenaires: OBEO Nantes
Il s’agit de développer une plateforme d’ingénierie permettant de passer de modèles architecturaux
conceptuels de haut niveau à des cibles techniques respectant différentes possibilités d’architectures
ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans la cartographie, la refonte et la migration de patrimoines
applicatifs.
Implication des membres de l’équipe MODAL dans :
CAL
(2005–)
Mots-clés: conception, composant, architecture, spécification
Participants: Tahar Khammaci, Mourad Oussalah, Dalila Tamzalit
Partenaires:
CAL (Conception d’architectures logicielles) est un groupe de travail crée par M. Oussalah et F.
Oquendo dans le cadre du nouveau GDR GPL du CNRS regroupant une douzaine d’équipes travaillant
sur la problématique de la conception d’architectures logicielles.
OCM-SI
Mots-clés: systèmes d’information, architecture logicielle
Partenaires:
(2003–)
119
OCM-SI est un groupe de travail du GDR I3 qui regroupe une quinzaine d’équipes travaillant sur la
problématique des Objets, Composants, Modèles dans l’ingénierie des Systèmes d’information.
ALP-SPL-OCM
(2003–)
Mots-clés: objets, modèles, composants
Partenaires:
ALP-SPL est un groupe de travail dirigé par J. Malenfant qui regroupe une vingtaine d’équipes travaillant sur la problématique des Objets, Composants et Modèles.
GPL-Evolution
(2003–)
Mots-clés: évolution, architectures logicielles
Participants: Mourad Oussalah, Dalila Tamzalit
Partenaires:
GPL-Evolution est un groupe de travail qui s’interesse à la problématique de l’évolution dans les architectures logicielles
4.8.3 Actions européennes
ERCIM-Software Evolution
(2003–)
Mots-clés: évolution, reengineering, reverse engineering, transformation de modèles
Participants: Mourad Oussalah, Dalila Tamzalit
Partenaires: Université de Mons-Hainaut en Belgique, Université en Autriche, Université en Allemagne,
Université aux Pays-Bas, Université en Suisse, Université en Grande Bretagne, Université au Portugal
ERCIM-Evolution est un groupe de travail du Groupement Européen de Recherche en Informatique et
en Mathématiques (ERCIM) qui est une organisation dédiée à l’avancement de la recherche européenne
et au développement des technologies de l’information et des mathématiques appliquées.
Evolution-Aspect
(2003–)
Mots-clés: évolution, aspects
Participants: Dalila Tamzalit
Partenaires: Awais Rashid, Université de Lancaster, UK
Evolution-Aspect est un groupe de travail travaillant sur la problématique de l’évolution-Aspect.
Encadrement-Annaba (Algérie)
Responsable: Tahar Khammaci
Mots-clés: architectures logicielles, UML, Réseau de Pétri, Requirements Engineering
(2005–)
120
Participants: Tahar Khammaci
Partenaires: Université de Annaba, Algérie
Encadrement de deux thèses de Doctorat de l’Université de Annaba, de M. Amar Bessam et de M.
Abdelkrim Amirat.
Encadrement-Sétif (Algérie)
(2004–)
Mots-clés: architectures logicielles, Profil UML, MDA, 0CL
Partenaires: Université de Sétif, Algérie
Encadrement de thèse de Doctorat de l’Université de Sétif de M. Adel Alti.
Encadrement-INI (Algérie)
(2003–)
Mots-clés: architectures logicielles, modèles de composants, modèles de connecteurs
Partenaires: Institut National d’Informatique de Oued Smar, Algérie
Encadrement de thèse de Doctorat de M. Djamal Bennouar.
WSEAS-Working Group on Computers
(2006–)
Mots-clés: normes, standards, architectures logicielles
Participants: Mourad Oussalah
Partenaires: Une vingtaine de laboratoires internationaux
WSEAS-WGC est un groupe de travail dont le but est de normaliser et standardider certains concepts
dans des domaines variés comme celui de l’architecture logicielle.
M. Oussalah a été :
– Expert à l’évaluation de projets RNTL 2003
– Expert à l’évaluation de projets de développement scientifique de la région Languedoc Roussillon,
depuis 1999.
– Expert à l’évaluation de projets de développement scientifique de la région Nord Pas de Calais,
2004-2005.
– Expert à l’évaluation des chercheurs de l’école ESIEE, 2006.
– Membre du Conseil d’Evaluation Scientifique du Haut Commissariat à la Recherche d’Alger, depuis 1996.
D. Tamzalit a été :
– Experte à l’évaluation du projet de recherche en équipe du fonds Nature et Technologie du gouvernement canadien en 2005-2006.
121
4.9.1 Organisation de conférences scientifiques, d’écoles de chercheurs,. . .
M. Oussalah a :
– organisé la Première Conférence Francophone sur les Architectures Logicielles (CAL’06), Université de Nantes, co-président du comité scientifique avec F. Oquendo (Univ. Vannes)
– organisé l’European Workshop on Software Architecture (EWSA’06), Université de Nantes,
Président du comité d’organisation
T. Khammaci a :
– été co-président du comité d’organisation de la Première Conférence Francophone sur les Architectures Logicielles (CAL’06), Université de Nantes,
– été membre du comité d’organisation de l’European Workshop on Software Architecture (EWSA’06) à Nantes.
D. Tamzalit a été :
– co-présidente du comité de programme des seconde et troisième éditions du workshop OCM-SI
(Nancy 2003 et Biarritz 2004) avec publications d’actes.
– co-présidente du comité d’organisation de la Première Conférence Francophone sur les Architectures Logicielles (CAL’06), Université de Nantes.
– membre du comité d’organisation de l’European Workshop on Software Architecture (EWSA’06), Université de Nantes.
M. Oussalah a été membre des comités de programme et de lecture de :
– KSCE : International Conference on Knowledge Sharing and Collaborative Engineering
– 2006, Virgin Islands, USA
– 2004, Virgin Islands, USA
– RTSI-L’objet : Numero special, Vues, Points de vue, Rôles et paradigmes proches : du concept
à son exploitation, Coordinateur B. Coulette, 2006.
– EWSA’05 : European Workshop on Software Architecture, Saint Andrews, Scotland, 2005
– CTS’05 : International Symposium on Collaborative Technologies and Systems, In cooperation
with the IEEE, May 2005, Missouri, USA
– JC : Journées Composants, Conférence Francophone autour des Composants Logiciels
– Perpignan, Octobre 2006, Conjointement avec RenPar’17/SympA’2006/CFSE’5
– Le Croisic, Presqu’ı̂le de Guérande, Avril 2005
– ISI : Ingénierie des Systèmes d’Information, Revue des Sciences et Technologies de l’Information Numéro spécial, Méthodes Avancées de Développement des Systèmes d’Information,
Editeurs : Jean-Pierre Giraudin et Dominique Rieu, 2005
– Software, Practice and Experience : Journal on “Experiences with Auto-adaptive and Reconfigurable Systems”, Wiley InterScience (ed), 2005
– INFORSID’04, Mai 2004, Biarritz
– ICCE’03 : 10th ISPE International Conference on Concurrent Engineering : Research and Applications, July, 2003, Madeira Island, Portugal
– CAPS’4 : Fourth International Conference on Human-System Learning, July 2003 in Caledonian University in Glasgow, UK
– ALCAA : Agents Logiciels, Coopération, Apprentissage & Activité humaine, Bayonne, France
122
– 2003
– 2004
– WEAR’03 : Workshop on Encapsulation and Access Rights in Object-Oriented Design and
Programming Septembre 2003, Geneva, Switzerland
– IKS’03 : Information and Knowledge Sharing, November 2003, Scottsdale Arizona
– ISPS : International Symposium on Programming and Systems, Algiers, Algeria
– 2005
– 2003
– LMO : Langages et Modèles à Objets
– Nimes (mars 2006)
– Berne (mars 2005)
– Lille (mars 2004)
– Vannes (février 2003)
T. Khammaci a été membre des comités de programme et de lecture de :
– OCM-SI : Worskshop sur les Objets, Composants, Modèles dans l’ingénierie des Systèmes
d’Information,
– 2006, Hammamet, Tunisie
– 2004, Biarritz, France,
– 2003, Nancy, France
– CTS : IEEE International Symposium on Collaborative Technologies and Systems
– CTS’06 : Las Vegas, Nevada, USA,
– CTS’05 : Saint Louis, Missouri, USA
– ISPS : International Symposium on Programming Systems, Algiers, Algeria
– 2005
– 2003
– IJSEKE : International Journal of Software Engineering and Knowledge Engineering, 2006.
– SERP’03 : International Conference on Software Engineering Research and Practice, Las Vegas,
NV, USA, 2003.
– CISCO’04 : International Conference on Complex Systems, Jijel, Algeria, 2004.
– Handbook of Software Engineering and Knowledge Engineering, Vol. 3, Recent Advances,
2005.
– INFORSID’04, Biarritz.
– CAPS’4 : Fourth International Conference on Human-System Learning, Caledonian University
in Glasgow, UK, July 2003.
D. Tamzalit a été membre des comités de programme et de lecture de :
– EWSA’06 : European Workshop on Software Architecture, Nantes, France, 2006,
– OCM-SI : Worskshop sur les Objets, Composants, Modèles dans l’ingénierie des Systèmes
d’Information,
– 2006, Hammamet, Tunisie
– 2005, Grenoble, France
– 2004, Biarritz, France
– 2003, Nancy, France
– LMO’05 : Langages et Modèles à Objet, Berne, Suisse, 2005.
– Revue l’Objet
– numéro spécial Evolution, 2006.
– numéro spécial Objets, Composants et Systèmes d’Information, 2006.
123
– revue e-TI, depuis 2004.
Les membres de l’équipe dispensent des enseignements ou encadrent des projets autour de la
problématique des objets et des composants au sein des formations suivantes :
– Master Recherche ALD (Architectures Logicielles Distribuées) de Nantes
– Master Professionnel ALMA de Nantes
– Licence, licence professionnelle et Master I de l’Université de Nantes
M. Oussalah a été membre du jury de 17 thèses (rapporteur : noté *), pour la période 2003-2006 :
– H. Albin-Amiot, 2003, G. Salaun, 2003, Y-G. Guéhéneuc, 2003,
– A. Farias, 2003, P. Aniorte* (HDR), 2004, R. Hamouche*, 2004, F. Leymonerie*, 2004,
– A. Chouli*, 2004, I. Hassine*, 2005, S. Matougui*, 2005,
– M. Saidane*, 2005, N. Merle*, 2005, J. Revillard*, 2005,
– A. Corbière*, 2006, A. Smeda, 2006, C. Tibermacine, 2006, E. Khoumeiri, 2006.
T. Khammaci a été membre du jury (examinateur) de deux thèses pour la période 2003-2006 :
– J.B. Filippi, 2003
– A. Smeda, 2006
M. Oussalah encadre les thèses de :
– N. Sadou, co-encadrement de D. Tamzalit
– O. Le Goaer, co-encadrement de D. Tamzalit
– G. Bastide, co-encadrement de D. Seriai
– S. Chardigny, co-encadrement de D. Seriai
T. Khammaci encadre les thèses de Doctorat de :
– D. Bennouar (Institut National d’Informatique, Algérie)
– A. Alti (Université de Sétif, Algérie)
– A. Bessam (Université de Annaba, Algérie)
– A. Amirat (Université de Annaba, Algérie)
M. Oussalah a encadré les Master Recherche de :
– N. Amara, co-encadrement de T. Khammaci
– H. Madani, co-encadrement de T. Khammaci
– B. Turcaud, co-encadrement de D. Tamzalit et de D. Seriai
– O. Le Goaer, co-encadrement de D. Tamzalit et de D. Seriai
– C. Brun, co-encadrement de D. Tamzalit
4.9.4 Conférences et séminaires donnés
2004 :
– M. Oussalah, T. Khammaci, A. Smeda, Expliciter les connecteurs dans les architectures logicielles, GDR-ALP, Mars 2004, Lille.
– T. Khammaci, Les modèles de composants académiques, International Conference on Complex
Systems, Septembre 2004, Jijel, Algérie.
2003 :
– M. Oussalah, Les composants architecturaux, invité aux journées SEE-SIC, 22 mai 2003, thème :
« composant : gestion, composition », Paris.
124
4.9.5 Activités collectives
– M. Oussalah est président de la commission de spécialistes 27ième section de Nantes depuis 2001.
– M. Oussalah est membre de la commission de spécialistes 27ème section, Université d’Angers, du
Mans et de Corté, depuis avril 2001.
– M. Oussalah a été membre du conseil d’administration de l’UFR des Sciences de Nantes, 20012004.
– D. Tamzalit est membre de la commission des spécialistes 27ième section de Nantes et de Vannes
depuis 2004.
– D. Tamzalit est membre du conseil de direction de l’IUT de Nantes depuis 2005.
– T. Khammaci est webmaster de l’équipe MODAL.
– M. Oussalah est membre du conseil du département de l’IUP Miage de Nantes depuis 2005.
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[76] N. M EDVIDOVIC et R. N. TAYLOR. A classification and comparison framework for software
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[78] D. P ERRY et A. W OLF. Foundations for the study of software architectures. Software Engineering
Notes, 17(4) :40–52, 1992.
Équipe
OBASCO : OBjets, ASpects, COmposants
Responsable : Pierre Cointe
– Pierre Cointe
Professeur, EMN, —
– Rémi Douence
Maı̂tre-assistant, EMN, —
– Thomas Ledoux
– Jean-Marc Menaud
Chargé de recherche, INRIA, 01/09/2006-31/08/2007
– Gilles Muller
– Jacques Noyé
– Jean-Claude Royer
– Mario Südholt
Chercheurs associés :
– Hervé Grall
Maı̂tre-assistant associé, EMN, 01/09/2004
– Yoan Padioleau
Maı̂tre-assistant associé, EMN, 01/09/2005
Chercheurs invités :
– Julia Lawall
Visiting Scientist, University of Copenhagen, 05/2003–08/2003, 05/2006–08/2006
131
132
– Didier Le Botlan
Post-Doc, Région-CNRS, 01/09/2005
– Ali Assaf
Allocataire MENRT, Université de Nantes, 03/10/2005
– Christophe Augier
Allocataire CIFRE Jaluna, Université de Nantes, 01/10/2004
– Fabien Baligand
Allocataire FT R&D MAPS/AMS Issy, Ecole des Mines de Paris, 01/01/2005
– Luis Daniel Benavides Navarro
Allocataire EMN, Université de Nantes, 01/10/2005
– Gustavo Bobeff
Ingénieur, ProxiAD, 01/09/2001
– Simon Denier
Allocataire EPA, Université de Nantes, 01/10/2003
– Simplice Djoko Djoko
Allocataire INRIA, Université de Nantes, 01/10/2005
– Marc Léger
Allocataire FT R&D MAPS/AMS Grenoble, Ecole des Mines de Paris, 01/10/2005
– Nicolas Loriant
Allocataire EPA, Université de Nantes, 01/10/2004
– Florian Minjat
Allocataire MENRT, Université de Nantes, 01/10/2004
– Dong Ha Nguyen
Allocataire INRIA, Université de Nantes, 01/04/2005
– Sebastian Pavel
Allocataire MENRT, ACI sécurité, Université de Nantes, 01/10/2003
– Richard Urunuela
Allocataire Région Pays de la Loire, Université de Nantes, 01/10/2004
– Hugo Arboleda
Allocataire EMN, Cotutelle Université de Nantes et de Colombie, 01/10/2006
– Fabricio Fernandes
Allocataire gouvernement Brésilien, Université de Nantes, 01/10/2006
– Fabien Hermenien
– Angel Nunez
Allocataire Armines STREP AMPLE, Université de Nantes, 01/10/2006
Anciens doctorants :
– Hervé Albin-Amiot
Ingénieur R&D, Sodifrance, thèse soutenue le 06/02/2003
– Pierre-Charles David
Ingénieur de recherche, France Telecom-Grenoble, thèse soutenue le 01/07/2005
– Hervé Duchesne
Coopérant, Afrique, thèse abandonnée le 31/07/2005
133
– Andrès Farı́as
Ingénieur, SSII au Chili, thèse soutenue le 18/12/2003
– Yann-Gaël Guéhéneuc
Professeur associé, Université de Montréal, thèse soutenue le 23/06/2003
– Éric Tanter
Professeur associé, Université du Chili, thèse soutenue le 07/11/2004
– Luc Teboul
Ingénieur R&D, Banque Parisienne, thèse abandonnée le 01/10/2004
– Marc Ségura-Devillechaise
Ingénieur R&D, BTP Banque, thèse soutenue le 01/07/2005
5.2.1 Historique
Le projet Obasco1 créé conjointement par l’INRIA et l’EMN en novembre 2003 investigue le continuum entre les approches par objets et par composants, en explorant le nouveau domaine de la programmation par aspects [1, 161, 20, 106].
Les plus anciens membres du projet Obasco possèdent une solide expérience dans la conception
et l’implémentation des langages à objets (réflexifs et dynamiquement typés) [1, 2, 7, 102]. Les arrivées successives de J. Noyé, M. Südholt, R. Douence et J.-C. Royer ont enrichi cette expertise langage
avec l’apport de compétences fortes en programmation fonctionnelle et logique, tout particulièrement en
matière d’évaluation partielle et d’analyses statiques [6], de spécifications algébriques et de preuves [26].
Les recrutements de J.-M. Menaud puis de G. Muller ont ouvert de nouveaux champs d’application dans
l’implémentation de composants système [8, 19] sensibilisant l’équipe aux langages dédiés et à leur mise
en œuvre pour la description des aspects [16].
Les thèmes de recherche d’Obasco s’inscrivent donc dans le domaine du génie du logiciel et de la
programmation. Notre but est de vérifier la possibilité d’un continuum entre les objets, les aspects et
les composants. Nous étudions les modèles formels de composants et d’aspects pour raisonner sur les
systèmes logiciels adaptables. Un résultat naturel de nos recherches est la réalisation de prototypes fruits
de nos investigations en matière de réalisation de nouveaux langages de programmation et de nouveaux
paradigmes pour les architectures à base de composants. Dans cette démarche [28], nous rejoignons
l’approche générative suggérée par K. Czarnecki & U. Eisenecker dans [154] au travers de la mise
en œuvre des deux techniques duales que sont la réflexion (au sens de B.C. Smith [174, 179]) et la
spécialisation (au sens de N.D. Jones [158]).
Langages post-objets
Nous voulons contribuer à l’évolution des langages à objets vers un modèle unifié permettant la
programmation à grande échelle et l’adaptation par la réflexion. Nous travaillons donc à une meilleure
compréhension du modèle des classes, aux alternatives des mécanismes d’encapsulation et d’héritage,
1
http://www.emn.fr/x-info/obasco/.
134
ainsi qu’à une meilleure représentation des patrons de conception (design patterns) et des cadriciels
(frameworks). Nous nous attaquons finalement à la résolution des problèmes résultant, d’une part, de
l’évolution des objets vers les composants. et d’autre part, de l’intégration des objets et des aspects.
Programmation par composants
Nous travaillons à la définition d’un langage permettant (i) de programmer avec des composants en
explicitant leur composition à la fois au niveau structurel et au niveau comportemental, (ii) de gérer leur
adaptation tout au long de leur cycle de vie. A cette fin nous nous reposons sur les techniques de réflexion,
de spécialisation et de preuves. Nous sommes vigilants à la façon dont un tel langage peut s’interfacer
avec les propositions industrielles, en particulier les modèles EJB, .NET, CCM, et Fractal.
Programmation par aspects
Nous proposons une formalisation de ce nouveau courant de programmation en introduisant au niveau langage les mécanismes supportant la séparation des préoccupations. Ainsi, le développement de
notre modèle EAOP (Event-Based Aspect Oriented Programming) est basé sur les notions d’événement,
de trace et de moniteur. Nous travaillons à l’implémentation Java, C et C++ de ce modèle mais également
à son extension vers la concurrence et la distribution.
Les langages dédiés
Au niveau applicatif, la conception sûre, efficace et prédictible de systèmes d’exploitation qu’ils
soient généralistes (Linux, Windows) ou embarqués nous a conduit à étudier les relations entre l’approche par langages dédiés (DSL) et l’approche par aspects. Au delà de la réalisation de nouvelles politiques d’ordonnancement ou de nouvelles politiques d’évolution des pilotes Linux, nous travaillons à
l’expression de langages d’aspects dédiés à un domaine comme par exemple, les systèmes d’exploitation.
5.2.3 Perspectives
Notre ligne directrice élaborée lors de la proposoition de création du projet Obasco [20] est l’évolution
de la programmation à petite échelle, telle qu’elle se pratique avec des langages à objets à la Smalltalk,
Java, et C#, vers la programmation à grande échelle, telle qu’elle apparait avec les modèles de composants. Cette ligne nous conduit aujourd’hui à privilégier l’approche des aspects et les techniques de
transformation de programme associées. Nous considérons en effet que les aspects, au même titre que
les modèles et les langages dédiés constituent un élément clef dans le développement du génie logiciel.
Ces trois paradigmes concourent à la mise en œuvre d’une programmation générative devant soutenir la
réalisation des usines logicielles [28, 144].
5.3.1 À propos de l’évolution des langages à objets
Les architectures à base de composants tout comme les architectures à métaniveaux (réflexives) sont
des sujets de recherche depuis une vingtaine d’années et leur importance s’est accrue de façon parallèle au
succès des langages à objets. Avec la fin des années 70, la technologie des objets a mûri avec la réalisation
de nombreux projets industriels basés sur des langages comme Smalltalk, ObjectiveC, C++, Eiffel ou
135
Java [102]. Aujourd’hui, le support des objets dans les langages de programmation est devenu un standard
de fait. Toutefois la programmation d’applications de très grandes tailles a révélé des déficiences dans
le modèle des objets. Des problèmes comme ceux de la construction de systèmes fiables à partir de
composants développés indépendamment ou bien de l’adaptation du comportement d’un système à de
nouvelles caractéristiques de l’application sont très largement ouverts.
Plutôt que de décliner les fondements scientifiques qui relèvent essentiellement de l’implémentation
des langages de programmation nous avons pris le parti de livrer ici quelques observations portant sur les
évolutions des langages (à objets). À nos yeux, ces observations en expliquant la convergence actuelle
entre langages de programmation et langages de description d’architectures, inspirent notre programme
de recherche. Donc, plutôt que de décrire notre arsenal technologique (sémantique, techniques d’analyse
statique, techniques de compilation, techniques de preuve) nous avons choisi de donner notre vision
de l’évolution des objets aux composants, cette vision conduit à considérer la nouvelle approche de la
programmation par aspects, approche qui suggère également de revisiter l’usage des langages dédiés. À
terme, nous postulons que les différentes méthodes et outils mis en œuvre dans cette étude du continuum
objets, aspects et composants constitueront les éléments permettant d’expliciter la programmation dite
générative en donnant corps à l’idée d’usines logicielles.
5.3.2 Des objets aux composants
Malgré d’indéniables succès, les objets n’ont pas confirmé tous les espoirs qu’ils avaient engendrés2
et ils ont partiellement échoué en ce qui concerne l’amélioration générale de la réutilisabilité. Ceci est
dû aux difficultés de réutilisation d’un modèle dit de type boı̂te blanche. La réutilisation par héritage
(ou par clonage) demande une bonne connaissance de l’implémentation de la classe (ou de l’objet).
Les applications ont également connu des changements significatifs en terme d’échelle et de domaines
d’application. L’intégration de morceaux logiciels hétérogènes reposant sur la connaissance des services
techniques (distribution, transaction, sécurité ...), est devenue un enjeu fondamental.
Partant de ces constats, la programmation par composants est née (C. Szyperski en livre une bonne introduction dans [177]). L’idée de base, comme exposée par M.D. McIlroy dès 1968 [163], est d’orchestrer
la réutilisation en mettant en place une industrie et un marché des composants logiciels. Ceci impose une
dissociation forte entre le producteur et le consommateur, mais introduit aussi de nouvelles étapes dans
le cycle de vie d’un composant (e.g., packaging, déploiement). Ceci conduit à une approche par couches
de la programmation « du petit grain au gros grain » avec les objets comme langage d’implémentation
des composants primitifs et un langage de composants pour exprimer la composition et ce que l’on
appelle également les éléments de l’architecture logicielle. Les deux traits principaux d’un langage de
composants sont :
– La compositionnalité : un composant encapsule proprement son implémentation derrière une interface et il représente une unité logicielle composable. La composition met en correspondance les
services fournis et les services requis en utilisant des protocoles d’interaction précis (communications synchrones ou asynchrones) et des propriétés. Ceci définit la structure et le comportement
des composants composites. Dans l’idéal cette notion de composition devrait être indépendante de
tout langage d’implémentation.
– L’adaptabilité : un composant est une entité générique qui doit s’adapter à ses différents contextes
d’utilisation et cela tout au long de sa vie logicielle. Cette adaptation peut être statique (à l’assemblage) mais aussi dynamique (à l’exécution). Des architectures flexibles peuvent être créées
2
Voir http://www.dreamsongs.com/Essays.html
et http://www-poleia.lip6.fr/˜briot/colloque-JFP/.
136
en considérant les composants comme des entités de première classe, par exemple un composant
peut être le résultat d’un service. Cette aptitude est une différence importante avec la notion de
module.
Évidemment ces propriétés soulèvent de nouveaux enjeux dans la conception des langages de programmation et leur implémentation. Ils deviennent le lieu d’intersection et d’intégration d’idées provenant des langages d’interconnexion de modules à la Prieto Diaz & Neighbors [171], des langages de description d’architectures à la Shaw & Garlan [173] (Architectural Description Languague ou ADL) et des
langages à objets [1, 180]. Les modules proposent une approche intéressante pour leur structuration. En
particulier des propositions comme les modules mixin combinent la généricité, les définitions récursives
et la liaison dynamique. Les ADL proposent beaucoup des caractéristiques précédentes mais à un niveau
de description formelle plutôt qu’au niveau langage de programmation par essence exécutable. Finalement les langages à objets restent une source importante d’inspiration pour ces nouvelles technologies.
D’autres extensions, comme l’introduction de protocoles explicites dans l’interface ont été proposées.
Ces protocoles sont souvent des machines à états finis mais on y trouve également quelques idées plus
originales basées sur les types. Récemment plusieurs prototypes « orientés connexion » [177] ont été
développés comme des extensions de Java, ils se focalisent surtout sur la structure des composants.
Au niveau implémentation une difficulté importante réside dans le conflit entre la liaison statique et
la liaison dynamique. Celui-ci est dû à deux tendances antinomiques : d’un côté l’encapsulation stricte
et le besoin de trouver les erreurs au plus tôt dans le cycle de vie, de l’autre côté la possibilité d’adapter
un composant tout au long de son cycle de vie.
Pour résoudre ce conflit et d’une certaine manière réconcilier « ouverture » et « efficacité/sécurité »,
notre objectif est de combiner deux méthodologies duales : la réflexion pour retarder les choix au plus
tard et la spécialisation pour tirer partie des choix fixés au plus tôt.
5.3.3 Des objets aux aspects
Les communautés des objets et de la réflexion ont très bien illustré l’utilisation du principe de
séparation des préoccupations dans les domaines du génie logiciel et des intergiciels. La programmation tout comme la modélisation par aspects sont devenues des champs très actifs de recherche pour
lesquels il s’agit de dépasser le modèle des objets en proposant deux nouvelles idées :
– les aspects : ces nouvelles unités logicielles permettent l’identification, l’encapsulation et la manipulation d’un ensemble de propriétés relatives à un domaine précis (par exemple la distribution,
les transactions, la sécurité. . .),
– le tissage : la prise en compte de nouveaux concepts, buts, besoins ou services, ne doit pas se faire,
si l’on veut respecter le principe de modularité, en tissant sans contrôle les nouveaux codes de ces
aspects avec l’ancien code du programme de l’application. Ainsi les aspects doivent être spécifiés
et programmés comme des unités indépendantes ensuite tissées avec le programme original (dit de
base) d’une façon non intrusive.
Nous développons ici deux contributions des objets (à la Smalltalk [157]) pour l’émergence de cette
nouvelle forme de programmation dite par aspects.
L’approche réflexive : fait l’hypothèse qu’il est possible de séparer dans une application donnée, le
quoi exprimé dans le niveau de base et le comment exprimé au métaniveau.
– Dans le cas d’un langage de programmation réflexif à la Smalltalk, le principe est de réifier au
métaniveau la représentation structurelle du programme, par exemple les classes, leurs méthodes,
les erreurs mais également son comportement, par exemple l’envoi de message, l’allocation des
137
objets et l’héritage. Suivant la partie de la représentation qui sera concernée, la réflexion est dite
structurale ou comportementale. Les protocoles des métaobjets (MetaObject Protocol ou MOP)
sont des protocoles spécifiques décrivant au métaniveau le comportement des entités réifiées. La
spécialisation d’un MOP par héritage est une approche standard (voir le livre de synthèse sur
le langage CLOS [160, 151]) pour étendre un langage de base avec de nouveaux mécanismes
comme l’héritage multiple, la concurrence, la combinaison des méthodes ou la composition des
métaclasses [3].
– Dans le cas d’un intergiciel ouvert [7], l’utilisation principale de la réflexion comportementale
est le contrôle des envois de messages par interposition d’un métaobjet en charge de traitements
additionnels (par exemple transaction, gestion de cache, distribution). Néanmoins, l’introduction
de tels métaobjets intercepteurs demande d’instrumenter le niveau de base avec des crochets qui
feront le lien sémantique entre l’objet de base et son métaobjet.
Le Modèle-Vue-Contrôleur : appelé communément MVC [157] est le premier patron de conception
(connu maintenant sous le nom Observateur [156]) utilisant implicitement la notion d’aspect. L’idée
principale était de séparer, au niveau de la conception, le modèle décrivant l’application comme une
hiérarchie de classes et deux aspects distincts : la présentation visuelle et le contrôle, eux-mêmes également
décrits comme deux autres hiérarchies de classes. Au niveau de l’implémentation, l’encapsulation usuelle
et l’héritage n’étaient pas à même d’exprimer ces aspects transverses et de permettre le couplage entre le
modèle, sa vue et son contrôleur. Ce couplage requiert :
– l’introduction d’un mécanisme de dépendance en charge de la notification à un observateur des
changements de l’objet source ; Ce mécanisme est requis pour mettre à jour la vue automatiquement quand l’état du modèle change.
– l’instrumentation de méthodes du modèle pour lever un événement chaque fois qu’une variable
d’instance change de valeur.
Cette rétrospective développée dans [29] montre que la réflexion est un cadre conceptuel général
qui autorise la modularisation des préoccupations d’implémentation dès lors que le développeur comprend la description du métaniveau. En ce sens la réflexion est dirigée par la solution puisqu’elle repose
sur les protocoles du langage pour produire une solution. D’un autre côté, le patron MVC a donné
aux développeurs une méthode dirigée par le problème puisque basée sur l’expression et la combinaison de trois préoccupations (aspects) distinctes. Le MVC était le précurseur de la programmation
événementielle, au sens de Java, et a contribué (avec les combinaisons de méthode de CLOS) à l’émergence
de la notion de point de jonction, c’est-à-dire un point bien défini de l’exécution d’un modèle où se fait
le déclenchement des aspects associés à la vue ou au contrôleur.
Aujourd’hui, dans le cadre du réseau d’excellence AOSD-EUROPE3 (voir section 5.7.1) nous travaillons à la formaliser les nombreux travaux menés autour des aspects en proposant la définition de
langages de coupes pour exprimer un ensemble de points de jonction, mais également de langages d’actions pour décrire le comportement des aspects.
5.3.4 Des langages d’aspects aux langages dédiés
Un langage dédié ou DSL (Domain Specific Language) est un langage de haut niveau permettant
des constructions bien adaptées à une classe donnée de problèmes correspondant à une famille de programmes. Un langage dédié simplifie la programmation car il est naturellement conçu pour un domaine
3
http://www.aosd-europe.net.
138
restreint, les optimisations de bas niveau sont capturées par le langage plutôt qu’à la charge explicite du
programmeur. La distance plus grande avec le code de bas niveau renforce la robustesse des applications.
Plus important, l’utilisation des constructions dédiées facilite la vérification de propriétés spécifiques
qui seraient impossibles à prouver ou trop coûteuses avec une approche plus générale, c’est le cas par
exemple de la terminaison [8]. Dans le cadre d’une conception par aspects, lorsque le comportement des
aspects vise une famille de programmes bien identifiée, il peut être judicieux de concevoir un langage
dédié pour le langage d’action. Cette approche est particulièrement intéressante lorsque le domaine visé
requiert une grande expertise technique ou que le logiciel cible se doit d’être d’une grande robustesse.
Nous appliquons donc cette méthodologie au développement de logiciels critiques comme les noyaux des
systèmes d’exploitation et les applications systèmes (cache web, serveur ftp). Plus précisément, l’utilisation d’un langage de coupe nous permet de réutiliser de gros logiciels patrimoniaux tels que le noyau
Linux ou le gestionnaire de cache web Squid en introduisant de nouvelles interfaces fonctionnelles pour
l’ordonnancement ou le préchargement. Ces nouvelles fonctionnalités sont apportées par le biais de composants écrits soit directement en C, ou dans un langage dédié lorsque le domaine fonctionnel est bien
identifié, comme dans le cas de l’ordonnancement [56].
Du fait de sa nature distribuée, la technologie des composants est une technologie clé dans le domaine des télécommunications et des systèmes d’informations des entreprises [149]. Pour industrialiser
efficacement ces domaines, il est stratégique de définir des lignes de produits pour automatiser la production des composants logiciels associés tout en garantissant la sécurité des assemblages. Comme les
autres chercheurs du domaine de la programmation générative [154, 153], nous développons de nouvelles
méthodes de programmation comme la réflexion, la spécialisation, les langages dédiés et les aspects
pour décrire et adapter les architectures logicielles à base de composants. Nous entendons appliquer ces
méthodes et les outils associés d’une façon systématique et uniforme du système d’exploitation jusqu’aux
systèmes d’information de l’entreprise.
Nos résultats applicatifs portent entre autre sur l’extension de politique d’ordonnancement Linux, sur
l’adaptation de stratégies de chargement anticipé pour les caches Web et sur l’adaptation dynamique des
composants Fractal à leur environnement (voir section 5.6 sur les logiciels).
5.4.1 Systèmes d’exploitation et réseaux
Le développement des systèmes d’exploitation est traditionnellement considéré à la frontière du
génie logiciel et des langages de programmation. En fait, l’absence de méthodes de conception pour
les systèmes d’exploitation produit des systèmes très fermés qui sont très difficiles à étendre et modifier.
Trop souvent la généralité du système est sacrifiée au profit des performances. Par ailleurs, l’utilisation
fréquente de langages de programmation peu sûrs, combinée avec la réalisation d’optimisations manuelles, compromet fortement la sécurité. Nous postulons que l’étude des langages dédiés à un domaine
est une approche prometteuse pour résoudre ce double problème de l’ouverture et de la sûreté.
Notre premier champ d’application est celui de la mise en œuvre des langages dédiés pour la programmation sûre des politiques d’ordonnancement d’un système d’exploitation et ce indépendemment
du système cible. L’idée est d’intégrer automatiquement le code d’une politique dans les composants du
système qui sont concernés. Cette approche conduit à séparer ces politiques des mécanismes sous-jacents
du système de base. Ces politiques sont vues comme des aspects et programmées à l’aide d’un langage
139
dédié. Cette combinaison de la programmation par aspects et des langages dédiés a été validée dans le
contexte de Linux grâce à Bossa.
Une autre réalisation concerne la rétro-conception et l’évolution dynamique des applications systèmes
par instrumentation du code de base et l’introduction d’aspects. Dans ce cadre, deux expérimentations
ont été menées : l’ajout de protocoles réseaux dans le cache Web Squid et la correction à chaud de trous
de sécurité dans divers applicatifs comme le serveur ftp wu ftpd.
5.4.2 Intergiciels et systèmes d’information des entreprises
Stimulée par la croissance des applications réseaux et les besoins en intéropérabilité de ses applications distribuées, la technologie des intergiciels a pris une importance stratégique. Elle couvre une variété
importante de systèmes logiciels, incluant les objets distribués et les composants, les applications mobiles et finalement les applications ubiquitaires. Les entreprises et les organisations utilisent aujourd’hui
ces intergiciels pour développer leur système d’information en intégrant leurs anciennes applications
dans des infrastructures plus homogènes. Du fait du nombre important d’équipements intervenant dans
un réseau informatique, la mobilité et la reconfiguration dynamique sont deux traits dominants, ayant
comme caractéristique commune de nécessiter une adaptation continue des applications à leur environnement. En particulier, les applications travaillant dans un environnement très changeant pour lequel la
disponibilité des ressources évolue dynamiquement, doivent s’auto-adapter en permanence à celui-ci.
Nous étudions l’adaptation d’un composant à son contexte d’exécution comme un aspect en le traitant
de manière distincte et transverse au reste de l’application. Là encore cet aspect est décrit par un langage
dédié. Nous avons ainsi exprimé des politiques d’adaptation pour deux sortes de composants : les EJB et
les composants Fractal.
5.5.1 Post-objets
Participants : Pierre Cointe, Jacques Noyé, Thomas Ledoux, Hervé Albin-Amiot, Eric Tanter, Simon Denier, Florian Minjat
Nous investiguons les nouvelles directions prises par les langages à objets. Il s’agit en particulier
d’améliorer les mécanismes d’héritage et d’encapsulation en précisant les différents rôles des classes,
d’introduire de nouveaux mécanismes pour factoriser les méthodes et rendre compte de l’évolution
des classes, de réifier au niveau du langage de programmation les patrons de conception, de marier
(méta)objets, classes et aspects [27, 28].
Réification des patrons de conception.
Les patrons de conception permettent de comprendre, modéliser et implémenter des micro-architectures
basées sur les classes à l’aide des relations d’agrégation et d’héritage. Néanmoins, et du fait de l’absence
de mécanismes langage pour les représenter, ces patrons sont difficiles à tracer et donc à réutiliser dans
la mesure où les éléments qui les constituent au niveau de la conception disparaissent dans le code des
programmes.
Les deux thèses de H. Albin et Y.-G. Guéhéneuc sont consacrées à l’étude de la traçabilité et à
l’analyse de ces patrons de conception. Leur but commun est de combler le fossé entre les langages de
programmation à la Java, et les langages de modélisation à la UML en proposant, d’un côté la génération
140
automatique de code à partir d’un modèle de patrons [108] et de l’autre la détection automatique des patrons de conception dans du code source Java [120]. Elles reposent sur un métamodèle commun PDL
(Pattern Description Language) que nous avons développé spécifiquement pour la description de ces
patrons. Un premier outil, PatternsBox, utilise ce métamodèle pour décrire des métapatrons, instancier
ces métapatrons en patrons abstraits, paramétrer les patrons abstraits et générer le code source associé.
Un second outil, Ptidej, utilise ce même métamodèle en collaboration avec le solveur de contraintes
Choco/Palm pour détecter les formes exactes ou dégradées des applications des patrons puis les visualiser dans les bibliothèques en cours de rétroconception. Finalement, ces deux thèses et les outils de
rétroconception de programmes Java associés, nous ont permis de préciser un ensemble de définitions
des relations entre classes proposées par UML [47].
Une autre approche pour réifier au niveau du langage de programmation les patrons de conception est
de les représenter sous forme d’aspects. Le sujet de thèse de S. Denier expérimente les aspects comme
une nouvelle forme de représentation des patrons. Dans le prolongement des travaux de Hanneman et
Kiczales nous avons étudié comment « aspectiser » avec AspectJ les différents patrons du GOF [156]
ainsi que leurs compositions. Ensuite, l’étude de la mise en œuvre des patrons de conception et de leurs
interactions dans le cadriciel JHotDraw nous a permis de répertorier différents scenarii de composition
[23, 40].
Des (méta) objets aux aspects
Nous avons développé une visite guidée d’AspectJ illustrant les nouveaux concepts de points de
jonction (join points), de coupes (pointcuts), d’actions (advice) et de déclarations inter-types (ou introductions), Cette visite est l’opportunité de discuter en quoi l’approche des aspects répond à certain
des problèmes de dispersion et de mélange de codes mal résolus par les objets. Cette visite présente une
genèse des aspects du point de vue de la réflexion et des architectures à métaniveaux et montre finalement
comment les aspects permettent d’améliorer la mise en œuvre des classes, des patrons de conception et
des cadriciels [29].
Réflexion comportementale partielle en Java.
La réflexion est une approche puissante pour adapter le comportement d’une application en cours
d’exécution et pour permettre une séparation claire des préoccupations. Néanmoins l’applicabilité de la
réflexion comportementale est limitée par l’absence d’un consensus large concernant les propriétés d’une
infrastructure réflexive. Dans [13], nous avons :
– présenté une approche compréhensible de la réflexion basée sur le modèle des crochets. L’idée
consiste à grouper des points d’exécution réifiés en des ensembles composables, puis d’attacher au
métaniveau un comportement associé à ces ensembles au travers d’un lien explicite et configurable,
– développé dans le contexte de Java l’implémentation de l’architecture ouverte Reflex qui supporte
cette approche et rend possible la combinaison d’une configuration statique et dynamique pour la
réflexion (voir section 5.6).
La thèse d’Eric Tanter [134] décrit dans les détails la construction de Reflex et montre en quoi
ces travaux comblent le vide entre les protocoles de métaobjets et la programmation par aspects d’une
manière mutuellement profitable. La section 5.5.3 s’intéresse plus particulièrement à Reflex en tant que
noyau pour la programmation par aspects. Finalement, [99] explore comment Reflex peut être utilisé
pour permettre l’introspection interactive.
141
Réflexion et aspects en Smalltalk. Dans la lignée d’ObjVlisp et de ClassTalk [4, 3], nous avons aussi
étudié l’utilisation de la réflexion pour implémenter les aspects dans Smalltalk. Dans [101], T. Ledoux
et N. Bouraqadi introduisent le MOP MetaclassTalk et discutent d’une approche possible pour isoler les
aspects comme des métaclasses explicites et les tisser ensemble grâce à la composition des métaclasses.
Nous travaillons aujourd’hui dans le contexte du « laboratoire langage » du réseau d’excellence AOSDEurope à la définition en Smalltalk d’un métamodèle rendant compte des principaux langages d’aspects
existants.
Modèles des Traits et des Classboxes
Le modèle des TRAITS (tel que défini par le Software Composition groupe de Berne [147, 22])
introduit un niveau de granularité intermédiaire entre celui des méthodes et des classes. En factorisant
une collection de méthodes au sein d’une entité du langage réutilisable par plusieurs classes, le trait offre
un mécanisme de factorisation complémentaire à celui de l’héritage des classes. Nous avons montré
comment utiliser le mécanisme des déclarations inter-types d’AspectJ pour transposer en Java ce modèle
des traits initialement conçu pour Smalltalk/Squeak [81, 22].
Le modèle des CLASSBOX également défini par le groupe de Berne [181], permets lui d’étendre
localement une collection de classes par ajout de nouveaux membres (variables et méthodes d’instance).
En collaboration avec Berne, nous avons proposé une hybridation des deux modèles au terme de laquelle
une classe peut être localement étendue en utilisant un trait. Le modèle résultant est illustré par une
implémentation efficace du modèle de coopération pour laquelle une collaboration est représentée par un
CLASSBOX et un rôle par un TRAIT [74].
5.5.2 Composants
Notre objectif principal est de proposer un modèle hiérarchique de composant avec protocoles explicites permettant la synthèse de code Java. Nous souhaitons disposer d’un niveau de description des
composants assez abstrait et lisible, intégrant des protocoles en plus des descriptions de données et qui
soit également opérationnel. Notre volonté est de concilier un niveau de spécification formelle avec un
niveau langage de programmation permettant ainsi plus de confiance dans les composants et une conception plus assistée. Les travaux sous-jacents sont donc selon les cas orientés, plus théorie ou plus pratique,
mais avec un soucis de cohérence et de traçabilité entre les deux visions.
Protocoles explicites
Participants : Gustavo Bobeff, Rémi Douence, Andrés Farı́as, Jacques Noyé, Sebastian Pavel, JeanClaude Royer, Mario Südholt
Andrés Farı́as a développé dans sa thèse le modèle C W EP (Components with Explicit Protocols)
basé sur le principe des interactions explicites entre composants [118]. Ces protocoles sont définis sur la
base des automates d’états finis. Il s’agit d’une notion de système de transitions étiquetées enrichie par
des notations exprimant la gestion des identités des composants et servant des besoins de communication aussi bien que de sécurité, comme par exemple les contrôles d’accès par rôle. Ce modèle introduit
formellement la notion de substitution des composants dérivée de travaux sur les types réguliers d’O.
Nierstraz. Cette notion de substitution a été étendue pour valider la correction entre une spécification de
composant et son implémentation [44].
Nous avons également utilisé une classe de protocoles définis à l’aide de compteurs pour la définition
concise de ces protocoles d’interactions entre composants [65]. Ce type de protocoles permet d’exprimer
142
des structures algébriques et même certaines structures non-algébriques tout en fournissant une définition
des propriétés fondamentales de composants, la compatibilité et la substitution, à l’aide d’un système de
types.
Une autre classe de protocoles non réguliers, basés sur des automates à pile visible (Visibly Pushdown
Automata) a été introduite dans le cadre du sujet de thèse de Dong Ha Nguyen. Contrairement aux
protocoles réguliers, ces protocoles permettent de compter des occurrences d’événements d’exécution
tout en supportant les mêmes propriétés de fermeture que les protocoles réguliers [57].
Finalement, nous avons expérimenté l’introduction de protocoles très généraux dans les composants.
Cette approche se base sur la notion de systèmes de transitions symboliques (STS). Il s’agit de systèmes
à états finis mais dont les transitions comportent des paramètres et des gardes. L’objectif étant de disposer
d’un langage confortable d’un point de vue expressivité et lisibilité, un besoin commun avec les travaux
sur les algèbres de processus avec passage de valeurs. Nous avons donc défini un modèle hiérarchique de
composant en Java avec des STS explicites et nous avons testé son implémentation. Le principe, au cœur
des travaux de S. Pavel, est décrit dans [58] et repose sur des contrôleurs qui encapsulent la partie donnée
et protocole. Les communications entre composants sont réalisées par des canaux de communications
dans un style voisin de ce qui se fait entre agents.
Vérifications de propriétés
Participants : Hervé Grall, Jacques Noyé, Sebastian Pavel, Jean-Claude Royer
Nous nous intéressons aux moyens généraux de décrire le comportement dynamique des composants
et de vérifier des propriétés sur les composants et les architectures [95]. Notre approche représente la
dynamique d’un composant (son protocole) par un Système de Transitions Symbolique (STS). Le comportement dynamique d’une architecture peut être calculé par le principe du produit synchronisé. Nous
avons défini une méthode générale [17] pour décrire la partie donnée et la partie comportement dynamique d’une architecture à base de composants concurrents et communicants. Nos expériences montrent
que des assistants de preuve comme PVS nous permettent de prouver des propriétés générales aussi bien
que des propriétés de logiques temporelles [26].
Dans [62] nous avons montré que notre approche de preuve en logique du premier ordre sur les STS
coı̈ncide avec la logique temporelle CTL*. Plus précisément nous avons enrichi CTL* avec des données
et défini son interprétation sur les STS. Ainsi nous avons prouvé qu’une propriété comme le non-blocage
d’un STS peut s’exprimer comme une formule simple du premier ordre ou par la formule AG EX true
de CTL*. Ceci nous permet de disposer, pour les STS, d’un lien avec les outils classiques de vérification
de modèles.
La méthode initialement présentée dans [17] est étendue avec des files d’attentes pour les messages,
des émissions et des réceptions de messages. Cette extension nous donne un modèle uniforme de composant avec communications synchrones et asynchrones. Toutefois l’utilisation des communications asynchrones complexifie le comportement dynamique, ceci accroı̂t le besoin d’outils de vérification. Nous
avons proposé une première approche de l’analyse du contenu des boı̂tes à lettres et un algorithme calculant la dynamique du système [63]. Nous nous sommes intéressés à la boundedness de certaines classes
de STS d’une part pour des raisons d’analyse et d’autre part, dans l’idée que cette propriété est importante dans le cadre de la disponibilité de ressources ou de services. Dans un premier temps nous avons
considéré des systèmes avec compteurs simples (+1, -1) et nous avons étendu ce résultat à des compteurs
plus généraux autorisant les communications de valeurs entre composants et des fonctions affines de type
a × X ± b. Les premiers résultats ont été appliqués au cas de composants communicants de façon asynchrone. Nous avons montré que ceci aidait à l’analyse de certains systèmes dans [53]. Une utilisation
143
intéressante de cette analyse de borne est de permettre, sous certaines conditions, la simplification automatique de spécification [92]. La bornitude est une propriété importante du protocole mais également
une condition nécessaire pour satisfaire des requêtes en temps fini. Nous avons ainsi montré que cette
analyse pouvait aider à prouver des propriétés de disponibilité sur un système asynchrone de réservation
de billets.
Nous avons poursuivi ces travaux en définissant une notion de décomposition bornée simple et pertinente dans le cadre des composants. Cette notion a été formalisée et nous avons démontré qu’elle
permettait de construire une abstraction (parfois automatiquement) du comportement dynamique. Ces
travaux ont été publiés dans [61] avec application à un exemple d’allocateur de ressources.
Adaptation dynamique
Participants : Gustavo Bobeff, Pierre-Charles David, Thomas Ledoux, Jacques Noyé
Dans [77] nous avons montré que l’adaptation est un trait clé des composants et nous avons proposé
une définition de la notion de composant prenant cet aspect en compte. Nous avons discuté le fait que les
implémentations standard des composants sont limitées à une adaptation superficielle. Elle consiste en
une enveloppe de code qui entoure le composant initial laissant intacte son implémentation. Nous avons
conclu que l’implémentation elle-même pouvait aussi être adaptée sans casser le principe d’encapsulation
en s’appuyant sur des techniques de spécialisation (plus précisément, nous considérons une combinaison
d’évaluation partielle et de découpage). Un point important, pour préserver l’encapsulation, est d’utiliser
des scénarios de spécialisation, précédemment introduits dans le contexte du langage C par Le Meur et
al [162].
Ceci peut être complété par l’utilisation de générateurs de composants pour mieux séparer la production du composant de son utilisation. Nous travaillons actuellement sur un modèle de composant,
un langage et une infrastructure basés sur ces idées [33]. Ce premier type d’adaptation est automatique
et prend effet durant la phase d’assemblage des composants. Nous nous sommes aussi intéressés à une
autre approche très différente qui est programmée et prend effet à l’exécution.
Dans [37, 79], nous avons montré comment étendre le modèle de composants Fractal pour répondre
au besoin des applications s’exécutant dans des contextes toujours plus variés et dynamiques et devant
s’adapter de façon autonome à ces changements. Les composants Fractal sont rendus auto-adaptables par
le biais de politiques d’adaptation attachées dynamiquement aux composants grâce à un contrôleur Fractal spécifique. Ces politiques sont écrites dans un langage dédié sous la forme de règles réactives. Leur
exécution repose d’une part sur WildCAT, un système permettant de détecter les évolutions du contexte
d’exécution [38], et d’autre part sur FScript, un langage dédié pour la reconfiguration dynamique consistante de composants Fractal [80]. L’ensemble constitue le modèle d’exécution Safran décrit dans la thèse
de P.-C. David [115].
Configuration dynamique et intégrité des communications
Participants : Thomas Ledoux, Marc Léger, Jacques Noyé, Sebastian Pavel, Jean-Claude Royer
Un aspect avancé des architectures à base de composants est la possibilité d’évolution dynamique
des connexions qui va de pair avec le besoin de contrôler les communications.
Un premier travail a été fait avec le langage de programmation de composant ArchJava. Nous avons
expérimenté la définition de lignes de produits dans ce langage pendant le mémoire de DEA de S. Pavel [128]. La correspondance entre composants et produits est assez naturelle mais la notion de variabilité
144
est plus délicate. La principale difficulté est que le langage propose une notion d’intégrité des communications mais que celle-ci empêche la configuration externe d’un composant. Elle peut être contournée
en transformant les composants en générateurs de composants [59]. L’analyse du domaine produit un
générateur statique dont le rôle est de fabriquer un générateur responsable de la configuration dynamique.
Assurer la conformité entre la spécification d’une architecture logicielle à base de composants et son
implémentation repose sur le respect d’un certain nombre de contraintes structurelles. L’intégrité des
communications, qui est l’une de ces contraintes, est garantie statiquement à la compilation dans ArchJava. Cependant, dans le cas d’un modèle plus ouvert comme Fractal l’ensemble des reconfigurations
dynamiques du système ne sont pas déterminées à la compilation. Nous nous sommes intéressés aux violations possibles de l’intégrité des communications dans Julia, une implémentation de Fractal en Java,
puis nous avons proposé un mécanisme dynamique de contrôle de cette intégrité pour Julia [123, 73].
Formalismes pour les architectures logicielles
Participants : Jean-Claude Royer
La définition de langages d’architectures logicielles et l’étude de leurs propriétés sont une préoccupation cruciale pour les composants. Les diagrammes d’architecture représentent les composants et
leurs liens de communication. Dans la conception d’applications logicielles, la spécification recourt souvent à des descriptions diagrammatiques comme UML ou les patrons de conception. L’idée étant de donner une vue générale et abstraite de l’organisation des classes dans l’application. Ce genre de diagramme
intègre des définitions de classes, de types ou d’interfaces et des liens d’héritage et de composition.
Notre constat est que il est très facile de dessiner de tels diagrammes mais plus délicat de leur donner un
sens. Nous avons donc introduit un modèle formel représentant ces différents éléments, principalement
des classes concrètes et abstraites, l’héritage et la composition. A partir de cela nous avons défini un
critère d’utilité d’une classe basée sur les notions de type finiment généré et avec au moins une valeur
définie. Nous avons élaboré un processus général de vérification de cette propriété et un algorithme qui
s’applique dans le cas d’UML [18].
Le langage UML souffre de plusieurs carences et même après les améliorations apportées depuis la
version 2. Toutefois il est souvent utilisé et sert souvent d’inspiration aux diagrammes d’architecture.
Dans [142] nous avons proposé un langage mélangeant données et protocoles pour spécifier les composants. Les interactions sont décrites à l’aide d’une logique modale très expressive permettant des formules
de synchronisation basées états et transitions. Quand cela semblait raisonnable nous avons réutilisé des
notations d’UML comme l’héritage ou la composition.
Composants et Aspects
Participants : Jacques Noyé, Rémi Douence, Mario Südholt
Nous avons publié un état de l’art sur la question de l’intégration des aspects dans les modèles à base
de composants [105]. Cette synthèse présente en particulier : (i) une introduction détaillée de la notion
d’aspect, (ii) les moyens de description des aspects (comme la persistance, les transactions et la sécurité)
dans les propositions industrielles à composants, et (iii) l’état courant des recherches visant à intégrer
aspects et composants.
145
5.5.3 Aspects
Dans le cadre du réseau d’excellence AOSD-Europe, nos recherches ont porté principalement sur le
développement du modèle des aspects événementiels EAOP (Event-Based AOP ) tant au niveau formel
(sémantiques formelles des langages d’aspects, analyse statique des interactions entre aspects) qu’au niveau implémentation (réalisation d’un prototype Java et C et expérimentation avec celui-ci). Récemment,
nous avons entrepris des extensions de ce modèle séquentiel pour la programmation concurrente et distribuée. Par ailleurs et de manière complémentaire nous avons développé les techniques réflexives et la
réalisation de l’infrastructure Reflex afin de modéliser différents modèle d’AOP. Finalement nous avons
expérimenté nos approches sur des applications systèmes écrites en C/C++ et des intergiciels Java.
Le modèle EAOP
Participants : Luis Daniel Benavides Navarro, Simplice Djoko Djoko, Rémi Douence, Didier Le
Botlan, Dong Ha Nguyen, Jacques Noyé, Mario Südholt, Jean-Marc Menaud, Luc Teboul
Au niveau conceptuel, EAOP est un modèle de programmation par aspects à base d’événements [5].
Un moniteur reçoit les événements émis par les points de jonction de l’application et active des actions
sur détection de suites d’événements. Le pouvoir expressif de ce modèle permet de raisonner sur des
patrons d’événements, et ainsi de supporter le raisonnement temporel.
Le modèle EAOP offre différentes variantes suivant le langage utilisé pour définir les coupes et
les actions [9]. Nous avons principalement exploré deux classes de langages. Pour la première, EAOP
statique, les coupes sont définies par des expressions régulières. Ceci limite le pouvoir d’expression
mais permet des vérifications formelles automatiques (e.g., analyse statique des interactions). Pour la
deuxième variante, EAOP dynamique, les coupes sont définies par un langage Turing complet. Ceci
accroı̂t l’expressivité, mais les conflits d’aspects doivent être détectés et résolus dynamiquement.
Nous avons également implémenté un prototype d’EAOP pour Java. Il a été testé et validé dans le
cadre du projet IST EASYCOMP avec une application de commerce électronique [69].
Sémantiques formelles et analyses statiques Nos travaux sur les sémantiques formelles de langages
d’aspects sont caractérisés par la quête de langages d’aspects plus expressifs que ceux principalement
utilisés aujourd’hui, et incluant en particulier des constructions explicites pour des coupes basées sur des
séquences de points d’exécutions.
À partir de nos travaux précédents, nous avons étendu le langage de définitions des coupes tout
en préservant la possibilité d’analyse statique. Nous considérons toujours des séquences d’exécution
d’événements définies par des expressions régulières mais nous autorisons des contraintes d’égalité entre
plusieurs événements par l’utilisation de variables. Nous avons également travaillé sur la résolution des
conflits en prenant en compte des contraintes d’égalité de variables et en proposant la notion d’interface
enrichie qui explicite la famille des programmes de base susceptibles d’être tissés avec un aspect. Cette
extension du langage de coupes donne un support pour la réutilisation des aspects [41].
Ces recherches ont été poursuivies par la définition d’un langage dédié général pour les coupes [43]
basé sur une généralisation de l’opérateur CFLOW d’AspectJ. Cet opérateur permet en AspectJ de définir
des coupes comportant deux points reliés par un flot de contrôle. On peut par exemple définir des coupes
correspondant à « lorsqu’un service est exécuté pendant le traitement d’une tache ». Cet opérateur permet
aussi de passer du contexte de l’appelant vers l’appelé et ainsi d’étendre la notion de portée dans le
programme de base. Nous avons proposé un opérateur path qui permet de définir des coupes comme
« lorsqu’un service a été exécuté pendant le traitement d’une tache » et ainsi de passer du contexte
146
de l’appelé vers l’appelant. Nous avons donné une sémantique de cette extension, défini une analyse
d’interaction simple et mis en œuvre un prototype sous la forme d’une bibliothèque pour AspectJ.
Dans le cadre du laboratoire sur les méthodes formelles du réseau d’excellence AOSD-Europe nous
avons conçu une sémantique petit pas pour la programmation par aspects : la CASB (Common Aspect
Base Semantics) [135]. Notre sémantique introduit progressivement les mécanismes de la programmation par aspects et pose uniquement les hypothèses nécessaires. Par exemple le langage de base n’est pas
nécessairement un langage à objets. De nombreux mécanismes sont inspirés des modèles tels que AspectJ, EAOP et Caesar mais nos descriptions sont plus générales (par exemple around s’applique à des
blocs et pas seulement à des méthodes). Des variantes des différents mécanismes ont été proposées. Nous
devons maintenant explorer la composition de ces mécanismes et utiliser ce cadre pour étudier les propriétés formelles des aspects (par exemple les aspects qui conservent certaines propriétés du programme
de base).
En outre, nous avons travaillé sur la définition formelle de langages d’aspects sur des protocoles
d’interactions. Un premier langage permettant la modification de protocoles à états finis a été présenté
dans la thèse d’Andrés Farı́as [118]. Nous avons étendu ces travaux par un langage opérant sur des protocoles définis à l’aide d’automates à pile visible VPA (Visibly Pushdown Automata). Contrairement à des
automates à états finis, ces automates permettent, en particulier, de compter l’occurrence d’événements
d’exécution en présence d’appels récursifs tout en respectant les propriétés de fermetures des langages
réguliers. Un langage d’aspects a été formellement défini et un support implémenté sous forme d’une
bibliothèque d’opérations de base des VPA [57].
Finalement, nous avons présenté deux sémantiques opérationnelles pour des coupes impliquant
des séquences de points d’exécution en Arachne, un tisseur d’aspects dynamiques pour C/C++ [10].
La première de ces sémantiques définit ces coupes abstraitement à l’aide d’une extension du cadre
sémantique pour aspects réguliers [41] et la seconde réalise une transformation des termes de la sémantique
abstraite en code C exécuté par Arachne.
Programmation concurrente Une autre extension récente du modèle EAOP a porté sur l’intégration
de mécanismes pour la synchronisation entre tâches concurrentes. La plupart des langages de programmation autorisent la création de processus concurrents via l’utilisation des appels systèmes idoines. Dans
ce contexte, il est souvent crucial pour la bonne exécution du programme de définir la manière dont les
différents processus doivent se synchroniser, par exemple en marquant certaines sections du programme
comme critiques. Ceci est généralement fait à un niveau très bas par la manipulation explicite de verrous
ou de sémaphores. Dans le contexte de la programmation par aspect, se pose naturellement la question de
la synchronisation des aspects entre eux et de la synchronisation d’un aspect et du programme de base.
Dans CEAOP [11, 83, 124, 138], nous nous sommes intéressés à la gestion de la synchronisation en
présence d’aspects en développant trois axes. Premièrement, nous avons défini formellement le comportement concurrent des aspects et du programme de base en nous basant sur le modèle formel FSP (Finite
Sequential Processes), modèle formel qui permet le model checking grâce à l’outil LTSA d’analyse
d’automates. Deuxièmement, nous avons proposé des familles d’opérateurs de composition permettant
de contraindre facilement la synchronisation entre aspects et entre aspects et programme de base, offrant ainsi au programmeur la possibilité de gérer la concurrence à un niveau plus abstrait. De plus, il est
possible d’analyser le modèle résultant, ce qui permet de vérifier automatiquement que les invariants souhaités sont bien respectés. Troisièmement, nous avons conçu une bibliothèque Java ainsi qu’un langage
dédié implémentant ce modèle et les opérateurs de compositions.
147
Programmation distribuée Dans le cadre du sujet de thèse de Daniel Benavides, nous avons entrepris
la définition d’AWED (Aspects With Explicit Distribution), un langage d’aspects événementiels incluant
des constructions pour la distribution explicite. Au niveau des coupes, ce langage permet de repérer
l’occurrence d’événements d’exécution sur des machines distantes. Au niveau des actions, il introduit
deux nouveaux mécanismes : l’exécution, d’une manière synchrone ou asynchrone, des actions sur une
machine distante et un modèle réparti d’aspects permettant, en particulier, de gérer l’instanciation, le
déploiement et le partage de données d’aspects dans un système distribué [31, 136, 111]. Ce langage
a été réalisé par une extension du tisseur d’aspects dynamiques pour Java JAsCo dans le cadre d’une
coopération avec le groupe SSEL de la Vrije Universiteit Brussel. Nous avons montré, en particulier, que
le système résultant permet la modularisation des fonctionnalités transversales de réplication des données
et du comportement transactionnel dans le cache réparti de la plate-forme compositionnelle JBoss.
Récemment, et toujours en collaboration avec la Vrije Universiteit Brussel, nous avons étendu le
modèle des aspects d’AWED afin de faciliter la modularisation de systèmes distribues structurés à l’aide
de services Web [32]. Concrètement, nous avons généralisé le modèle de synchronisation des actions
ainsi que le modèle d’état partagé entre aspects distribués. Cette généralisations nous a permis de fournir
un support pour la réalisation distribuée de compositions de ces services Web.
Un noyau réflexif pour la programmation par aspects
Participants : Jacques Noyé, Éric Tanter, Pierre Cointe
Un deuxième ensemble de nos travaux porte sur le développement d’un noyau permettant l’expérimentation d’un large faisceau de différents langages d’aspects. Dans [13], la présentation du modèle de
réflexion comportementale partielle sous-tendant Reflex se terminait par une discussion sur la possibilité
d’utiliser une infrastructure réflexive, telle que Reflex, comme fondation de la programmation par aspects
comportementale. Cette discussion a été complétée dans [143, 100] et a conduit à transformer Reflex en
un noyau opérationnel de programmation par aspects multi-langage [67].
Ce travail donne une première idée de ce que pourrait être un noyau pour la programmation par
aspects et de ses bénéfices. Il s’attaque expérimentalement à la définition des blocs de base de la programmation par aspects et à une gestion flexible de leur combinaison. L’architecture de Reflex comprend
trois couches : une couche de transformation, reposant sur la réflexion et responsable des opérations
primitives de tissage, au niveau structurel et au niveau comportemental ; une couche de composition,
qui détecte et résout, au chargement, les problèmes d’interaction entre aspects ; et une couche langage,
pour la définition modulaire de langages d’aspects. Cette architecture est décrite dans [67] à partir d’un
exemple mélangeant un aspect écrit en AspectJ avec deux petits langages dédiés dont le langage traitant
de la concurrence décrit dans [35].
La projection des coupes comportementales d’AspectJ sur Reflex est présentée dans [25, 24], avec
des évaluations montrant que les performances du système résultant, bien qu’inférieures à l’implémentation originale d’AspectJ, restent raisonnables. Deux thèses de Master ont aussi exploré l’utilisation de
Reflex pour l’implémentation d’EAOP [109] et pour une meilleure structuration des aspects [119], en
utilisant des collaborations à la Caesar. Ces expérimentations montrent la généralité de l’approche et
fournissent de nouvelles briques pour l’implémentation de langages d’aspects à l’aide de Reflex.
Application des aspects aux systèmes et aux intergiciels
Participants : Pierre-Charles David, Rémi Douence, Julia Lawall, Thomas Ledoux, Nicolas Loriant,
Jean-Marc Menaud, Gilles Muller, Marc Ségura-Devillechaise, Mario Südholt
148
Un troisième groupe de nos travaux a porté sur la programmation par aspects des applications
systèmes et des intergiciels. Nous avons étudié d’une part l’expression d’un langage dédié comme la
composition d’un ensemble d’aspects particuliers (modularisation des politiques de cache et des protocoles de communication réseaux à l’aide du tisseur Arachne) et d’autre part l’expression d’un aspect à
l’aide d’un langage dédié (politique d’adaptation de composants Fractal).
Arachne et l’évolution d’applications systèmes La gestion de l’évolution est le point critique dans
le cycle de vie d’une application. Lorsque cette application est du domaine des systèmes, un nombre
important de ses évolutions (e.g. correction de trou de sécurité) doivent être appliquées dynamiquement,
sans arrêt de service, et sur du code natif. Nous avons montré qu’un certain nombre de ces évolutions
devenaient des propriétés transversales à l’application et/ou nécessitaient pour leurs implémentations des
abstractions langages relevant de la programmation par aspect. Dans l’objectif de valider ces premiers
résultats nous avons développé Arachne un tisseur dynamique d’aspect pour les langages C et C++.
Un volet de nos travaux sur Arachne a porté sur la conception et l’implémentation d’un prototype
robuste [75, 64]. Dans cette approche, et d’un point de vue technique, l’évolution est réalisée sur le code
binaire de l’applicatif pendant son exécution. Notre approche garantit un certain nombre de propriétés
comme la continuité du service lors du tissage, ou un tissage atomique sur l’ensemble des points de
réécriture.
Nous avons expérimenté l’application d’Arachne à Squid - le logiciel libre de gestion de cache Web
le plus utilisé - de façon à changer dynamiquement la stratégie d’allocation du cache [64, 19] ou ses
protocoles d’interaction avec d’autres caches [42, 10]. Nos évaluations de performances de cette approche n’ont montré aucune dégradation comparé à un développement sans support d’outil [76]. Nous
avons également montré que les failles de sécurité les plus exploitées pouvaient être traité comme un aspect et avons développé un aspect générique contre le débordement de tampon [52]. Nous nous sommes
également intéressés aux problèmes de transfert d’état lors de l’application des évolutions et proposés un
cadre logiciel pour leur conception [89].
Nous avons enfin appliqué Arachne au problème de l’évolution d’un système pour la génération
d’images médicales utilisée dans des scanners à résonance magnétique dans le cadre d’une coopération
avec Siemens AG de Munich [45].
Aspect d’adaptation pour applications adaptatives au contexte Dans le cycle de vie d’une application, il est possible de voir le processus d’adaptation comme une préoccupation transverse au code
métier que l’on aimerait modulariser afin de garantir une meilleure réutilisation et maintenabilité. Les
techniques de la programmation par aspects nous offrent un cadre de solutions à cette problématique de
modularisation [79]. Ainsi, nous proposons Safran, un logiciel pour la création d’applications adaptatives dont la conception est basée sur le fait de considérer l’adaptation comme un aspect [115, 21, 39].
L’adaptation dans Safran est caractérisée par : (i) un programme de base correspondant à une architecture
de composants Fractal ; (ii) des coupes correspondant à la notification d’événements endogènes (invocations de messages sur les interfaces Fractal, modification des connexions. . .) ou exogènes (grâce au
cadriciel WildCAT pour le développement d’applications sensibles au contexte [38]) ; (iii) des actions
volontairement restreintes à la reconfiguration de l’architecture (attributs de configuration et structure de
l’application) afin de pouvoir offrir des garanties de cohérence [80].
149
5.5.4 Langages dédiés (DSL)
Participants : Christophe Augier, Pierre Cointe, Hervé Duchesne, Julia Lawall, Jean-Marc Menaud,
Gilles Muller, Mario Südholt, Richard Urunuela
Nous nous intéressons aux relations entre les approches par langages dédiés et par langages d’aspects
notamment dans le domaine des systèmes d’exploitation. Nos deux cibles applicatives sont les ordonnanceurs de processus dans les noyaux de système d’exploitation et la gestion des évolutions des pilotes
de périphériques dans Linux.
Politiques d’ordonnancement
Le cadriciel Bossa est dans le domaine public depuis 2003. Il offre un noyau Linux complètement
compatible avec les noyaux Linux (versions 2.4 et 2.6) et peut être utilisé à leur place.
Le premier noyau de Bossa avait été manuellement construit à partir du noyau Linux. Ce processus
est délicat, peu sûr et demande beaucoup d’investissement (le noyau Linux fait environ 100MB de code
source). Nous avons appliqué une approche reposant sur les aspects pour transformer automatiquement
le noyau Linux afin qu’il supporte Bossa. La définition des aspects a été formalisée en terme de règles
de logique temporelle [66, 98, 56].
Nous avons réalisé un travail important d’amélioration du cadriciel Bossa. Ces recherches ont porté
principalement : (i) sur l’optimisation des performances [54, 55], (ii) le support de hiérarchies d’ordonnanceurs qui permet à une application d’ajuster le comportement global de l’OS à des besoins
spécifiques [30, 50, 70], (iii) la modularisation du langage pour capturer la notion de sous-famille d’ordonnanceurs [86, 49]. En guise de démonstrateurs nous avons défini des politiques pour des applications
multimédias et des applications d’enseignement de l’ordonnancement [91].
Par ailleurs, dans le contexte de l’ACI CORSS, nous avons vérifié certaines des propriétés du DSL
de Bossa en utilisant des outils formels comme B et FMona [78, 34, 68]. Ces travaux ont été réalisé en
coopération avec M. Filali and J.P. Bodeveix (projet FERIA/SVC, Toulouse). Finalement, nous regardons
comment utiliser Bossa dans le contexte de la gestion d’énergie [97].
Évolutions des pilotes Linux
Dans un système d’exploitation moderne, les pilotes de périphériques peuvent représenter jusqu’à
70% du code source. Les pilotes dépendent fortement du reste du système en ce qui concerne de nombreuses fonctions et structures de données définies dans des bibliothèques support et le noyau du système
(qui peut être assimilé à une bibliothèque). Ces deux faits induisent un problème significatif relatif aux
évolutions ; tout changement dans une interface d’une bibliothèque entraı̂ne de nombreuses répercussions
dans les pilotes utilisant ces bibliothèques. Ces répercussions, que nous nommons évolutions collatérales
peuvent être complexes, favoriser l’apparition de bogues et s’étaler sur de longues périodes.
Nous avons étudié le problème des évolutions collatérales dans le contexte des pilotes de Linux [12,
87]. En particulier, dans le cas d’une des dernières versions de Linux (noyau 2.6.13), il existe plus de
150 bibliothèques support dédiées à des familles de périphériques ou des bus, et plus de 2000 fichiers
dédiés à des instances de périphériques. Le nombre d’évolutions collatérales qui affectent ces fichiers
est impressionnant. En utilisant un outil que nous avons développé, nous avons identifié plus de 1200
évolutions probables dans les interfaces depuis la sortie de Linux 2.6, alors que dans Linux 2.2, ce
nombre était inférieur à 300. Ces évolutions ont pu induire des évolutions collatérales dans plus de 400
fichiers, pour plus de 1000 points au sein du code.
150
Cette étude montre le besoin d’une approche automatique afin d’alléger la tache de mise à jour des pilotes et d’éviter d’introduire des erreurs. Nous travaillons sur une approche reposant sur un langage dédié
qui permette à un développeur modifiant une bibliothèque de décrire de manière précise les évolutions
collatérales induites par les changements d’interface. Cette spécification d’évolution collatérale peut être
présentée comme un aspect d’évolution venant se greffer sur un code initial. Toutefois, à la différence
des aspects, le tissage est définitif. Par comparaison avec les patchs qui représentent la solution actuelle
pour transmettre les changements dans Linux, nos spécifications doivent être génériques et pouvoir s’appliquer à tous les fichiers impliqués par une évolution collatérale. De fait, une spécification doit reposer
sur les sémantiques de l’ancien et du nouveau code, d’où le nom patch sémantique pour décrire une
évolution collatérale.
Dans le cadre du projet ANR non thématique Coccinelle, nous travaillons à la conception d’un cadriciel offrant à la fois un langage dédié, SmPL4 [93], et un outil de transformation de programmes permettant d’appliquer les patchs sémantiques sur les pilotes de périphériques. Dans l’état actuel d’avancement
de nos travaux, SmPL nous a permis d’écrire des patchs sémantiques pour deux tiers des évolutions
collatérales que nous avons étudiées en détail.
Vers une méthodologie pour la compilation des langages dédiés
Les langages dédiés permettent d’abstraire le niveau de la programmation. Ils offrent des constructions et des notations de haut niveau permettant en particulier de garantir des propriétés critiques. D’un
côté les DSL facilitent la liaison directe entre un modèle conceptuel et une solution exprimée dans un
langage dédié. De l’autre, les DSL compliquent le processus de compilation du fait de la différence de
niveau d’abstraction entre le langage source et le langage cible. Par nature la compilation d’un langage
dédié est très différente de celle d’un langage généraliste.
Nous avons apporté notre expertise AspectJ au groupe Phoenix de C. Consel dans leur mise en œuvre
d’une méthodologie pour le développement de compilateurs utilisant les outils de la programmation
générative. L’approche consiste à structurer le développement d’un compilateur selon plusieurs facettes
qui représente les dimensions de la compilation. Chaque facette peut être implémentée d’une manière
modulaire en utilisant les aspects, les annotations et la spécialisation. L’approche est illustré dans la
définition d’un langage dédié pour les services téléphoniques [36].
5.6 Logiciels
5.6.1 Arachne
(Responsable: Jean-Marc Menaud)
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/arachne/
Mots-clés: AOP, C language, Dynamic system evolution, Proxies
Équipe de développement: Jean-Marc Menaud, Marc Ségura-Devillechaise, Nicolas Loriant, Mario
Südholt, Rémi Douence
4
SmPL est l’acronyme de “Semantic Patch Language”
151
Arachne est un tisseur dynamique d’aspect pour des applications écrites dans les langages C [10, 19,
64, 42] et C++ [45]. Le langage d’aspect proposé par Arachne regroupe à la fois des abstractions
permettant le contrôle des accès aux variables, mais aussi du flot d’exécution (comme le CFLOW ou
la S ÉQUENCE). D’un point de vue technique, les principales propriétés d’Arachne sont d’effectuer une
vérification syntaxique des aspects compilés, d’injecter le code sans arrêt ni préparation de l’application,
de garantir l’atomicité de la réécriture du code binaire, et de garantir la transparence et l’isolation de
l’aspect injecté.
Arachne a été utilisé avec succès dans diverses expérimentations comme l’ajout de fonctionnalités dans
un cache Web [64, 19], l’injection dynamique de mise à jour [89], la modification du comportement d’un
scanner d’imagerie medicale [45] ou la correction à la volée de trous de sécurité [52]. Une extension
d’Arachne pour le développement d’applications scientifiques a été effectuée dans le cadre du contrat
régional Arantèle. Enfin, Arachne est utilisé dans le cadre de la formation EMOOSE.
5.6.2 Bossa
(Responsable: Gilles Muller)
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/bossa
Mots-clés: AOP, DSL, Linux, OS, Ordonnancement de processus
Équipe de développement: Christophe Augier, Gilles Muller, Hervé Duchesne, Julia Lawall, Richard
Urunuela
Bossa est un environnement de développement (incluant un langage dédié, un compilateur et un système
d’exécution) construit pour aider le développement de politiques d’ordonnancement de processus [98,
66, 50, 86, 49, 30, 50, 70, 56, 34, 78, 54, 55, 68]. Le langage dédié de Bossa propose des abstractions
de haut niveau spécifique au domaine de l’ordonnancement, ce qui permet simplifier la conception et
l’implémentation d’une politique. Bossa a été validé par la reconception du noyau Linux de telle sorte
qu’une politique d’ordonnancement puisse être implémentée comme une extension du noyau.
L’évaluation des performances de Bossa comparées à celles du noyau Linux sur des applications réelles
comme la compilation du noyau ou des applications multimédias montre qu’il n’y a pas de surcoût à son
utilisation. Finalement Bossa est utilisé à l’EMN et dans d’autres écoles et universités comme support
pour l’enseignement.
Bossa a été initialement développé dans le contexte d’un contrat de recherche entre France Télécom
R&D et le projet INRIA Compose. Il a été soutenu par Microsoft Research et développé conjointement
par l’EMN et l’université de Copenhague (DIKU). Nous appliquons maintenant l’approche Bossa aux
moniteurs de machines virtuelles dans le cadre de la thèse CIFRE de C. Augier avec la société Jaluna.
Par ailleurs, nous étendons Bossa pour supporter la gestion de l’énergie dans le cadre de la thèse de R.
Urunuela financée par la région Pays de Loire [97].
5.6.3 EAOP
(Responsable: Mario Südholt)
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/eaop
Mots-clés: Java, aspects évenementiels, distribution, composants logiciels
Équipe de développement: Mario Südholt, Luis Daniel Benavides Navarro, Rémi Douence, Andrés
Farı́as, Dong Ha Nguyen
152
EAOP est un cadriciel Java pour la définition de langages d’aspects reposant sur le modèle des aspects événementiels de même nom. Ce logiciel permet la reconnaissance d’événements d’exécution dans
des programmes Java et l’exécution d’actions après l’occurrence de certaines séquences. Il founit ainsi
un support pour différentes variantes séquentielles du modèle EAOP [9]. L’année 2006 a été l’occasion d’étendre cette plate-forme vers deux directions : les systèmes distribués et les composants logiciels. Nous avons réalisé le prototype AWED (Aspects With Explicit Distribution) pour les aspects
à distribution explicite [31, 136, 111]. Il est basé sur le tisseur dynamique JAsCo et la bibliothèque
pour la communication distribuée JGroups, ce prototype permet la réconnaissance d’événements sur
différentes machines d’un système distribué et supporte une notion restreinte de mobilité de code pour
l’exécution d’actions. L’application des aspects événementiels à la manipulation de composants logiciels
est supporté par une bibliothèque réalisant des protocoles à pile visible (Visibly Pushdown Automata,
VPA) [57]. Elle permet la construction de protocoles plus expressifs que ceux définis à l’aide d’automates
à états finis, tout en supportant des opérations de fermetures et d’analyse d’interactions équivalents à
ceux basés sur des automates à états finis.
5.6.4 Safran
(Responsable: Thomas Ledoux)
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/safran
Mots-clés: Fractal, adaptation dynamique, aspect d’adaptation, autonomic computing, context-awareness
Équipe de développement: Thomas Ledoux, Pierre-Charles David
Safran est une extension du modèle de composants Fractal permettant le développement d’un aspect
d’adaptation sous la forme de politiques réactives qui détectent les évolutions du contexte d’exécution
et adaptent le programme de base en le reconfigurant [21, 115, 39]. Safran étend la notion de points de
jonction traditionnels (restreint au programme lui-même) pour intégrer les événements exogènes liés au
contexte d’exécution [38]. Il et est capable de reconfigurer dynamiquement et de façon sûre les applications Fractal grâce au langage dédié FScript [80].
Diffusion : Au printemps 2006, le code de FScript a été inclus dans le repository CVS du projet Fractal. FScript est utilisé dans le projet INRIA Jacquard (en particulier dans Fractal Aspect Component
(FAC)) et a été utilisé pour programmer des reconfigurations de composants Think pour terminaux embarqués (thèse de J. Polakovic, INRIA Sardes/France Telecom R&D). En septembre 2006, le « College
of Architects » de ObjectWeb a accepté la création d’un projet WildCAT à part entière. Fractal, FScript
comme WildCAT sont diffusés sous licence LGPL et sont utilisés dans le projet RNTL Selfware.
5.6.5 Reflex
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/reflex
Mots-clés: aspects, Java, Javassist, protocoles de métaobjets, réflexion
Équipe de développement: Jacques Noyé, Eric Tanter
(Responsable: Jacques Noyé)
153
Reflex a été initialement conçu comme une extension réflexive ouverte et portable de Java [13] (et peut
toujours être utilisé ainsi) mais a ensuite évolué en un noyau de programmation par aspects multilangage [143, 100, 134, 67]. Reflex fournit, dans le contexte de Java, des briques de base facilitant
l’implémentation de langages d’aspect divers, permettant ainsi d’expérimenter de nouvelles idées de
programmation par aspects, ainsi que de composer, au sein d’une même application, des aspects écrits
dans différents langages d’aspects.
Reflex est construit autour d’un modèle intermédiaire flexible issu de la réflexion. Ce modèle inclut les
notions de coupe, de lien et de métaobjets, utilisées comme cibles de compilation des langages d’aspects. C’est à ce niveau que les interactions entre aspects sont détectées et résolues par une couche
logicielle chargée de gérer les problèmes de composition. Cette couche s’appuie sur une couche basse
implémentant la machinerie réflexive et supporte à son tour une couche langage, structurée sous la forme
d’une architecture de plugins, chargée du lien entre le modèle d’aspects propre à un langage d’aspects
particulier et le modèle intermédiaire.
La couche réflexive s’appuie sur Javassist pour tisser, au chargement, des crochets dans le pseudo-code
Java et connecter ces crochets au métaniveau afin de modifier le comportement de ce pseudo-code, ou
pour lui ajouter des éléments structurels (méthodes, classes). Ce tissage est défini par un programme
de configuration, généré pour chaque aspect par le plugin associé au langage de définition de l’aspect.
Cette configuration peut, pour partie, être modifiée à l’exécution par une interface de programmation
spécifique. L’application du programme de configuration au chargement limite les transformations de
programme aux seuls points de programme nécessaires (réflexion partielle avec sélection spatiale). Les
modifications de configuration à l’exécution permettent d’activer et de désactiver les crochets selon les
besoins (réflexion partielle avec sélection temporelle). Comme la couche réflexive de base n’est pas figée
mais peut être configurée statiquement et pour partie dynamiquement, il est possible de développer des
stratégies efficaces de tissage statique et dynamique.
Les capacités de Reflex ont été validées entre autres (voir aussi [99]) par la définition d’un plugin
pour un langage d’aspects dédié à la concurrence [35] ainsi que d’un plugin implémentant les coupes
comportementales d’AspectJ [25, 24]. La possibilité de créer des applications en combinant ces plugins,
et donc en composant des aspects écrits dans différents langages d’aspects, est abordée dans [67].
Reflex est utilisé pour enseigner la réflexion et ses relations avec la programmation par aspects au niveau
Master dans les cursus des masters EMOOSE et ALD ainsi qu’à l’Université du Chili (ou il est développé
de façon conjointe avec l’EMN).
Diffusion :
open source, licence MIT.
Notre stratégie de valorisation a consisté à nous insérer dès sa création dans les projets européens
regroupant les principaux chercheurs des domaines des objets, de la réflexion puis des aspects. Ainsi les
projets européens ELASTEX (Alfa) et EASYCOMP (IST) dans le domaine des composants logiciels ont
contribué au lancement du réseau d’excellence AOSD sur la programmation et la conception par aspects
qui lui-même est à l’origine du STREP AMPLE sur l’application des aspects et des modèles aux lignes
de produits.
Au niveau international, cette stratégie nous a permis de collaborer avec les laboratoires de recherche
d’IBM (Eclipse et aspects), Microsoft (langages dédiés) et Siemens (aspects).
154
5e et 6e PCRD
NoE AOSD-Europe
(09/2004–09/2008)
URL/DOI: http://www.aosd-europe.net
Responsable: Pierre Cointe
Montant: 265 Ke
Mots-clés: développement de logiciels par aspects, conception de langages, implémentation, méthodes
formelles
Participants: Pierre Cointe, Mario Südholt, Jacques Noyé, Rémi Douence, Didier Le Botlan
Partenaires: coordinateur Lancaster University (Royaume-Uni), Technische Uni. Darmstadt (Allemagne), Univ. Twente (Pays-Bas), INRIA (projets Jacquard, Triskell, PopArt), Vrije Univ. Brussel (Belgique), Trinity College Dublin (Irlande), Univ. de Malaga (Espagne), KU Leuven (Belgique), Technion
(Israël), Siemens (Allemagne) et IBM (Royaume Uni)
Le développement logiciel dirigé par les aspects préconise l’identification systématique, la modularisation, la représentation et la composition de préoccupations transverses comme la sécurité, la mobilité,
la distribution et la gestion des ressources. Parmi les bénéfices escomptés par la mise en œuvre de cette
approche on peut citer : la possibilité de raisonner sur le domaine du problème (et celui de la solution
correspondante) ; la réduction dans la taille du code des applications, une meilleure maı̂trise des coûts
de développement et de la maintenance ; une meilleure réutilisation du code au niveau de la programmation.
Ce réseau d’excellence regroupe les principales équipes européennes travaillant dans le domaine de
la programmation et de la conception par aspects. AOSD-Europe est organisé en quatre laboratoires :
Language Lab, Formal Methods Lab, Analysis and Design Lab et Applications Lab. OBASCO participe
principalement aux deux premiers laboratoires. Il s’agit de définir un métamodèle commun pour les
langages d’aspects et d’intégrer les différentes approches pour leur formalisation. Dans le cadre de
ces laboratoires nous avons contribué aux premiers résultats suivants : un modèle et un prototype pour
la programmation par aspects avec distribution explicite (coopération avec la VUB) [31, 136, 111]
ainsi qu’une sémantique formelle opérationnelle qui sert de base de définition pour les différentes (et
diverses) approches à la programmation par aspects qui sont utilisées dans le réseau (coopération avec
le Technion de Haifa et l’université de Twente) [135].
STREP AMPLE
(10/2006–10/2009)
Responsable: Jean-Claude Royer
Montant: 370 Ke
Mots-clés: lignes de produit, programmation par aspects, ingénierie des modèles
Participants: Pierre Cointe, Mario Südholt, Jacques Noyé, Jean-Claude Royer
Partenaires: Lancaster Univ. (UK), Technische Univ. Darmstadt (Allemagne), Univ. Twente (Pays-Bas),
Univ. de Malaga (Espagne), Univ. Lisbonne (Portugal), HOLOS (Portugal), Siemens (Allemagne) et SAP
(Allemagne)
155
Dans la lignée du réseau d’excellence AOSD, le but du projet AMPLE (Aspect-Oriented, Model-Driven
Product Line Engineeering) est de proposer une méthode de développement des lignes de produit logiciels permettant une meilleure modularisation de la variabilité logicielle, du traitement des variations
et de leur traçabilité tout au long du cycle de vie. Le projet part du constat qu’un fossé sépare les
recherches en analyse des besoins, les architectures logicielles, les techniques d’implémentation et la
pratique industrielle des lignes de produits. Les variations sont identifiées très tôt dans l’analyse des
besoins, mais au cours de la conception puis de la programmation ces éléments sont dilués dans le code.
Les architectures sont souvent reliées de façon spécifique aux besoins et les implémentations reposent
essentiellement sur des pré-processeurs, il n’y a pas de vrais langages pour les variations. Il n’y a pas
non plus de support systématique pour la traçabilité des variations tout au long de la vie d’une ligne de
produits.
La programmation par aspects peut améliorer la façon de modulariser un logiciel, de localiser les variations dans des aspects indépendants et autorise la définition de logiques de configurations complexes
pour les lignes de produits. L’ingénierie des modèles peut aider dans l’expression des variations à l’aide
de modèles abstraits dépouillés de détails techniques et permettre le support de la traçabilité depuis
l’analyse des besoins en utilisant des transformations de modèles. Le projet AMPLE vise à combiner ces
deux techniques et pas seulement pour obtenir de la variabilité à toutes les étapes du cycle de vie mais
également pour gérer les variations et établir des liens avant et arrière entre les différents éléments.
Projet IST EASYCOMP
(06/2001–11/2003)
URL/DOI: http://www.easycomp.org
Responsable: Mario Südholt
Montant: 350 Ke
Mots-clés: développement de logiciels par composants, programmation par aspects
Participants: Mario Südholt, Gustavo Bobeff, Pierre Cointe, Rémi Douence, Jacques Noyé, Andrès
Farias
Partenaires: Univ. de Karlsruhe, Univ. de Kaiserslautern, Univ. de Linköping, Univ. de Twente, Univ.
Techn. de Vienne, Univ. Techn. et Eco.de Budapest, H.E.I GmbH, ILOG S.A., Q-Labs S.A.
Le projet EASYCOMP avait pour but de proposer un modèle de composition uniforme et l’infrastructure
correspondante pour faciliter l’assemblage des composants logiciels tout au long de leur cycle de vie. Les
contributions d’OBASCO ont porté sur l’élaboration du modèle EAOP [9, 41, 43, 69] qui est maintenant
disponible publiquement (voir section 5.6), ensuite sur la réalisation d’une étude de l’applicabilité des
techniques de spécialisation de programmes au domaine des architectures à composants, étude au cœur
des travaux de thèse de G.Bobeff [77, 33].
Par ailleurs, EASYCOMP a été l’occasion de lancer l’atelier SC Software Composition qui se déroule
annuellement dans le cadre de la conférence ETAPS [44, 65, 58, 39, 40, 107].
Projet ALFA ELASTEX
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/emoose/
Responsable: Jacques Noyé
Montant: 290 Ke (dont 165 Ke de l’Europe)
Mots-clés: génie logiciel, objets, aspects, master européen
Participants: Jacques Noyé
(09/2001–08/2003)
156
Partenaires: Univ. de Chili, Uni. Federal do Rio de Janeiro (Brésil), Pontificia Univ. Católica do Paraná
(Brésil), Univ. Nacional de la Plata (Argentine), Univ. de los Andes (Colombie), Vrije Univ. Brussels
(Belgique), Univ. Nova de Liboa (Portugal), Univ. Twente (Pays-Bas)
Le projet Européen ELASTEX (European And Latin American Students EXchange) du programme
ALFA (América Latina, Formación Académica) a rassemblé dix partenaires d’Amérique Latine et d’Europe. Ses objectifs initiaux étaient de contribuer à l’organisation du programme de Master EMOOSE
et de renforcer les relations scientifiques avec les partenaires au travers d’échanges d’enseignants et
d’étudiants. Ce programme a donc permis le lancement d’un master recherche toujours vivant, master
dont la mineur aspect est inscrite dans le programme diffusion/enseignement du réseau d’excellence
AOSD. À noter que nous avons accueilli au sein d’OBASCO un nombre significatif de stages de recherche [114, 130, 133, 111, 119] et que A. Farias, E. Tanter, M. Ségura et G. Bobeff ont suivi ce
programme de master avant de soutenir leurs thèses [118, 134, 131].
Grands Editeurs
Siemens R&D Munich, projet ATOLL
(08/2006-06/2007)
URL/DOI: http://www.emn.fr/x-info/sudholt/project/atoll/
Responsable: Mario Südholt
Montant: 10 Ke
Mots-clés: système de télépéage, programmation par aspects, programmation distribuée
Participants: Luis Daniel Benavides Navarro
Partenaires: Siemens R&D, Munich
Ce projet se propose d’évaluer les techniques de la programmation par aspects dans un contexte explicitement distribués avec pour cible le développement de systèmes de télépéage. Il s’agit d’une collaboration financée par l’un de nos partenaires industriels du réseau d’excellence AOSD.
Microsoft Research
(2002–2004)
Responsable: Gilles Muller
Montant: 51.7 Ke
Mots-clés: Ordonnancement de processus, Bossa
Participants: Gilles Muller, Hervé Duchesne
Partenaires:
Nos travaux sur le développement de Bossa (voir section 5.6) ont été soutenus par Microsoft Research
(MSR). Un premier contrat de 30 Ke a eu pour objet l’utilisation de la programmation par aspects
pour rétroconcevoir le noyau de Bossa [66, 98] et l’intégration de Bossa dans l’environnement .NET.
Un deuxième contrat de 21,7 Ke était un prix résultant d’un appel à projet de MSR intitulé Embedded
Systems Request for Proposal. Ce contrat a eu pour objet l’étude du portage de Bossa sur le système
Windows XP Embedded.
IBM Eclipse Fellowships
(07/2002–06/2004)
URL/DOI: http://www.eclipse.org/technology/research.html
Montant: 48.5 Ke
Mots-clés: patrons de conception, méta modélisation, détection, réingénierie, Java. Ptidej
157
Participants: Pierre Cointe, Yann-Gaël Guéhéneuc
Partenaires: IBM Ottawa
La thèse de Y.-G. Guéhéneuc [120] a exploré les modèles et les algorithmes pour identifier de façon
semi-automatique des micro-architectures, similaires à des patrons de conceptions, dans le code source
et assurer une meilleure traçabilité lors de la rétroconception. La métamodélisation était utilisée pour
décrire les patrons de conception et les programmes Java [46, 47]. L’outil Ptidej a été intégré dans
l’environnement Eclipse, il implémente le modèle proposé et les algorithmes de détection.
INRIA Équipe associée OSCAR
(2004–2007)
URL/DOI: http://www-sop.inria.fr/oasis/oscar
Mots-clés: objets, sémantique, concurrence, aspects, réflexion
Participants: Pierre Cointe, Jacques Noyé, Jean-Marc Menaud, Eric Tanter
Partenaires: OASIS, DCC Chile
Nous participons avec l’équipe OASIS (INRIA de Sophia Antipolis) et le laboratoire DCC de l’université de Santiago du Chili au projet OSCAR (Objets et Sémantique, Concurrence, Aspects et Réflexion).
Notre but est de partager notre savoir-faire en matière de protocoles de méta objets, de programmation
concurrente et de vérification de systèmes distribués. Un premier atelier nous a réuni au Chili en novembre 2004, à l’occasion de la soutenance de thèse d’E. Tanter réalisée en cotutelle entre l’université
de Nantes et celle de Santiago [134, 168]. Un deuxième atelier s’est tenu en octobre 2005 à l’occasion
de la semaine consacrée au “CoreGrid”. Nous avons présenté nous travaux visant à marier aspects et
composants dans le contexte des grilles de calcul [90].
Autres
Université d’Erlangen
(2004)
Montant: 600 e
Mots-clés: Système d’exploitation, aspects
Participants: Gilles Muller, Julia Lawall
Partenaires: Université d’Erlangen
Ce financement de la part du BFHZ-CCUFB (Centre de Coopération Universitaire Franco-Bavarois),
nous a permis de réaliser deux journées de séminaire avec l’équipe du professeur Wolfgang SchroederPreikschat en mars 2004 sur le thème de la programmation par aspects appliquée aux systèmes d’exploitation.
Au niveau national, nous collaborons régulièrement avec les autres projets INRIA des domaines du
génie logiciel et des intergiciels. Outre notre participation commune au REX AOSD avec les projets
Triskell (Rennes), PopArt (Grenoble) et Jacquard (Lille), nous travaillons avec le projet Oasis (Sophia)
dans le cadre de l’équipe associée Chilienne Oscar sur les thèmes des aspects, de la concurrence et de
la réflexion ; avec Lande (Rennes), Arles (Rocquencourt), Phoenix (Bordeaux) et Mosel (Nancy) dans le
cadre de deux ACI sécurité (aspect disponibilité, méthodes formelles) ; avec Atlas (Nantes) et Phoenix
158
(Bordeaux) dans le contexte de l’ANR non thématique FLFS sur les aspects, les langages dédiés et les
modèles ; avec Sardes (Rhône-Alpes) dans le cadre des RNTL ARCAD et SELFWARE sur le modèle de
composant Fractal et sa mise en œuvre ; avec Cristal, Model, Cassis et Phoenix dans le contexte d’une
ARC portant sur une environnement de vérification du langage TLA+.
ANR
ANR non thématique FLFS (Familles de Langages pour Familles de Systèmes)
(09/2006–2009)
Montant: 206 Ke (global)
Mots-clés: Qualité et vérification du logiciel, génie logiciel, programmation générative
Participants: Pierre Cointe, Gilles Muller
Partenaires: ATLAS-GDD (J. Bézivin), Phoenix (C. Consel)
Du point de vue du développement logiciel, une famille de logiciels constitue un métier, c’est-à-dire, un
vocabulaire, des notations, des règles, des représentations et des protocoles qui sont propres à un domaine. Notre objectif vise à placer ce métier au centre du processus de développement de logiciels. Il a
pour ambition de lever les verrous actuels du génie logiciel concernant la production à grande échelle,
la robustesse, la fiabilité, la maintenance et l’évolutivité des composants logiciels. L’innovation consiste
à concevoir un processus de développement logiciel en fonction d’un domaine applicatif particulier.
Ce processus couvre toutes les étapes du génie logiciel en combinant les trois approches émergentes
suivantes : la modélisation métier aussi appelée “ingénierie de modèles” ; les langages dédiés aussi appelés “Domain-Specific Languages” ; la programmation générative et en particulier les aspects comme
vecteurs de transformation de modèles et de programmes.
ANR non thématique Coccinelle
(01/2006–2008)
Montant: 265 Ke
Mots-clés: Évolution des logiciels, pilotes de périphériques, Linux
Participants: Gilles Muller, Julia Lawall, Yoann Padioleau, Pierre Cointe
Partenaires: DIKU - University of Copenhaguen
L’objectif de ce projet est de concevoir un environnement de développement qui facilite la gestion
des évolutions des pilotes de Linux. L’approche développée repose sur : (i) un langage dédié permettant de spécifier les évolutions collatérales engendrées par les changement d’interfaces dans les bibliothèques support des pilotes, (ii) un outil de transformation de programmes qui permet s’appliquer
ces spécifications sur le code source des pilotes.
ANR RNTL Selfware
(12/2005–5/2008)
Responsable: Thomas Ledoux
Montant: 222 Ke
Mots-clés: autonomic computing, administration autonome, Fractal, JOnAS, Joram
Participants: Pierre-Charles David, Thomas Ledoux, Jacques Noyé, Pierre Cointe
Partenaires: France Télécom R&D, Bull, Scalagent, INRIA Rhône-Alpes (Sardes), IRIT-ENSEEIHT
159
Initié par IBM, le domaine de l’autonomic computing, vise fondamentalement à automatiser le plus
possible la configuration et l’administration des systèmes logiciels complexes afin de diminuer les interventions humaines. Dans ce contexte, l’objectif du projet Selfware est le développement d’une plateforme logicielle pour la construction de systèmes informatiques répartis sous administration autonome,
et son application à deux domaines particuliers : i) l’administration de serveurs d’applications J2EE
de grande taille (serveurs en grappes et fermes de serveurs), ii) l’administration d’un bus d’information
d’entreprise. Les résultats du projet ont vocation à venir consolider la base de logiciels du consortium
ObjectWeb.
ACI sécurité CORSS
(10/2003–2006)
Montant: 29 Ke
Mots-clés: Méthodes formelles, B, Ordonnancement de processus, Bossa
Partenaires: Projet SVF (FERIA), Projet Arles (INRIA), Projet Phoenix (INRIA), Projet Mosel LORIA
L’objectif de cette action était d’établir une coopération entre les groupes de recherche travaillant dans
les domaines des systèmes d’exploitation et des méthodes formelles. Notre contribution a porté sur
l’étude des méthodes et des outils pour développer des services de systèmes d’exploitation qui possèdent
de bonnes propriétés de sécurité et de vivacité. Les applications cibles étaient les systèmes téléphoniques,
les services de noyaux de systèmes, et la composition des services d’intergiciels. Notre intérêt spécifique
portait sur la vérification de propriétés Bossa en utilisant des outils et méthodes formelles tels que B et
FMona [78, 34, 68].
ACI sécurité DISPO
(10/2003–06/2006)
URL/DOI: http://www.irisa.fr/lande/jensen/dispo.html
Responsable: Jacques Noyé
Montant: 25 Ke
Mots-clés: Composants, aspects, protocoles, disponibilité de service
Participants: Jacques Noyé, Sebastian Pavel, Jean-Claude Royer, Hervé Grall, Mario Südholt
Partenaires: coordinateur projet Lande (IRISA), projet FERIA/SVF U. Paul Sabatier, équipe RSM de
l’ENST Bretagne
Le but de cette action était de contribuer à une meilleure conception et implémentation des systèmes à
base de composants en termes de sécurité et plus précisément de disponibilité de services. Ceci repose
d’une part, sur une formalisation des politiques de sécurité en utilisant la logique modale (par exemple
logique temporelle ou logique déontique), et d’autre part, sur une analyse modulaire des programmes
et des techniques de transformation de programmes permettant d’assurer ces propriétés. Nous nous
sommes particulièrement intéressés à l’essence des propriétés de disponibilité et à leur traduction en
terme de moniteurs de références [141], ainsi qu’à la définition et à l’implémentation, dans le contexte
de Java, d’un langage de composants étendant les interfaces statiques classiques avec des protocoles
permettant de synthétiser l’implémentation de ces moniteurs [58].
RNTL ARCAD
URL/DOI: http://www.arcad.essi.fr
(12/2000–06/2004)
160
Montant: 107 Ke
Mots-clés: middleware extensible, composants adaptables, JOnAS, Fractal
Participants: Thomas Ledoux, Pierre-Charles David, Pierre Cointe, Jacques Noyé, Jean-Marc Menaud,
Eric Tanter, Patricio Salinas
Partenaires: France Télécom R&D, INRIA Rhône-Alpes (Sarde), INRIA Sophia-Antipolis (Oasis), laboratoire I3S (Rainbow)
Le projet ARCAD (Architecture Répartie extensible pour Composants ADaptables) a donné lieu au
développement du modèle Fractal et à la réalisation de nombreuses applications tests en synergie avec le
consortium ObjectWeb, Nos principales contributions ont porté sur l’extension réflexive de l’intergiciel
JOnAS, le développement de l’infrastructure Reflex [13] et l’expression d’un aspect d’adaptation pour
Fractal [37, 79, 21, 38, 115, 39].
Autres
Toujours au niveau national nous entretenons des relations privilégiées avec France Telecom R&D
et son pôle consacré aux architectures et infrastructures logicielles distribuées soit au travers des projets
RNTL déjà mentionnés soit par le co-encadrement de thèses.
ARC INRIA VeriTLA+
(2006-2007)
Montant: 47 Ke (global)
Mots-clés: TLA+, Bossa, Vérification, Preuve
Partenaires: Projets INRIA Cristal, Mosel, Cassis, Phoenix, Microsoft Research, DIKU
L’objectif de ce projet est de construire un environnement de vérification pour TLA+, un langage de
spécification pour les algorithmes et systèmes distribués et réactifs. Nous voulons valider cet environnement dans le contexte de services de télécommunication, et de noyaux de systèmes d’exploitation. Notre
participation relève de la formalisation des propriétés de Bossa en TLA+ et de la vérification automatique de ces propriétés.
bourse thèse France Télécom R&D
(10/05–09/08)
Montant: 21 Ke
Mots-clés: auto-réparation, reconfiguration fiable, Fractal
Participants: Marc Léger, Thomas Ledoux, Pierre Cointe
Partenaires: France Telecom R&D/MAPS/AMS
Le sujet de cette thèse est de proposer une solution pour la reconfiguration fiable et l’auto-réparation
des architectures à base de composants Fractal. Elle se réalise dans le contexte du projet RNTL Selfware
(voir section 5.7.2).
bourse thèse France Télécom R&D
Montant: 22, 5 Ke
Mots-clés: orchestration de Web services, qualité de service, AOP, DSL
(01/05–12/07)
161
Participants: Fabien Baligand, Didier Le Botlan, Thomas Ledoux, Pierre Cointe
Le sujet de cette thèse est de proposer une solution pour la composition de qualité de service (QoS)
associé individuellement à des Web Services dans le cadre de leur orchestration. La thèse explore les
techniques de la programmation par aspects et son application à la composition de Web services, le
développement de langages dédiés pour obtenir un pouvoir d’expression et des garanties sur la QoS de
l’orchestration.
bourse Cifre Jaluna
(11/2004–10/2007)
Montant: 37.5 Ke
Mots-clés: Ordonnancement de processus, Bossa, Moniteur de machine virtuelle
Participants: Christophe Augier, Gilles Muller
Partenaires: Jaluna
Notre travail sur Bossa a conduit a un transfert industriel dans le cadre d’une bourse Cifre financée
par Jaluna (thèse de Christophe Augier). Le but de cette thèse est d’appliquer l’approche Bossa à un
moniteur de machines virtuelles permettant ainsi de spécialiser l’ordonnancement de plusieurs systèmes
d’exploitation sur une même machine.
CRE France Telecom : Reflex & Fractal
(03/2004-09/2004)
Montant: 6, 5 Ke
Mots-clés: Fractal, Reflex
Participants: Thomas Ledoux, Pierre Cointe
Dans la continuité du RNTL ARCAD (voir section 5.7.2), et avant le lancement du RNTL Selfware, ce
contrat a visé à développer la synergie avec le pôle de recherche Polair de FT R& D autour de la mise en
œuvre d’architectures logicielles adaptables à base de composants réflexifs. Il s’agissait de réaliser une
implémentation de leur modèle de composant Fractal sur notre infrastructure Reflex puis de comparer
celle-ci à leur implémentation de référence Julia dans le cadre d’un stage de DEA.
ANVAR MAAC
(2001–2005)
URL/DOI: http://www.csl.ensm-douai.fr/MAAC
Responsable: Jean-Claude Royer
Montant: 37 Ke
Mots-clés: composants, multi-agents, bibliothèques
Participants: Jean-Claude Royer, Pierre Cointe, Jacques Noyé, Thomas Ledoux, Gustavo Bobeff, PierreCharles David, Sebastian Pavel
Partenaires: Groupe des Ecoles des Mines (Alès, Douai, Nantes et St Etienne)
162
Ce projet regroupe des équipes de quatre écoles des Mines : Douai, Saint-Etienne, Alès et Nantes. Le but
de se projet était d’évaluer comparativement les approches à base de composants et à base d’agents et
ainsi de proposer un modèle commun. Le projet a commencé en 2003 avec un état de l’art général sur les
composants et les agents. Des travaux d’intégration ont été réalisé avec Fractal, pour prendre en compte
la communication asynchrone et une étude de cas de système multi-agent précédemment développé à
Saint-Etienne par O. Boissier. Les bases d’un modèle commun avec communications asynchrones, protocoles explicites et composants hiérarchiques ont été posées. Une journée nationale a été organisée en
2004 à l’EMP de Paris à l’initiative de ce projet et s’est poursuivi en 2006 à Nı̂mes.
CNRS - AS conception systèmes d’exploitation
(2002–2003)
Montant: 30 Ke
Mots-clés: Système d’exploitation, génie logiciel
Participants: Gilles Muller, Jean-Marc Menaud
Partenaires: LIP6, LaBRI, IRISA, LIFL, LAAS, INRIA Rhône-Alpes
Gilles Muller a été l’animateur de cette action spécifique sur le méthodes et outils pour la conception
de systèmes d’exploitation. Le but de cette action a été de rencenser les travaux susceptibles d’améliorer
les méthodes de développement des systèmes d’exploitation, notamment en ce qui concerne les systèmes
flexibles et configurables. Dans le cadre de cette action, nous avons organisé une JTE (Journée Thematique Émergente) de l’ASF à Nantes.
Au niveau Nantais, outre notre participation au CPER, nous collaborons ponctuellement avec des
SSII comme Sodifrance ou des entreprises en création comme IST (voir 5.8.5).
CPER
Région Pays de la Loire - Projet MILES - axe Ingénierie du Logiciel
(2006-2009)
Montant: 128, 6 Ke (global)
Mots-clés: génération de logiciels métiers
Participants: Obasco
Partenaires: équipe Coloss, équipe Modal, équipe Systèmes Temps Réel (IRCCyN), LIUM (Angers)
L’un des enjeux du génie logiciel moderne est d’industrialiser la production logicielle en proposant
des usines logicielles réalisant la fabrication automatique d’une famille de composants logiciels et automatisant l’assemblage de ces composants [154, 28, 153]. Par ailleurs l’un des enjeux des systèmes
embarqués est le développement de logiciels sûrs de fonctionnement et dont la construction est la plus
automatisée possible. Nous proposons d’aborder le problème de la fabrication automatique de logiciels
du point de vue du continuum « modélisation, programmation et implémentation » en revisitant l’approche des langages généralistes et en la comparant à la nouvelle approche des langages dédiés avec
comme perspective l’application de cette technique à un atelier logiciel de construction d’applications
temps réel sûres de fonctionnement.
CPER COM - axe Objets, Composants, Modèles (OCM)
163
(2000–2007)
Mots-clés: objets, composants, modèles, architectures logicielles
Participants: Obasco
Partenaires: équipe Coloss, équipe Modal
Fort d’une expertise commune dans la définition formelle et les différentes déclinaisons du modèle objet,
les trois équipes de l’axe OCM se sont attaquées à sa mise en œuvre dans le domaine des (grandes)
architectures logicielles. Pendant la période 2000-2005, quatre propriétés de ces architectures ont été
particulièrement étudiées, leur adaptabilité, leur sûreté, leur évolutivité et leur capacité à passer à
l’échelle. Ces travaux nous ont conduit à explorer les nouvelles approches par composants et par aspects en étudiant les techniques de composition et de transformation de programmes. Nous proposons
aujourd’hui d’aborder le problème des « usines logicielles » et donc de la fabrication automatique de
logiciels toujours du point de vue du continuum « modélisation, programmation et implémentation ».
Ce nouvel objectif doit nous conduire à revisiter l’approche des langages généralistes post objets en la
comparant à la nouvelle approche des langages dédiés (voir l’axe « ingénierie du logiciel » du nouveau
projet MILES).
Autres
Région Pays de la Loire : projet Arantèle
(09/2004–12/2006)
Responsable: Jean-Marc Menaud
Montant: 78 Ke
Mots-clés: AOP, Grille de calcul, Arachne
Participants: Jean-Marc Menaud, Pierre Cointe, Nicolas Loriant
Partenaires: Subatech - IN2P3
L’objectif du projet Arantèle est de concevoir un environnement de développement facilitant l’utilisation
des grilles de calcul. Cet environnement, basé sur le paradigme de la programmation par aspects, offre un
suivi complet des applications en cours d’exécution sur la grille [90]. Il permet ainsi aux développeurs de
configurer, reconfigurer, analyser et déboguer leurs applications dynamiquement sans perte de service
et d’efficacité [51]. Cet environnement est basé sur le prototype de recherche de tissage dynamique
Arachne [10, 19, 64, 42].
Sodifrance - mise à disposition d’un ingénieur R&D
(01/2005–09/2005)
Montant: 24.5 Ke
Mots-clés: réingénierie, aspects, patrons de conception, codes patrimoniaux
Participants: Pierre Cointe, Hervé Albin-Amiot ,Simon Denier
Partenaires: Sodifrance
Dans le prolongement des travaux de thèse d’H. Albin-Amiot sur les schémas de conception [108] ayant
donné lieu à une thèse Cifre avec le Groupe Sodifrance nous avons accueilli Hervé pendant un an au sein
du projet. Son travail concernait la rétro-conception des applications de quatrième génération dans le
but de faire émerger des aspects spécifiques comme le traitement des erreurs ou la persistance [29, 23].
164
5.8.1 Rayonnement
P. Cointe.
Conférences invitées : Colloque en l’honneur des travaux de J.-F. Perrot à Jussieu en octobre 2003 [20],
Unconventional Programming Paradigms au Mont Saint Michel en septembre 2004 [28], Third
international Symposium on Formal Methods for Components and Objects à Leiden, Pays Bas,
en novembre 2004 [29], 7th African Conference On Research In Computer Science à Hammamet,
Tunisie, en novembre 2004 [27].
Écoles : cours sur les aspects à l’École des Jeunes Chercheurs en Programmation du CNRS 2004 (Le
Croisic), 2005 (Rennes) et 2006 (Luchon).
Responsabilités : responsable du projet Obasco, chef du département informatique de l’EMN, Directeur
adjoint du LINA, coordinateur adjoint du pôle informatique du CPER 2000-2006 (projet COM).
Charges d’intérêt général : Membre nommé du CNU de décembre 1999 à juillet 2003. Membre du
Grand Jury organisé par France Télécom R&D pour l’évaluation du thème « infrastructure et
architecture logicielles » en octobre 2003. Participation aux jurys de concours CR2 (Chargé
de Recherche 2e classe) organisé par les unités de recherche de Rhônes-Alpes (2003) et Futurs (2005). Membre de la MSTP (Mission Scientifique Technique et Pédagogique) en charge de
l’évaluation des propositions ACI Jeunes Chercheurs en 2003 et 2004. Membre du comité STIC
franco-marocain depuis mars 2004 (avec M. Mauny et M. Diaz). Membre du comité scientifique
de l’Institut Africain de Libreville (sous la présidence de J.C.- Deriame). Membre du comité scientifique du GDR GPL (Génie de la Programmation et du Logiciel).
R. Douence.
Écoles : participation à l’École d’été sur le développement du logiciel par aspects en 2006 (Bruxelles).
J.-M. Menaud.
Exposé invité sur « Programmation par aspects et Arachne » dans le cadre du séminaire Réseaux et
Systèmes de l’IRISA en février 2006.
Trésorier du chapitre français de SIGOPS (ASF) depuis avril 2005.
G. Muller.
Exposés invités sur Bossa : Berkeley (Université de Californie) en juin 2003, France Télécom R&D à
Grenoble en novembre 2003, Gatech (Atlanta) et LAAS en février 2004, Microsoft Research mai
2004, PLOS (workshop ECOOP) juin 2004, École d’été temps réel à Nancy en septembre 2005.
Exposés invités sur Coccinelle : Université du Texas à Austin, HP-labs à Palo Alto et Université de
Cornell en décembre 2004, EuroSys Senior workshop à Lisbonne en juillet 2005, Georgia-tech
(Atlanta) et Université du Texas à Austin en février 2006.
Responsabilités : G. Muller est le vice-président de l’ACM/SIGOPS, et a été le président du chapitre
français de SIGOPS (ASF) jusqu’en avril 2005. Il est membre du conseil de l’École doctorale
ED-STIM et du conseil du LINA.
165
Charges d’intérêt général : Gilles Muller fait partie du comité d’experts participant à l’évaluation du
laboratoire VERIMAG en septembre 2006. Il a effectué l’expertise d’un projet dans le cadre de
l’appel RNTL 2006.
J. Noyé.
Écoles : participation à l’École des Jeunes Chercheurs en Programmation du CNRS 2004 (Le Croisic),
2005 (Rennes) et 2006 (Luchon) ; participation à l’École d’été sur le développement du logiciel
par aspects en 2006 (Bruxelles).
M. Südholt.
Exposés invités sur la conception de langages par aspects avancés au « Brown/Northeastern Universities
Aspects Day » (mars 2005), et au symposium Aspect-Oriented Language Concepts and their
Application to Industrial Systems à Twente (juin 2006).
Écoles : participation à l’École d’été sur le développement du logiciel par aspects en 2006 (Bruxelles).
5.8.2 Comités de programme et comités de lecture
P. Cointe.
Comité de pilotage des conférences ECOOP (AITO) et LMO
Président des comités d’organisation des manifestations suivantes :
– ECOOP 20065 à Nantes en juillet 2006,
– première Journée Francophone sur le Développement du Logiciel Par Aspects (JFDLPA), IRCAM, Paris, septembre 2004,
– Eclipse Day, mars 2005 à Nantes.
– thème : Generative Programming and Aspects de la conférence Unconventional Programming
Paradigms, septembre 2004 au mont Saint Michel.
R. Douence.
Comité de lecture : Software Practice and Experience (SPE) 2003, Higher Order and Symbolic Computation (HOSC) 2004, Science of Computer Programming, Special issue on Foundations of AspectOriented Programming (SCP) 2005-2006.
Comité de programme : Aspect-Oriented Software Development (AOSD) 2006.
Organisation d’atelier : European Interactive Workshop on Aspect in Software (EIWAS) 2005, Bruxelles,
Workshop on Aspect-Oriented Middleware Development (AOMD) 2005, Grenoble.
Comité de programme d’atelier : Journées Francophones des Langages Applicatifs (JFLA), deuxième
Journée Francophone sur le Développement du Logiciel Par Aspects (JFDLPA)) 2005, workshop
on Aspects, Components, and Patterns for Infrastructure Software (ACP4IS) 2005 et 2006.
5
http://2006.ecoop.org/.
166
T. Ledoux.
Tutorial co-chair d’ECOOP 2006 (Nantes).
Présidence du comité de programme : Journées Composants 2005 (Le Croisic).
Comité de lecture de numéro spécial de revue : TSI Systèmes à composants adaptables et extensibles
(2003), ISI Adaptation et gestion du contexte (2006).
Comité de programme : LMO 2003 (Vannes), CFSE 2006 (Perpignan).
Comité de programme d’atelier : Journées Composants 2002 (Grenoble), 2004 (Lille), 2005 (Le Croisic), 2006 (Perpignan).
Comité d’organisation de la conférence Eclipse Day 2005 (Nantes).
J.-M. Menaud.
Comité de programme : CFSE 2006 (Perpignan).
G. Muller.
Comités de programme : DSN (IEEE Conference on Dependable Systems and Networks) 2003 (San
Francisco), 2004 (Florence), 2006 (Philadelphie) ; CFSE ( Conférence Francophone sur les
Systèmes d’Exploitation) 2003 (La Colle sur Loup), 2005 (Le Croisic), 2006 (Perpignan) ; DAIS
(4th IFIP International Conference on Distributed Applications & Interoperable Systems) 2003
(Paris) ; EDCC-4 (Fourth European Dependable Computing Conference, Toulouse) ; ISAS (Second International Service Availability Symposium)2005 (Berlin) ; HASE (9th Intl. Symposium on
High Assurance Systems Engineering (HASE 2005)) 2005 (Heidelberg) ; ICDCS (International
Conference on Distributed Computing Systems) 2005 (Columbus) ; ICPP (International conference on parallel processing) 2005 (Oslo) ; ISORC (IEEE International Symposium on Object
and component-oriented Real-time distributed Computing), 2006(Gyeongju, Korea) ; SRDS (IEEE
Symposium on Reliable Distributed Systems), 2005 (Orlando), 2006 (Leeds) ; ACM EuroSys 2006
(Leuven).
Comité de programme d’atelier : FTDCS (International Workshop on Future Trends of Distributed
Computing Systems) 2004 (Suzhou) ; 12th ACM/SIGOPS European Workshop 2004 (Louvain) ;
PLOS (ECOOP Workshop on Programming Languages and Operating Systems) 2004 (Oslo) ;
SaNSO (First International Workshop on System and Networking for Smart Objects) 2005 (Fukuoka).
Publicity chair, 6th International ACM/IFIP/USENIX Middleware Conference 2005, (Grenoble).
Président du comité de programme de RENPAR (Rencontres Francophones en Parallélisme), 2005 (Le
Croisic).
Membre du jury pour le prix de la meilleure thèse française en systèmes d’exploitation en 2003 et 2006.
Comité de lecture : ACM Surveys.
J. Noyé.
Comité de programme : LMO (Langages et Modèles à Objets) 2003 (Vannes) et 2004 (Lille), CAL
(Conférence francophone sur les Architectures Logicielles) 2006 (Nantes).
Comité de programme d’atelier : Journées Composants 2005 (Le Croisic) et 2006 (Perpignan), DSAL
2006 (Workshop on Domain-Specific Aspect Languages, affilié à GPCE 2006, Portland).
167
J-C. Royer.
Comité de pilotage : RSTI (Revue des Sciences et Technologies de l’Information), Hermès-Lavoisier.
Rédacteur de revue : RSTI-L’Objet, Hermès-Lavoisier.
Comité de lecture : JOT (Journal of Object Technology).
Présidence du comité de programme : JMAC (Journée Multi-Agent et Composants) 2004 (Paris).
Comité de programme : IASSE (International Conference on Intelligent & Adaptive Systems, and Software Engineering) 2004 (Nice) ; LMO (Langages et Modèles à Objets) 2005 (Berne) et 2006
(Nı̂mes) ; CAL (Conférence francophone sur les Architectures Logicielles) 2006 (Nantes).
Comité de programme d’atelier : OCM-SI (Objets, Composants, Modèles dans l’ingénierie des Systèmes
d’Informations) 2003 (Nancy) et 2004 (Biarritz) ; JC (Journée Composants) 2005 (Le Croisic) et
2006 (Perpignan) ; WCAT (Workshop on Coordination and Adaptation Techniques for Software
Entities) 2004 (Oslo).
M. Südholt.
Comité de pilotage : atelier international sur la composition logicielle (Software Composition, SC)
Workshop co-chair d’ECOOP 2006 (Nantes)
Comité de programme : AOSD (Aspect Oriented Software Design) 2003 (Boston), 2004 (Lancaster) et
2005 (Chicago) ; NetObjectDays 2005 (Erfurt) et 2006 (Berlin) ; Software Composition (SC) 2006
(Vienne)
Comité de programme d’atelier : ACP4IS (AOSD 2003), DAW (AOSD 2005, 2006), SC (Software
Composition, ETAPS 2003–2005) et FOAL (AOSD 2004).
Conférences internationales
ECOOP 2006 : http ://2006.ecoop.org/. Les membres de l’équipe ont pris une part prépondérante
dans l’organisation de cette vingtième édition qui s’est tenue à la cité des congrès de Nantes en juillet
2006 avec plus de 450 participants.
Atelier Software Composition de la conférence ETAPS. Depuis 2002 l’équipe a participé avec les
partenaires du projet IST EASYCOMP à l’organisation de l’atelier Software Composition. Celui-ci s’est
donc tenu successivement à Grenoble (2002) puis Varsovie (2003), Barcelone (2004), Glasgow (2005)
et Vienne (2006). Pour cette dernière édition, Mario Südholt a co-organisé cette manifestation qui est
devenue un symposium international [107].
Conférences nationales
RenPar/CFSE/JC/SympAA 2005. Gilles Muller et Jean-Marc Menaud ont organisé la colocalisation
de ces 4 conférences francophones dédiées au parallélisme. Cette manifestation réalisée en liaison avec
le chapitre français de l’ACM/SIGOPS et l’EMN, a réuni 170 personnes au Croisic en avril 2005.
168
JFDLPA 2004. L’équipe a organisé sous l’égide du ReX AOSD-Europe (voir 5.7.1) la première Journée
Francophone sur le Développement de Logiciels par Aspects. Cette journée s’est déroulée à l’IRCAM
en septembre 2004 et a permis via ses 70 participants de recenser au niveau national les travaux en cours
sur les aspects [106]. La deuxième édition s’est tenue à Lille en septembre 2005, organisée par le projet
Jacquard avec le support d’Obasco [23, 21].
JMAC 2004. L’équipe a organisé la première Journée Multi-Agent et Composants. Cette journée s’est
déroulée le 23 novembre 2004 à l’École des Mines de Paris et a rassemblée une quarantaine de personnes
pour confronter les liens entre systèmes multi-agents et composants. Cette journée est issue des activités
autour du projet ANVAR MAAC 6 .
Manifestations régionales
Eclipse Day 2005. Obasco a organisé sous les auspices du réseau d’excellence AOSD-Europe, la
première journée Française dédiée à Eclipse (Eclipse Day7 ). Celle-ci a réuni quelques 150 participants.
E. Gamma (IBM Zurich) et K. Czarnecki (Waterloo University) étaient les deux conférenciers invités.
OCM 2000-2003. Dans la lignée de la conférence Objet qui s’est tenue annuellement de 1995 à 1999,
la conférence OCM (Objets, Composants et Modèles) s’est déroulée annuellement de 2000 à 2003, organisée en alternance entre Rennes et Nantes par le Club Objet de l’Ouest (qui réunit des partenaires
académiques et industriels du grand ouest, dont l’École des Mines de Nantes, l’IRISA et l’Université de
Nantes). Après OCM 2000 avec les participations de K. Nygaard et G. Kiczales, OCM 2002 avec les interventions de S. Cook et B. Stroustrup, OCM 2003 était consacrée à « la migration et à l’interopérabilité
logicielle » avec les exposés de P. Grosjean et P. Desfray.
Les jeudis de l’objet. Depuis neuf ans, ce séminaire bimestriel est organisé par l’équipe comme un
autre lieu de rencontre et de discussion pour les industriels régionaux qui souhaitent échanger leurs
résultats et expériences sur les technologies à objets et à composants. Chaque Jeudi de l’objet8 présente
soit un état de l’art d’une technologie émergente soit un retour d’expérience dans le domaine des architectures logicielles.
Animations nationales
CNRS/RTP Systèmes distribués. G. Muller a été membre du bureau du Réseau Thématique Prioritaire sur les systèmes distribués jusqu’à fin 2004.
CNRS/GDR ALP. L’équipe était membre du Groupe de Recherche du CNRS « Algorithmes, Langages
et Programmation » . En tant que telle , elle a participé aux journées spécifiques OCM organisées dans le
cadre des conférences LMO (2003 à Vannes, 2004 à Lille, 2005 à Berne et 2006 à Nı̂mes). Elle vient de
rejoindre le thème « Transformations » du nouveau groupe « Génie de la programmation et du logiciel » .
6
http://csl.ensm-douai.fr/MAAC/3.
http://www-emn.fr/x-di/eclipse-day/.
8
http://www-emn.fr/jeudis-objet/.
7
169
École des jeunes chercheurs en programmation du GDR ALP. L’école des jeunes chercheurs est un
lieu de rencontre privilégié des thésards du domaine de la programmation avec des chercheurs confirmés
sur une durée de quinze jours. L’équipe avait organisé une édition précédente en 1998, elle a co-organisé
avec le projet Lande de l’IRISA l’édition 2004 bilocalisée sur Nantes (le site de l’EMN) puis le Croisic.
EMOOSE. En septembre 1998 l’équipe a lancé, en collaboration avec un réseau de partenaires, un
Master international EMOOSE9 (European Master of Science on Object-Oriented and Software Engineering Technologies). Ce programme est dédié aux technologies à objets pour le génie logiciel, incluant
les systèmes à composants et la programmation par aspects. Le réseau de partenaires, SENSO, inclut les
partenaires du projet ELASTEX (voir 5.7.1) ainsi que l’Université Technique de Darmstadt (Allemagne)
et la Monash University (Australie). Le programme est géré par l’équipe et les cours ont lieu à Nantes
dans les locaux de l’EMN. Les étudiants reçoivent un diplôme de Master of Science de la Vrije Universiteit Brussel et un certificat d’études spécialisées de l’École des Mines de Nantes. Aujourd’hui le master
EMOOSE est en cours d’intégration dans le curriculum enseignement associé au réseau d’excellence
AOSD-Europe [14].
Master ALD Jusqu’à l’année universitaire 2003-2004, les membres de l’équipe participaient au programme du DEA cohabilité avec l’Université de Nantes pour un total de 50 heures sur les nouvelles
tendances dans le domaine du génie logiciel à objets.
Depuis 2004, ce DEA a évolué en deux spécialités de Master recherche, mention informatique toujours en cohabilitation avec l’Université de Nantes. L’équipe Obasco est impliquée dans la spécialité
« Architectures Logicielles Distribuées ». Cette mention a été co-dirigée par J. Martinez (Polytech
Nantes) et G. Muller (EMN) de 2004-2005, puis par G. Muller et D. Barba en 2005-2006.
Frédéric Rivard, un ancien thèsard de l’équipe [3], a créé à Nantes l’entreprise Industrial Software
Technology (IST)10 . Nous collaborons avec lui dans le domaine des « systèmes embarqués Java temps
réel automative pour microcontrôleurs bas coûts ». Le projet RNTL SADAJ vient d’être labellisé par
l’ANR en août 2006.
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Équipe
CD : Contraintes Discrètes
Responsable : Nicolas Beldiceanu
– Nicolas Beldiceanu
Professeur, EMN, 01/09/2003
– Philippe David
– Romuald Debruyne
– Sophie Demassey
Maı̂tre-assistant, EMN, 01/09/2006
– Narendra Jussien
– Thierry Petit
Maı̂tre-assistant, EMN, 01/09/2003
– Jean-Xavier Rampon
Professeur, Université de Nantes, —
– Charlotte Truchet
Maı̂tre de conférence, Université de Nantes, 01/07/2006
– Sophie Demassey
Maı̂tre-assistant associé, EMN, de 01/09/2005 à 31/08/2006
– Jimmy Leblet
ATER, Université de Nantes, de 01/09/2005 à 31/08/2006
– Emmanuel Poder
Maı̂tre-assistant associé, EMN, de 01/09/2003 à 31/08/2004
– Hadrien Cambazard
185
186
– Emilie Grellier
– Gen-Brug Guenver
Doctorant, Université de Nantes, 01/09/2003
– Xavier Lorca
– Guillaume Richaud
Allocataire BDI-CNRS, Université de Nantes, 01/10/2005
– Abdalla Elkhyari
Allocataire EMN, Université de Nantes, de 01/01/2000 à 31/12/2003
– Samir Ouis
Allocataire EMN, Université de Nantes, de 01/01/1999 à 31/12/2003
– Guillaume Rochart
Allocataire EMN, co-encadrement avec COCOA, Université de Nantes, de 01/01/2002 à
31/12/2005
6.2.1 Historique
La genèse de l’équipe Contraintes Discrètes se situe dans les années 1994 lorsque la programmation
contraintes à commencée à devenir populaire dans l’industrie par l’intermédiaire de sociétés telles que
COSYTEC et Ilog. L’historique de l’équipe Contraintes Discrètes est le suivant :
1994 : arrivée de Patrice B OIZUMAULT (prof) – création de l’équipe et co-habilitation du DEA d’Informatique.
1995 : recrutement de Philippe DAVID (ma) et Olivier L HOMME. Création de l’option GIPAD.
1998 : recrutement de Narendra J USSIEN (ma – doctorant à l’EMN de 1994 à 1997 – HDR 2003).
1999 : Olivier L HOMME retourne dans l’industrie (société Ilog) ; il est remplacé par Romuald D E BRUYNE (ma).
2001 : Patrice B OIZUMAULT quitte l’EMN pour l’université de Caen. Narendra J USSIEN est nommé à la
tête de l’équipe.
2002 : recrutement de Thierry P ETIT (ma).
2003 : recrutement de Nicolas B ELDICEANU (prof). Il prend la tête de l’équipe.
2004 : création de la FRE LINA.
2004 : rattachement de Jean-Xavier R AMPON (prof) en octobre 2004.
2006 : obtention du STREP netWMS, du RIAM SEISM et de l’ANR non thématique CANAR. recrutement de Sophie Demassey (ma) et rattachement de Charlotte Truche (mc). organisation de la conférence
internationale CP à Nantes.
L’objectif de l’équipe Contraintes Discrètes est de fournir les résultats clés de la prochaine génération
d’outils de programmation par contraintes. Il s’agit principalement de développer des techniques
génériques permettant à la fois d’intégrer et d’unifier différentes facettes et nouvelles extensions de la
programmation par contraintes.
187
Positionnement de l’équipe Contraintes Discrètes dans le contexte national et international
Mis à part l’équipe Contraintes Discrètes, les principaux acteurs dans le domaine des contraintes
discrètes sont la société Ilog, le LIRMM (Montpellier) pour la France, et le centre sur les contraintes
de Cork (Irlande), Imperial College à Londre (Angleterre), l’université de Brown au USA, l’université
de Californie (Irvine) au USA, l’université de Melbourne en Australie, et l’université polytechnique de
Montréal au Canada.
Les points forts des acteurs précédents sont les suivants :
– Ilog est en contact direct avec les besoins provenant des applications et possède une double
compétence en programmation linéaire et en programmation par contraintes ;
– Le LIRMM possède une forte tradition dans le domaine des réseaux de contraintes (M.C. Vilarem,
C. Bessière) ;
– Cork a une forte équipe dans le domaine de l’intelligence artificielle ;
– Imperial College est en contact direct avec les besoins provenant du domaine des réseaux et
possède une équipe maı̂trisant la combinaison des techniques de programmation par contraintes,
programmation linéaire et méta-heuristiques ;
– L’université de Brown a largement contribué au domaine des contraintes en fournissant des systèmes
et des langages pour les contraintes non linéaires, les méta-heuristiques ou la modélisation (OPL) ;
– L’université d’Irvine en Californie possède une forte compétence établie depuis longtemps dans le
domaine des réseaux de contraintes ;
– L’université de Melbourne possède une longue tradition dans le domaine des langages logique où
l’on encapsule des contraintes. Récemment elle a constitué un pôle de recherche (avec l’université de Sydney et un centre de recherche Australien NICTA) pour la constitution du projet G12
(modélisation, résolution, hybridation) ;
– L’université de Montréal possède une équipe de programmation par contraintes qui collabore
pleinement avec les équipes de recherche opérationnelle (dans de domaine de la logistique) de
Montréal.
D’un point de vue théorique, le point fort de l’équipe Contraintes Discrètes vient du fait qu’elle
maı̂trise toutes les facettes de ce sujet (contraintes globales, consistances fortes, explications, contraintes
dynamiques). D’un point de vue applicatif, l’équipe Contraintes Discrètes s’appuie sur sa collaboration avec Bouygues (pour le développement de CHOCO) ainsi que sur des projets nationaux (projet
ANR SEISM) ou Européen (STREP netWMS). Les compétences dans le domaine des Mathématiques
Discrètes ont été renforcées par l’intégration de Jean Xavier Rampon dans l’équipe, par le recrutement d’associés (dont Sophie Demassey) ainsi que par des collaborations avec le Max Planck Institut
à Saarbrücken.
Démarche et verrous motivant nos thèmes de recherche
Démarche suivie Le fil rouge guidant nos recherches consiste à rendre la programmation par contraintes
plus accessible aux utilisateurs, aux développeurs d’applications ainsi qu’aux disciplines voisines (recherche opérationnelle, algorithmique, combinatoire) qui sont nécessaires à son développement futur.
La première partie est justifiée par notre volonté de rendre la programmation par contraintes plus
diffusée dans le monde industriel. Cette diffusion passe par une unification de différents domaines tels
que la programmation par contraintes, les méta-heuristiques et la programmation linéaire ainsi que par
188
leur mise en oeuvre de manière transparente pour l’utilisateur. On peut noter que ce dernier point à été
mentionné comme un verrou important de diffusion des contraintes par le responsable de l’activité optimisation d’Ilog, J.-F. Puget, lors de la conférence CP2004.
Enfin, la dernière partie est motivée par le fait que des progrès significatifs en programmation par
contraintes passent par une collaboration étroite avec les disciplines mentionnées. Il s’agit, d’après
nous, d’une tendance inéluctable qui est confirmée par la constitution de pôles contraintes-recherche
opérationnelle aux États-Unis, au Canada et en Australie.
Les verrous Les principaux verrous auxquels fait actuellement face la programmation par contraintes
sont les suivants :
– Le premier verrou est la constitution de plates-formes de programmation par contraintes mettant en oeuvre de manière transparente toutes les différents grandes classes de méthodes disponibles à l’heure actuelle (réseau de contraintes, contraintes globales, méta-heuristiques, programmation linéaire). Idéalement l’utilisateur doit pouvoir décrire son problème dans un langage de
modélisation de haut niveau sans se préoccuper de la manière de résoudre son problème. Finalement, une telle plate-forme devrait être indépendante d’un langage de programmation ou d’un
solveur particulier. Les motivations d’une telle approche sont les suivantes :
– La programmation par contraintes est bien souvent considérée comme difficile à mettre en
oeuvre par des utilisateurs novices dans cette technologie. La question du rendu à l’utilisateur
afin que ce dernier interprète les solutions est un problème mal pris en compte. Comme il n’y a
guère assez d’experts dans ce domaine c’est un frein puissant à la diffusion de cette technologie.
– Dans la pratique les problèmes sur-contraints pour lesquels il n’existe pas de solution vérifiant
l’ensemble des contraintes sont communément rencontrés. La mise en oeuvre de techniques
permettant à la fois de relacher de manière réaliste les contraintes et de propager efficacement
représentent à l’heure actuelle un défi.
À l’heure actuelle il existe un tel projet (le projet G121 ) en Australie. À moindre échelle un autre
projet existe également en Irlande à Cork.2
– Un deuxième verrou est constitué par le passage à l’échelle. Cela passe par des algorithmes plus
efficaces (algorithme incrémentaux), par la synthèse de contraintes ad-hoc adaptées à un aspect de
problème rencontré, ou par la décomposition automatique de problèmes.
Thèmes de recherche en découlant
– Classification de contraintes (rattaché à l’Intelligence Artificielle et aux Mathématiques Discrètes).
La classification des contraintes globales et de leur relaxation devrait apporter une meilleure vue
synthétique du domaine et permettre de faire un lien systématique entre les propriétés des concepts
de bases utilisés pour décrire les contraintes et les propriétés des contraintes elles-mêmes. À notre
avis c’est un point de départ pour l’élaboration d’une plate-forme pour la Programmation par
Contraintes.
– Explications, Apprentissage et Relaxation (rattaché à l’Intelligence Artificielle). L’utilisation
systématique d’explications permet de couvrir différents aspects de la programmation par
contraintes, tels que la construction d’algorithmes hybrides, la prise en compte de contraintes dynamiques, l’aide à l’utilisateur et l’unification de différentes procédures de recherche. L’apprentis1
2
voir http://nicta.com.au/director/research/programs/nip/research_activities/cpp.cfm
voir http://4c.ucc.ie/mimic/
189
sage de modèles de contraintes à partir d’exemples constitue un pas important vers la construction
automatique de modèles. La relaxation de problèmes sur-contraints est nécessaire dans la pratique.
– Algorithmes de filtrages (rattaché aux Mathématique Discrètes et à la Théorie des Graphes). La
recherche de méthodes génériques permettrait de générer des familles d’algorithmes de filtrage
ainsi que des conditions nécessaires de réalisabilité. Ceci est tout aussi vrai dans le cadre des
consistances locales que dans le cadre des contraintes globales. Pour ces dernières, on réutilisera et
adaptera des techniques provenant de l’algorithmique (structure de données, théorie des graphes,
géométrie algorithmique, ensembles ordonnés). On s’attachera également au développement de
méthodes offrant des garanties sur la validité des algorithmes de filtrage produits.
– Hybridation (rattaché à la Recherche Opérationnelle et à l’Optimisation Combinatoire). Dans ce
thème nous nous intéressons au méthodes hybrides combinant la programmation par contraintes
avec d’autres techniques de résolutions telles que les méta-heuristiques.
6.2.3 Perspectives
Nous envisageons les objectifs de recherche de l’équipe Contraintes Discrètes sous les points de vue
complémentaires suivants :
– En premier lieu nous avons le souci de mettre en pratique la Programmation par Contraintes et de la
faire évoluer par rapport à des applications concrètes motivées par des demandes industrielles et/ou
académiques. Cela est fait, d’une part au niveau régional en partenariat avec des entreprises locales
(Projet RIAM SEISM avec la société Succubus à Nantes en 2006 et 2007, Projet Régional dans le
domaine de la logistique avec l’équipe SLP de l’IRCyN), et d’autre part au niveau européen dans
le cadre d’un projet STREP dans le domaine de la gestion d’entrepôts. Les challenges associés à
ces applications sont multiples :
– La nécessité de concevoir des modèles compacts permettant un passage à l’échelle (typiquement
on désire avoir un nombre linéaire de variables et de contraintes).
– Le caractère dynamique des problèmes dans lesquels il faut pouvoir rajouter des objets (par
exemple des tâches) et des contraintes sans pour autant recommencer complètement le processus
résolution à partir du début.
– Le fait que, dans la pratique, il semble illusoire de vouloir exprimer toutes les contraintes
opérationnelles d’un problème sous forme de contraintes.3 Pour cette raison que dans le projet netWMS une partie du problème sera codée sous la forme de règles métier qui seront par la
suite compilées sous la forme de contraintes.
Tous ces projets nous permettent d’enrichir la librairie de programmation par contraintes CHOCO
que nous développons en partenariat avec Bouygues.
– En deuxième lieu, notre souci est de nous projeter à plus long terme sur des systèmes de programmation par contraintes de nouvelles génération intégrant de manière transparente différents
paradigmes de résolution (reformulation de modèles, apprentissage de contraintes, filtrage, explications, méta-heuristiques, hybridation, . . .). Notre vision est que de tels systèmes seront basés
sur des bases de connaissances dans le domaine de la combinatoire (bornes sur des paramètres
de graphes, invariants de graphes, règles de réécriture de contraintes, . . .) et feront intervenir de
manière importante les aspects méta-programmation et réflexivité pour synthétiser automatiquement, à partir des bases de connaissances, du code à partir d’un modèle donné pour un système
cible particulier. Pour cela nous nous baserons sur le catalogue de contraintes et la base d’invariants
3
Ceci est particulièrement vrai dans le domaine de l’aérien ou les règlementations au niveau national, européen et international se superposent dans le domaine des horaires de vol.
190
de graphes que nous avons commencé à développer.4 Les challenges associés à cette démarche sont
les suivants :
– Pour être pertinente la base de connaissances doit comporter un grand nombre d’invariants et de
bornes pour toutes les classes de graphes particulières rencontrées dans la pratique. Deux solutions complémentaires sont possibles pour aborder cette difficulté : d’une part il s’agit de fédérer
plusieurs équipes au niveau international pour permettre de constituer de manière systématique
une telle base (à l’heure actuelle nous travaillons avec le Swedish Institute of Computer Science
sur ce thème). D’autre part, il s’agit d’identifier des principes généraux permettant de construire
d’un seul coup des familles d’invariants ou de bornes. Une piste pour cela est d’identifier des
structures sous-jacentes à un ensemble d’invariants.
– Il faut doter un tel système de capacités d’apprentissage afin d’apprendre à partir d’exemples
et/ou de contre-exemples non seulement des contraintes mais également des ensembles de
contraintes (i.e. des modèles). Nous avons commencé à travailler sur ce thème en collaboration avec le LIRMM de Montpellier.
– Il faut également doter un tel système de faculté d’explications qui sont peuvent être exploitées
dans de nombreux contextes tels que le rendu à l’utilisateur, le guidage de la recherche ou la
génération de nogoods.
– Il faut également doter un tel système de capacités de reformulation automatique. En effet il
est bien souvent nécessaire d’introduire de nouvelles contraintes plus fortes. Enfin, si l’on veut
générer du code pour différents systèmes cibles la reformulation dans les contraintes effectivement disponibles du système cible est nécessaire.
Le projet blanc ANR canar (2006-2009), en collaboration avec les universités de Montpellier,
d’Orléans et de Caen se focalisera sur les problèmes d’apprentissage ainsi que sur les aspects
reformulation.
La programmation par contraintes est un paradigme de résolution de problèmes qui est fondé sur une
distinction claire entre, d’une part, la description des contraintes intervenant dans un problème, et d’autre
part, les algorithmes et les heuristiques de résolution utilisés. C’est sa capacité à prendre effectivement
en compte des contraintes hétérogènes qui a soulevé dans les années 90 un intérêt commercial pour ce
paradigme. Ses domaines de prédilection sont l’ordonnancement (à long et court terme), la conception
de circuits (simulation, vérification et test), l’aide à la décision dans le domaine financier (gestion de
portefeuille), la biologie (séquencement d’ADN, phylogénie) et la logistique.
De part sa situation au carrefour de plusieurs disciplines, la programmation par contraintes fut identifiée en 1996 par l’ACM comme une direction stratégique de recherche. En effet, la programmation par
contraintes se situe au carrefour de disciplines telles que l’Intelligence Artificielle, les Mathématiques
Discrètes, la Théorie des Graphes, la Recherche Opérationnelle et l’Optimisation Combinatoire.
Les premiers systèmes de programmation par contraintes imposèrent des restrictions fortes sur la nature des contraintes que l’on pouvait a priori exprimer ainsi que sur les techniques de recherche que l’on
pouvait utiliser. La confrontation au monde industriel amena l’introduction de nouvelles contraintes plus
proches des problématiques rencontrées. Elle amena aussi l’utilisation d’autres techniques de recherche
4
Voir http://www.emn.fr/x-info/sdemasse/gccat/
191
plus adaptée à la taille des problèmes considérés. Ce fut ainsi l’occasion de remplacer des procédures
de résolution générales par des algorithmes adaptés aux différents types de problèmes rencontrés. Sans
pour autant quitter complètement le domaine de l’intelligence artificielle, ce passage du général au particulier s’est accompagné d’un glissement progressif vers la recherche opérationnelle. À l’heure actuelle la programmation par contraintes est souvent comprise comme une simple juxtaposition ou une
ré-appropriation de certaines techniques venant de différentes disciplines.
Face au constat précédent, l’objectif de la programmation par contraintes est de tisser des liens profonds entre les aspects déclaratifs et les aspects procéduraux. Cette vision passe par le développement de
techniques générales pouvant à la fois unifier et prendre en compte différent aspects de la programmation
par contraintes. Nous nous focalisons donc plus particulièrement sur les thèmes suivants :
– Classification de contraintes (rattaché à l’Intelligence Artificielle et les Mathématiques Discrètes).
– Explications, Apprentissage et Relaxation (rattaché à l’Intelligence Artificielle).
– Algorithmes de filtrages (rattaché aux Mathématiques Discrètes, la Théorie des Graphes et l’Intelligence Artificielle).
– Hybridation (rattaché à la Recherche Opérationnelle et l’Optimisation Combinatoire).
6.4.1 Planification et ordonnancement
Historiquement, le domaine d’application le plus fructueux de la programmation par contraintes
fut l’ordonnancement à court terme avec contraintes de ressources. Dans ce domaine la programmation par contraintes permet de prendre finement en compte des contraintes opérationnelles sur la caractéristique des processus de fabrications, sur les stocks intermédiaires, sur le personnel et la traçabilité
des opérations. C’est un domaine toujours d’actualité qui a par exemple été repris dans les progiciels
intégrés de SAP. Dans le cadre de l’ordonnancement avec contraintes de ressources nous avons collaboré
avec l’équipe du e-lab de Bouygues ainsi qu’avec l’équipe temps réel de l’IRCCyN (dans le cadre de
projets Atlanstic). Plusieurs thèses au sein de l’équipe portent sur le domaine de l’ordonnancement :
– La thèse de A. Elkhyari a porté sur les problèmes de RCPSP dynamiques ;
– La thèse d’É. Grellier porte sur les problèmes de logistique inverse ;
– Finalement la thèse de G. Richaud a trait aux problèmes de pick-up delivery.
6.4.2 Gestion d’entrepôts
Dans le cadre du projet européen NetWMS (2006-2008) nous nous intéressons au domaine de la
gestion des entrepôts. La réalisation de contraintes géométriques génériques ayant un grand pouvoir
expressif et permettant un passage à l’échelle constitue le premier défi de ce projet. L’autre défi concerne
le fait de pouvoir exprimer des contraintes métier du domaine de la gestion d’entrepôts. Ces contraintes
sont très spécifiques et sont définies par l’intermédiaire de règles qu’il faut ensuite traiter comme des
contraintes.
6.4.3 Bio informatique
En 2005 et 2006 nous avons collaboré (bourse d’échange européenne) avec le centre de bioinformatique de l’université d’Uppsala dans le cadre de problèmeS de phylogénie. Dans ce cadre le défi
192
consiste à fournir un modèle unique pouvant prendre en compte de manière uniforme un grand nombre
de variantes du problème de phylogénie.
Au printemps 2006 nous avons débuté une première collaboration sur un problème d’appariement de
gènes avec l’équipe COMBI du Lina. Dans ce contexte le défi est la définition de modèles comportant un
nombre linéaire de variables et de contraintes afin de permettre le passage à l’échelle sur des séquences
de quelques milliers de gènes.
6.4.4 Outils de programmation par contraintes
Ces quatre dernières années ont vu fleurir un grand nombre de systèmes de programmation par
contraintes aussi bien au niveau industriel qu’au niveau académique (plus d’une dizaine de systèmes).
Ces systèmes se présentent comme des libraires de contraintes typiquement disponibles dans des
langages tels que C++ ou Java. Dans tous ces systèmes chaque contrainte demande un effort de
développement important qui reposent sur des choix initiaux plus ou moins discutables à moyen et long
terme (choix du langage, choix de l’architecture de noyau). Enfin un grand nombre des algorithmes de filtrage reposent sur un nombre limité d’algorithmes de bases (couplage, flot, programmation dynamique).
Cela mène à des systèmes ingérables sur le long terme.
Nous pensons que dans la prochaine génération de systèmes de programmation par contraintes les
contraintes seront synthétisées à partir de la description explicite de leur sémantique. Dans cet objectif nous constituons une base de connaissance dans le domaine des contraintes globales intégrant les
éléments suivants :
– une description systématique du sens des contraintes globales en terme de propriétés de graphes
et d’automates ;
– une base de données d’invariants de graphes permettant la génération automatique de conditions
nécessaires pour un grand nombre de contraintes ;
– une base de données de bornes de paramètre de graphes pour les classes de graphes rencontrées
dans la description des contraintes globales ;
– une exploitation des bornes, des invariants et des automates pour produire de manière systèmatique
des explications.
Dans ce cadre le défi consiste à fédérer une masse critique de chercheurs pour constituer une telle base
de connaissances et à trouver des structures cachées reliant différent invariants (afin de pouvoir générer
des milliers d’invariants de manière systématique). Une telle base sera utilisée dans le cadre d’au moins
deux systèmes de programmation par contraintes différents, à savoir CHOCO et SICStus.
6.5.1 Applications
Participants : Nicolas Beldiceanu, Patrice Boizumault, Hadrien Cambazard, Philippe David, Sophie
Demassey, Abdallah Elkhyari, Émilie Grellier, Narendra Jussien, Muriel Lauvergne, Olivier Lhomme,
Samir Loudni, Guillaume Rochart.
Ordonnancement
Problème Nous avons utilisé la programmation par contraintes pour résoudre des problèmes concrets à
contraintes de ressources dans les domaines de l’emploi du temps (projet EMN), de placement de tâches
193
sur des processeurs (projet Atlanstic) et de la gestion de chantiers de construction de bâtiments (avec
Bouygues).
Approche Les résolveurs construits pour les applications précédentes combinent des modèles de
contraintes intégrant la notion de ressource à capacité limitée avec des explications ainsi que la gestion
dynamique de contraintes.
Personnes externes Mats Carlsson (Swedish Institute of Computer Science), Pierre Dejax (IRCCYN),
Fabien Demazeau (IRCCYN), Anne-Marie Déplanche (IRCCYN), Christelle Guéret (IRCCYN), PierreEmmanuel Hladik (IRCCYN), Antoine Jeanjean (IRCCYN), Zhiqiang Lu (IRCCYN), Yazid Mati (IRCCYN), Claire Pavageau (IRCCYN), Christian Prins (Université de Troyes).
Publications
– Emplois du temps : [102, 36, 100].
– Temps réel : [51, 91, 52].
– Gestion de projet : [10, 33].
Logistique
Problème Le monde industriel se trouve de plus en plus confronté au problème de la logistique inverse, notamment depuis le décret 2005-829 du 20 juillet 2005 obligeant les fabricants d’équipements
électriques et électroniques (électroménager, électronique grand public, téléphonie, informatique) à
prendre en charge le traitement des déchets de leurs produits, leur recyclage et leur éventuelle élimination.
La logistique inverse concerne la prise en compte des flux de retours (de produits, d’emballage, de produits de manutention . . .) du client vers l’entreprise. La prise en compte des flux classiques (de l’entreprise vers le client) et inverses (du client vers l’entreprise) dans un système logistique est un problème
complexe auquel nous rajoutons un troisième type de flux que nous appellerons les flux internes (entre
les clients ou entre les dépôts de l’entreprise).
Approche Nous développons, dans le contexte particulier de la vente de produits dans une chaı̂ne de
magasins, diverses méthodes hybrides propagation par contraintes/recherche opérationnelle.
Publications
[90, 70, 89, 49].
Réseaux
Problème Nous nous intéressons à la réservation dynamique de connexions dans le contexte de l’administration de réseaux ATM chez France Telecom. Lors d’une nouvelle demande, on cherche à lui
attribuer une route avec garanties de ressources et de qualité de service. Afin de diminuer le risque de
rejet d’une demande, on autorise le re-routage éventuel des connexions déjà réservées sous réserve de
pouvoir maintenir leurs qualités de service.
Approche La solution apportée au problème repose sur une méthode hybride combinant une
modélisation sous forme de CSP (avec propagation de contraintes), des algorithmes de graphes et un
mécanisme de réparation.
194
Publications
[73, 56, 11].
Bioinformatique
Problème On s’intéresse à un problème d’ordonnancement pour une machine qui analyse des
échantillons de séquences afin d’identifier la présence de certains gènes bien précis. L’enjeu consiste à
augmenter la vitesse d’analyse de cette machine en lui faisant traiter plusieurs échantillons en parallèle.
La difficulté vient du fait qu’il faut donc concevoir une clef discrimante de longueur minimale valable
pour tous les échantillons potentiels.
Approche Nous avons construit un résolveur intégrant deux techniques complémentaires : d’une
part un modèle de programmation par contraintes traditionnel, et d’autre part l’utilisation de no-goods
généralisés générés en cours d’énumération.
Publications
[86, 41].
6.5.2 Apprentissage
Participants : Hadrien Cambazard, Narendra Jussien, Thierry Petit.
Problèmes Nous avons d’une part utilisé l’apprentissage dans le cadre d’un problème pratique d’ordonnancement temps réel basé sur une généralisation de la décomposition de Benders pour apprendre
des noogods. De manière plus théorique nous avons proposé un nouveau cadre général pour l’apprentissage de contraintes globales et nous l’avons testé dans le cadre de la contrainte global cardinality. La
motivation de ce travail provient du fait que bien souvent on dispose déjà de solutions pour un problème
donné à partir desquelles on souhaite construire un modèle.
Personnes externes Christian Bessière (LIRMM), Rémi Coletta (LIRMM),
Déplanche (IRCCYN), Pierre-Emmanuel Hladik (IRCCYN), Yvon Trinquet (IRCCYN).
Publications
Anne-Marie
[37, 66, 38, 34].
6.5.3 Contraintes globales
Participants : Nicolas Beldiceanu, Hadrien Cambazard, Romuald Debruyne, Sophie Demassey, Emmanuel Poder, Thierry Petit, Jean-Xavier Rampon, Guillaume Rochart.
Algorithmes efficaces de filtrage pour une contrainte globale donnée
Problème Il s’agit dans un premier temps d’identifier la classe de complexité d’une contrainte globale
donnée, puis de trouver un algorithme de filtrage polynomial faisant l’arc consistance ou pas selon la
classe de complexité de la contrainte.
195
Approche On adapte ou développe des algorithmes efficaces basés sur des graphes (contraintes de
chemins, d’arbres, forêts), des flots (contraintes d’égalités entre multi-ensembles), de la géométrie algorithmique (contraintes de non-recoupement ou contraintes cumulative) ou du domaine des séquences
(contrainte période).
Personnes externes Eric Bourreau (LIRMM), Mats Carlsson (Swedish Institute of Computer Science),
Pierre Flener (Université d’Uppsala), Irit Katriel (Max-Plank-Institut für Informatik, Université d’Aarhus), Eric Sanlaville (Université de Clermont Ferrand), Charlotte Truchet (Université de Nantes).
Publications
– Flot : [27, 28, 17].
– Géométrie algorithmique : [82, 31, 13, 16].
– Graphes : [65, 29, 25, 59, 26, 60].
– Séquences : [62, 32].
Algorithmes de filtrage génériques pour une famille donnée de contraintes
Problème Dans le cadre du filtrage pour les contraintes globales, la démarche traditionnelle consiste
à écrire un algorithme ad-hoc pour chaque contrainte globale rencontrée. Vu le nombre important de
contraintes globales cette démarche ne peut être utilisée dans la pratique que pour un nombre restreint de
contraintes.
Approche Pour cette raison nous avons commencé à explorer une autre approche qui consiste d’abord
à décrire explicitement le sens d’une contrainte (en la modélisant soit comme un automate reconnaissant
les solutions associées à la contrainte, soit comme une propriété de graphe à rechercher), puis à déduire
de cette description un algorithme de filtrage.
Publications
– Classification : [120, 6].
– Automates : [42, 23, 7].
– Graphes : [18, 61, 30, 24, 58].
6.5.4 Explications
Participants : Patrice Boizumault, Hadrien Cambazard, Romuald Debruyne, Abdallah Elkhyari ,
Narendra Jussien, Samir Ouis, Guillaume Rochart.
Problèmes et résultats Nous avons cherché à exploiter de manière systématique le potentiel des explications dans les différents domaines suivants :
– Les problèmes dynamiques : il s’agit de problèmes dans lesquels on peut retirer des contraintes ou
rajouter des objets (par exemple dans un problème d’ordonnancement on voudra rajouter dynamiquement de nouvelles tâches).
– La mise au point de programmes : bien souvent en programmation par contraintes se pose le
problème de mise au point en termes de recherche de performance ou d’identification de la cause
d’un échec lors de la pose des contraintes. Dans ce cadre nous avons utilisé les explications pour
construire un outil de diagnostic à l’aide au développement.
196
– Contraintes globales expliquées : les algorithmes de filtrage des contraintes globales reposent tous
sur des conditions nécessaires spécifiques. Dans le cadre de contraintes sur les séquences ainsi que
de contraintes de flots nous avons montré comment produire des explications pertinentes.
– Conception d’heuristiques d’énumération : nous avons montré comment les explications peuvent
servir à reconnaı̂tre la structure cachée de certains problèmes, ceci afin de développer des heuristiques adaptées.
Personnes externes Patrice Boizumault (Université de Caen), Gérard Ferrand (Université d’Orléans),
Étienne Gaudin (Bouygues), Christelle Guéret (IRCCYN), François Laburthe (Bouygues), Willy Lesaint (Université d’Orléans), Éric Monfroy (Université de Nantes), Alexandre Tessier (Université
d’Orléans), Gérard Verfaillie (Institut de Recherche en Informatique de Toulouse).
Publications
– Contraintes dynamiques : [43, 97, 44, 69, 45, 103, 15].
– Mise au point : [57, 74].
– Contraintes globales expliquées : [77, 95, 22, 78, 87, 79].
– Conception d’heuristiques d’énumération : [39, 67, 19]
6.5.5 Filtrage
Participants : Romuald Debruyne.
Problème Dans le cadre des réseaux de contraintes nous nous intéressons à aller plus loin que l’arc
consistance afin d’avoir un meilleur filtrage (tout en restant polynomial).
Approche La singleton consistance d’arc (SAC) permet de filtrer bien plus que la consistance d’arc en
s’assurant qu’aucune affectation ne puisse rendre le réseau de contraintes arc inconsistant. Nous avons
étudié des algorithmes efficaces en temps et en espaces et validée leur comportement dans la pratique.
Personnes externes
Publications
Christian Bessière (LIRMM).
[84, 83, 35, 63].
6.5.6 Hybridation
Participants : Hadrien Cambazard, Philippe David, Sophie Demassey, Abdallah Elkhyari, Narendra
Jussien, Olivier Lhomme, Guillaume Richaud, Mohamed Tounsi.
Problèmes et résultats Dans le cadre de problèmes d’ordonnancement et d’emplois du temps nous
avons cherche à combiner la programmation par contraintes avec la recherche locale, la méthode de
décomposition de Benders, les méthodes rétro-prospectives et la génération de colonnes.
Dans le cas de la méthode de décomposition de Benders nous avons montré comment l’intégrer
dans le cadre de la programmation par contraintes et comment utiliser les explications pour produire des
coupes.
197
Dans le cas de méthodes rétro-prospectives nous avons introduit la notion de nogood généralisé (basé
sur les explications) pour améliorer l’élagage et l’exploration de l’espace de recherche.
Personnes externes Christelle Guéret (IRCCYN), Gilles Pesant(Polytechnique Montréal), LouisMartin Rousseau(Polytechnique Montréal).
Publications
– Recherche locale : [80, 55].
– Décomposition de Benders : [85, 40].
– Méthodes rétro-prospectives : [76, 68].
– Génération de colonnes : [8]
6.5.7 Ordre
Participants : Nicolas Beldiceanu, Glen-Brug Guenver, Jimmy Leblet, Xavier Lorca, Jean-Xavier
Rampon.
Problème Les travaux réalisés au cours de ces années, s’inscrivent dans le cadre de l’étude morphologique des ensembles ordonnés. Ont ainsi été abordé les problèmes de reconstruction au sens de R. Fraı̈ssé
et au sens de S. M. Ulam, les problèmes de codages et donc les problèmes de décompositions.
Approche Nous nous sommes intéressés aux ensembles ordonnés décomposables en une bipartition
induisant d’une part une chaı̂ne et d’autre part un ensemble ne comprenant aucune couverture de l’ordre
initial. Lorsque l’expression aucune couverture correspond à aucune relation on obtient les ordres dits
split et sinon on obtient les ordres dits chain dominated. Nous avons pu établir que tous ces ordres
possèdent de bonnes propriétés structurelles (reconnaissance, dimension, nombre de sauts, . . .) et ceux
dits chain dominated sont universels au sens du codage par visibilité.
Nous poursuivrons nos travaux d’une part sur les codages par visibilité et d’autre part sur la caractérisation des classes d’ordres dont tous les éléments admettent des extensions respectueuses pour le
non abritement, c’est-à-dire, qui préservent les sous-structures interdites. De plus, en relation avec les
problèmes de reconstruction, nous comptons approfondir les notions de polymorphie pour les ensembles
ordonnés.
Personnes externes
Publications
Alain Guillet, Pierre Ille.
[9, 14, 115, 50, 20].
Problème Dans le cadre de la programmation par contraintes nous avons débuté en 2006 une recherche
concernant l’utilisation systèmatique de la largueur d’un graphe dans le cadre des contraintes de chemin.
Approche Nous utilisons certains résultats classiques dans le cadre d’ordre (théorème de Dilworth,
antichaine maximum supérieure) et nous les combinons avec des techniques de filtrage (localisation des
arêtes n’appartenant à aucun couplage parfait, points fort d’articulation) dans le cadre d’une contrainte
de partionnement d’un graphe orienté par des chemins.
198
6.5.8 Outils de mise au point
Participants : Mohammad Ghoniem, Narendra Jussien, Samir Ouis, Guillaume Rochart.
Problème La programmation par contraintes est une technique difficile à mettre en oeuvre par les
néophytes. En effet à l’inverse de la programmation impérative classique, l’exécution d’un programme
avec contraintes peut être vue comme un ensemble de co-routines se déclenchant et se suspendant en
attente d’évènements particuliers. Il est donc impossible de connaı̂tre a priori le fil d’exécution ce qui est
très déroutant pour l’utilisateur de tels programmes.
Approche Nous avons continué nos travaux antérieurs en nous focalisant sur la production d’outils
permettant de visualiser de manière concise l’exécution d’un programme avec contraintes.
Personnes externes
Publications
Jean-Daniel Fekete (INRIA Futur).
[88, 48, 47].
6.5.9 Problèmes sur-contraints
Participants : Thierry Petit.
Problème Bien souvent dans la pratique il arrive qu’un CSP n’admette aucune solution. Dans ce cas,
le but est de trouver une solution partielle vérifiant le plus grand nombre de contraintes possibles. Il
s’agit en l’occurrence du problème Max-CSP qui a le double intérêt suivant. D’une part il correspond
à un sous problème apparaissant effectivement dans des applications pratiques. D’autre part, il permet
d’encapsuler ces sous-problèmes dans des contraintes globales possédant des algorithmes de filtrages
spécialisés.
Approche Jusqu’à récemment, les algorithmes résolvant le problème du Max-CSP évaluent une borne
inférieure du nombre de contraintes violées sans utiliser la propagation. En revanche, les méthodes
récentes exploitent la propagation pour améliorer l’évaluation du nombre de contraintes violées. Ils
cherchent également à identifier des sous-ensembles disjoints de contraintes ne pouvant pas toutes être
satisfaites. Nous avons replacé cette technique de recherche de sous-ensembles dans un cas particulier
polynomial du problème du ”Hitting set”.
Personnes externes
Publications
Christian Bessière (LIRMM), Jean-Charles Régin (ILOG).
[75, 94].
6.6 Logiciels
6.6.1 Le système de programmation par contraintes CHOCO
Jussien)
URL/DOI: http://www.choco-solver.net/
(Responsable: Narendra
199
Mots-clés: Librairie, Java, Contraintes
Équipe de développement: Nicolas Beldiceanu, Hadrien Cambazard, Emilie Grelier, Xavier Lorca,
Guillaume Richaud, Guillaume Rochart.
Notre équipe est l’un des membres fondateurs du projet OCRE.a Le but de ce projet est de mettre à
disposition de la communauté programmation par contraintes des outils, des algorithmes, des exemples
et des jeux de test utilisables comme une plate-forme d’expérimentation.
CHOCO est le noyau de la plate-forme OCRE : il définit les structures de bases d’un système de
contraintes telles que les variables domaines, les contraintes, la propagation et la recherche arborescente.
Au cours de la période nous avons commencé à intégrer et à développer de nouvelles contraintes globales dans CHOCO (alldifferent, global cardinality, cumulative, tree). CHOCO utilise une licence libre
permettant une utilisation académique aussi bien qu’une utilisation commerciale.
a
Le projet OCRE fut créé en 1999 par des personnes de l’école des Mines de Nantes, de l’Onera de Toulouse, de l’université
de Montpellier, de l’INRA de Toulouse et du laboratoire privé e-lab du groupe Bouygues.
6.6.2 Le système PaLM : Un noyau de contraintes équipé d’explications
(Responsable:
Narendra Jussien)
URL/DOI: http://www.e-constraints.net/palm/palm.html/
Mots-clés: Contraintes, Explications
Équipe de développement: Hadrien Cambazard, Abdallah Elkhyari, Guillaume Richaud, Guillaume
Rochart, Samir Ouis.
Fourni en temps que composant de la librairie CHOCO, PaLM (Propagation and Learning with Move)
est une librairie implémentant les explications dans le cadre de la programmation par contraintes. Le
moteur de propagation de CHOCO est étendu pour produire des explications (chaque déduction que
le moteur effectue est justifiée par des explications qui sont mémorisées). PaLM fournit différents algorithmes tirant parti des explications produites par le moteur de propagation CHOCO. Ceci permet une
recherche qui n’est plus basée sur la notion classique de retour arrière mais sur la notion de réparation.
Cela fournit un cadre unificateur à la recherche en profondeur d’abord et à la recherche locale. PaLM
a également été utilisé pour résoudre des problèmes d’ordonnancement dynamiques dans lesquels les
contraintes évoluent de manière graduelle dans le temps.
6.6.3 VISEXP : Un outil pour la visualisation d’explications
(Responsable: Narendra
Jussien)
URL/DOI:
Mots-clés: Mise au point, visualisation
Équipe de développement: Mohammed Ghoniem
Dans le cadre du projet RNTL OADYMPPAC nous avons développé un outil pour visualiser les explications. Cet outil prend en entrée la trace générique de l’exécution d’un programme avec contraintes.
VISEXP utilise les fonctionnalités de VISADJ qui est un outil pour visualiser une matrice développé au
sein de l’école des Mines de Nantes par l’équipe Modélisation et Conception interactive.
6.6.4 SICStus
(Responsable: Nicolas Beldiceanu)
URL/DOI: http://ftp.sics.se/pub/SICS-reports/Reports/SICS-T--2004-08--SE.ps.Z/
200
Mots-clés: Contraintes, Filtrage, Automate
Équipe de développement: Romuald Debruyne, Sophie Demassey, Thierry Petit
Nous avons poursuivi notre travail commun avec Mats Carlsson du Swedish Institute of Computer Science sur l’utilisation d’automates pour la construction d’algorithme de filtrage. Nous avons
développé un prototype dans lequel, pour une contrainte donnée, nous construisons automatiquement
un algorithme de filtrage à partir d’un automate reconnaissant les solutions associées à la contrainte en
question. Cet outil à été appliqué à une cinquantaine de contraintes. Nous avons également développé
des automates calculant des bornes inférieures et supérieures pour certaines propriétés de graphes intervenant dans la description des contraintes globales.
6.6.5 Apprentissage
(Responsable: Thierry Petit)
URL/DOI:
Mots-clés: Contraintes, Apprentissage
Équipe de développement: Thierry Petit
Dans le cadre de la plate-forme d’apprentissage de contraintes du LIRMM à Montpellier, nous avons
développé dans CHOCO en collaboration avec Christian Bessière et Rémi Coletta un algorithme
d’apprentissage permettant, à partir d’exemples, d’apprendre des contraintes globales. Tout en étant
complètement générique le prototype s’est concentré sur l’apprentissage de contraintes de type global cardinality.
Le groupe contraintes discrètes collaborent régulièrement avec :
– Le Cork Computation Constraint Centre à travers d’un programme d’échange Franco-Irlandais
Ulysse. Cette coopération a débuté en 2005 et porte sur le domaine de l’agrégation de nogoods
somme forme d’automates, ceci dans le but de faire un filtrage plus fort.
– Le Swedish Institute of Computer Science depuis 2003 avec le groupe de Mats Carlsson. Le thème
concerne la construction systématique d’algorithmes de filtrage à partir d’automates et d’invariants
de graphes. Cela s’est traduit en 2004 et 2006 par un article à ESOP, par trois articles dans la
conférence de référence sur les contraintes (CP), et par deux articles dans la revue Constraint.
– L’université d’Uppsala dans le cadre d’une bourse européenne d’échange avec le groupe de Pierre
Flener. Le thème concerne la résolution de problème de phylogénie. Deux articles sur ce thème
ont été réalisés.
– Irit Katriel du Max Planck Institut à Saarbrücken (et maintenant à l’université d’Aarhus au Danemark). Le thème concerne la conception d’algorithmes de filtrages efficaces basés sur la théorie
des graphes. Cette collaboration a amenée à 6 articles (entre 2003 et 2006).
– Le groupe de Gilles Pesant et Louis-Martin Rousseau à Montréal sur le thème des automates et de
méthodes hybrides pour les tournées de véhicules. La coopération a donnée lieu à un article.
5e et 6e PCRD
NetWMS
Responsable: Nicolas Beldiceanu
(2006–2009)
201
Montant: 240608 e
Mots-clés: Contraintes géométriques, entrepôt
Participants: Narendra Jussien
Partenaires: ERCIM, INRIA, CEA, SICS, Peugeot, FIAT, KLS, Wide Scope
Le projet NetWMS est un projet STREP du sixième PCRD. Le projet concerne le développement d’outils
se basant à la fois sur la programmation par contraintes et la réalité virtuelle augmentée pour la gestion
des entrepôts. L’équipe Contraintes Discrètes développe dans ce projet des contraintes géométriques
génériques et des contraintes métier dans le domaine du placement dans les entrepôts et dans la logistique.
Expertise de projets
En 2003 et 2005 N. Jussien a été respectivement expert-évaluateur pour l’ISF (Israël Science Foundation) et pour le SFI (Science Foundation Ireland).
– N. Jussien organise avec P. Baptiste (LIX) et P. Lopez (LAAS) le groupe de travail Contraintes et
RO. Les deux premières rencontres ont respectivement eu lieu en juin 2003 et en octobre 2003.
S. Demassey est co-animatrice, depuis juin 2004, du groupe de travail Contraintes et RO. Ce
groupe de travail des GdR ALP et GdR RO est affilié par les associations françaises de programmation par contraintes (AFPC) et de recherche opérationnelle (Roadef).
– N. Jussien est membre du conseil d’administration de l’association pour la programmation logique et la programmation par contraintes. Il est également président de la nouvelle association de
programmation par contrainte et membre du groupe Flexibilité du GOTHA.
OADyMPPac
(2000-2003)
Responsable: Narendra Jussien
Montant: 213000 e
Mots-clés: Contraintes, Mise au point
Participants: Romuald Debruyne, Samir Ouis, Guillaume Rochart.
Partenaires: Ilog, Cosytec, INRIA/CONTRAINTES, IRISA/LANDE, LIFO, EMN
Le projet européen DiSCiPl (Debugging Systems for Constraint Programming) a cherché à faciliter
la diffusion de la programmation par contraintes auprès d’un plus large public. Pour cela le projet
DiSCiPl s’est penché sur plusieurs aspects tels que le diagnostic d’erreur, le diagnostic des goulots
de performance, et la conception d’outils de mise ou points interactifs. À l’issue du projet DiSCiPl
sont apparues les deux principales difficultés suivantes : d’une part le manque de format générique de
trace, d’autre part le problème de l’extraction d’informations pertinentes. L’objectif premier du projet
OADyMPPac a été de contribuer à la définition d’une trace générique pouvant être produit par les
solveurs et exploités par différents outils d’analyse et de mise au point. Le deuxième objectif a été de
faciliter l’extraction d’informations de trace pertinentes en s’appuyant sur les techniques de visualisation
de grande quantité d’information.
Explications pour les algorithmes de flots
(2004)
202
Montant: 15000 e
Mots-clés: contrainte globale, explication, flot
Participants: Guillaume Rochart
Partenaires: Bouygues (e-lab), EMN
L’objectif de ce projet est de fournir des outils d’analyse et de débogage pour un ensemble spécifique de
contraintes globales à base d’algorithmes d’optimisation de flot.
Contraintes d’ordonnancement
(2005)
Montant: 7500 e
Mots-clés: contrainte globale, ordonnancement, cumulatif
Participants: Emilie Grellier, Hadrien Cambazard.
Partenaires: Bouygues (e-lab), EMN
L’objectif de ce projet est de fournir une contrainte globale expliquée de gestion de réseau temporel.
Expertise couplage PPC-PL
(2006)
Responsable: Nicolas Beldiceanu
Montant: 1500 e
Mots-clés: programmation par contraintes, programmation linéaire
Participants: Sophie Demassey
Partenaires: Total, EMN
Conseil dans le cadre du couplage PPC-PL.
SEISM
(2006-2008)
Montant: 140000 e
Mots-clés: Contraintes, Interface Graphique, Editeur de scénario
Participants: Philippe David, Nicolas Beldiceanu.
Partenaires: Succubus Interactive, École du Design, EMN
Il s’agit d’un projet RIAM dont l’objet est d’utiliser la programmation par contraintes dans le cadre
de la visualisation. Le domaine pratique concerné est un éditeur de scénario de jeux développé par la
société Succubus Interactive.
CANAR
(2006-2009)
Responsable: Thierry Petit
Montant: 210974 e
Mots-clés: Contraintes globales, Apprentissage, Reformulation
Participants: Philippe David, Nicolas Beldiceanu.
Partenaires: Montpellier, Orléans, Caen, EMN
C’est un projet ANR blanc qui porte sur le thème de l’apprentissage et la reformulation automatique
de contraintes (projet accepté mais dont le montant demandé est à confirmer). Il s’agit enjeu important
dans le cadre de la mise en oeuvre de la programmation par contraintes par des personnes n’étant pas
expertes du domaine.
203
Placement, ordonnancement pour les systèmes temps-réel
(2005)
Montant: 9500 e
Mots-clés: contrainte, temps réel
Participants: Hadrien Cambazard
Partenaires: IRCCyN, EMN
Le problème concerne la mise au point d’un résolveur de contraintes pour un problème d’ordonnancement et d’affectation dans le cadre de systèmes temps réels. Il est financé dans le cadre de projet Atlanstic
et est réalisé en collaboration avec l’équipe Systèmes Temps Réel de l’IRCCYN.
Méthodes hybrides pour les tournées de véhicules
(2005)
Montant: 4000 e
Mots-clés: contrainte, recherche opérationnelle, tournées de véhicules
Participants: Emilie Grellier
Partenaires: IRCCyN, EMN, GERAD
Ce projet vise au développement de méthodes hybrides (recherche opérationnelle / programmation par
contraintes) pour résoudre des problèmes de tournées de véhicules. Il s’agit de développer une nouvelle
collaboration entre les équipes LINA/CD et IRCCYN/SLP dans le domaine des tournées de véhicules et
d’initier une collaboration tripartite internationale incluant le GERAD de Montréal, Canada.
6.8.1 Rayonnement
Conférences invitées
– N. Beldiceanu a donné une présentation à la deuxième conférence du groupe suédois sur les
contraintes 5 en février 2003 à Stockholm.
– N. Beldiceanu a été invité à donner une présentation à la réunion annuelle du groupe ERCIM en
juillet 2003 à Budapest.
– N. Beldiceanu a été invité à donner un exposé au workshop Annual ERCIM Workshop on Constraint
Solving and Constraint Logic Programming à Lisbonne en juin 2006.6
Tutoriels
N. Jussien en collaboration avec Gérard Verfaillie du LAAS a donné un cours concernant les contraintes
dynamiques à la conférence CP sur les contraintes à Cork en septembre 2003. N. Jussien a donné un cours
concernant les aspects contraintes et multi-objectifs à MOPGP 2006 à Nimes.
5
6
Voir http://www.sics.se/˜waldemar/sweconsnet/
Voir http://contraintes.inria.fr/˜soliman/ercim/
204
Séminaires
– En mai 2004, N. Jussien a été invité par H. Hosobe pour faire un exposé au séminaire au National
Institute for Informatics (Tokyo, Japon).
– En février 2005, N. Jussien a été invité par C. Bessière pour faire un exposé au séminaire du
Laboratoire d’Informatique et de Micro-électronique de Montpellier.
– En avril 2005, N. Jussien a été invité par B. Sullivan pour faire un exposé au séminaire du Cork
Constraint Computation Center (4C), University College (Cork, Irlande).
– En mai 2005, N. Jussien a été invité par A. Gotlieb dans le cadre d’un séminaire à l’IRISA
(Rennes).
– En décembre 2005, N. Beldiceanu a été invité pour faire un exposé dans le cadre du séminaire de mathématiques appliquées à l’université de Budapest (BUTE) dans le groupe
de András Recski.
– En janvier 2006, X. Lorca a été invité par C. Bessière pour faire un exposé au séminaire du Laboratoire d’Informatique et de Micro-électronique de Montpellier.
– En janvier 2006, N. Beldiceanu a été invité par F. Fages pour faire un exposé au séminaire du
groupe Contraintes de l’INRIA.
Ecoles d’été
N. Beldiceanu a participé à l’organisation (sélection des intervenants, constitution d’un recueil d’exercices, . . .) de l’école d’été sur le thème des contraintes globales en juin 2006 à Samos.7
Mise en ligne de ressources
– N. Jussien maintient et anime le site web portant sur les explications dans le cadre de la programmation par contraintes.8
– N. Jussien anime le site web portant sur la bibliothèque de contraintes CHOCO.9
– S. Demassey a créé le site web 10 concernant le catalogue de contraintes globales.11
Vulgarisation
De février à Mai 2006, N. Jussien a monté une campagne de vulgarisation dans les médias (Nouvel
Observateur, Science et Vie, France Inter, Canal+, . . .) de la programmation par contraintes en s’appuyant
sur le phénomène du Sudoku. 12 N. Jussien a participé aux journées Atlanticiels dans le cadre d’une
conférence invitée portant sur l’avenir du décisionnel.
Organisation de conférences scientifiques
– N. Beldiceanu a organisé les journées COM 2004 réunissant les différents partenaires de Nantes,
Angers et Laval.
7
Voir http://www.cse.unsw.edu.au/˜tw/school.html
Voir http://www.e-constraints.net
9
Voir http://www.choco-solver.net
10
Voir http://www.emn.fr/x-info/sdemasse/gccat/index.html
11
Voir ftp://ftp.sics.se/pub/SICS-reports/Reports/SICS-T--2005-08--SE.pdf
12
Voir http://njussien.e-constraints.net/sudoku/
8
205
– S. Demassey et N. Jussien ont participés à l’organisation du workshop Combination of Metaheuristics and Local Search with Constraint Programming Techniques à Nantes en novembre 2005.
Ce workshop a réuni plus de 70 participants venant de trois continents.13
– P. David, R. Debruyne, S. Demassey, N. Jussien et T. Petit font partis du comité d’organisation de
CP’06 (25-29 septembre 2006, Nantes).
Organisation d’écoles de chercheurs
N. Beldiceanu a assuré en collaboration avec F. Benhamou le cours Programmation par Contraintes
(École jeunes chercheurs en programmation, mai 2004).14
Thèse et Habilitation à diriger des recherches
Nicolas Beldiceanu a soutenu son habilitation à diriger des recherches en avril 2003 (Université Paris 6). Narendra Jussien a soutenu son habilitation à diriger des recherches en septembre 2003 (Université
de Nantes).
Nicolas Beldiceanu a été membre des jurys de thèses suivant :
–
–
–
–
–
–
HDR de Narendra Jussien en 2003 (Université de Nantes),
Thèse de Samis Ouis en 2003 (Université de Nantes),
Thèse de Michael Heusch en 2006 (Université de Nantes),
Thèse de Khalil Djelloul en 2006 (Université de Marseille),
Thèse de Gen-Brug Guenver en 2006 (Université de Nantes),
Thèse de Luis Quesada en 2006 (Université Catholique de Louvain)
Narendra Jussien a été membre des jurys de thèses suivant :
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Thèse de Samis Ouis en 2003 (Université de Nantes),
Thèse de Abdalla Elkhyari en 2003 (Université de Nantes),
HDR de Christian Artigues en 2004 (Université d’Avignon),
Thèse de Ludovic Langevine en 2004 (Université de Rennes),
Thèse de Djamal Habet en 2004 (Université de Picardie),
Thèse de Pierre-Emmanuel Hladik en 2004 (Université de Nantes),
Thèse de Guillaume Rochart en 2005 (Université de Nantes),
Thèse de Cyril Canon en 2005 (Université de Tours),
Thèse de Rémi Coletta en 2006 (Université de Montpellier).
Jean-Xavier Rampon a été membre des jurys de thèses suivant :
– Thèse de Jimmy Leblet en 2005 (Université de Nantes),
– Thèse de Gen-Brug Guenver en 2006 (Université de Nantes).
13
14
Voir http://webhost.ua.ac.be/eume/welcome.htm?workshops/mlscp/index.php&1
Voir http://www.irisa.fr/manifestations/2004/EJCP2004/programme.htm
206
Responsabilités éditoriales
– N. Beldiceanu et N. Jussien font partie depuis le printemps 2006 du comité éditorial de la nouvelle
revue Constraint Programming Letters 15 pour ce qui concerne respectivement le domaine des
contraintes globales ainsi que le domaine des problèmes sur contraints et des explications.
– N. Beldiceanu a été l’éditeur invité en 2006 pour un numéro spécial dans la revue Constraint sur
le thème des contraintes globales.
– N. Jussien a été avec F. Laburthe l’éditeur d’un numéro spécial de la revue AOR concernant une
sélection d’articles de l’édition 2002 de la conférence CPAIOR.
– N. Jussien, en collaboration avec P. Baptiste et P. Lopez ont été éditeur d’un numéro spécial de la
revue RAIRO parue en 2005.
– N. Jussien est en charge de la revue Programmation par Contraintes chez Hermès France.
Comités de programmes
– CP-AI-OR 2003 (N. Beldiceanu, N Jussien) : Fifth International Workshop on Integration of
AI and OR Techniques in Constraint Programming for Combinatorial Optimization Problems,
Montréal, Canada, 8-10 mai 2003.
– JFPLC’2003 (N. Beldiceanu, N Jussien) : Douzièmes Journées Francophones de Programmation
Logique et Programmation par Contraintes, Amiens, France, du 17 au 19 juin 2003.
– CP’2003 (N Jussien) : Ateliers à CP’03 sur Online Constraint Solving : Handling Change and
Uncertainty (OCS) et sur User interaction in Constraint Satisfaction (UICS).
– JNPC’2003 (N. Beldiceanu, R. Debruyne, T. Petit) : Journées Nationales sur les Problèmes NPComplets, Amiens, France, du 17 au 19 juin 2003.
– ECAI-2004 (N. Beldiceanu) : Workshop on Modelling and Solving Problems with Constraints,
ECAI, Valencia, Espagne, 22 août 2004.
– CP 2004 (N. Jussien) : 2004 International conference on Constraint Programming (CP), Toronto,
Canada.
– FLAIRS 2004 (N. Jussien) : International conference of the Florida Artificial Intelligence Research Society (FLAIRS).
– CPAIOR 2004 (N. Jussien) : Conference on the integration of AI and OR techniques in Constraint
Programming (CP-AI-OR).
– JNPC 2004 (N. Jussien, T. Petit) : Président des Journées Nationales pour la résolution des
problèmes NP-Complets.
– JFPLC 2004 (N. Jussien) : Journées Francophones pour la Programmation en Logique et programmation par Contraintes.
– ACM-SAC 2005 (N. Jussien) : Track on constraint solving and programming part of the 20th
Annual ACM Symposium on Applied Computing.
– IJCAI-2005 (N. Beldiceanu) : Workshop on Modelling and Solving Problems with Constraints,
IJCAI, Edindurgh, Scotland, du 30 juillet au 1 août, 2005.
Programming.
– FLAIRS 2005 (N. Jussien) : International conference of the Florida Artificial Intelligence Research Society.
15
Voir http://www.constraint-programming-letters.org/
207
– JFPC 2005 (N. Jussien) : Journées Francophones de Programmation par Contraintes.
– CHANGES 2005 (N. Jussien).
– CP 2005 (N. Beldiceanu) : Eleventh International Conference on Principles and Practice of
Constraint Programming, Barcelona, Espagne, du 1 au 5 octobre 2005.
– RJCIA 2005 T. Petit
Programming.
– ECAI 2006 (N. Jussien, T. Petit) : Seventeenth European Conference on Artificial Intelligence.
– PADL 2006 (N. Jussien) : Eighth International Symposium on Practical Aspects of Declarative
Languages.
– MOPGP 2006 (N. Jussien) : International Conference devoted to Multi-Objective Programming
and Goal Programming.
– JFPC 2006 (N. Jussien) : Journées Francophones de Programmation par Contraintes.
– CP 2006 (N. Beldiceanu) : Twelfth International Conference on Principles and Practice of Constraint
Programming, Nantes, France, septembre 2006.
– CPAI 2006 (R Debruyne) : Atelier CPAI à CP’06.
– BeyondFD 2006 (N. Beldiceanu) : 2nd International Workshop on Constraint Programming
Beyond Finite Integer Domains, Nantes, France, septembre 2006.
– CPTools 2006 (N. Jussien) : International Workshop, Nantes, France, septembre 2006.
– SOFSEM 2007 (N. Beldiceanu) : Current Trends in Theory and Practice of Computer Science,
Prague, République Tchèque, janvier 2007.
– IJCAI-2007 (N. Beldiceanu, N. Jussien).
Comités de lecture
En dehors de relectures pour Artificial Intelligence, Annals of Operations Research et Journal of
Scheduling voici la liste des acronymes des manifestations dans lesquelles des membres de notre équipe
ont des activités de relecture :
– AAAI : National Conference on Artificial Intelligence.
– AOR : Annals of Operations Research.
– CJ : Constraint journal.
– CP : Principle and practice of Constraint Programming.
– CPAIOR : Integration of AI and OR Techniques in Constraint Programming for Combinatorial
Optimization Problems.
– DO : Discrete Optimization.
– ECAI : European Conference on Artificial Intelligence.
– EJOR : European Journal of Operational Research.
– FLAIRS : International FLAIRS conference.
– IJAIT : International Journal on Artificial Intelligence Tools.
– IJCAI : International Joint Conference on Artificial Intelligence.
– JFPLC : Journées Francophones de Programmation en Logique et de Programmation par Contraintes.
– JNPC : Journées Nationales sur la Résolution Pratique de Problèmes NP-Complets.
– JFPC : Journées Francophones de Programmation par Contraintes.
– JH : Journal of Heuristics.
– MP : Mathematical Programming.
– RAIRO : Operation Research.
208
– SAC : ACM Symposium on Applied Computing.
Nous précisons ci-dessous, pour chaque année, l’état de notre participation :
– 2003 : CP, CP-AI-OR, IJCAI, JFPLC, JNPC, FLAIRS.
– 2004 : AAAI, CP, CP-AI-OR, ECAI, FLAIRS, IJAIT, JNPC, JFPLC, ECAI, RAIRO.
– 2005 : AOR, CP, CP-AI-OR, DO, EJOR, FLAIRS, IJCAI, JNPC, JH, MP, SAC.
– 2006 : CJ, CP, CP-AI-OR, ECAI, FLAIRS, IJCAI, JFPC.
L’équipe Contraintes Discrètes est impliquée avec l’équipe COCOA dans l’organisation de CP à
Nantes. Il s’agit de la conférence internationale de référence dans le domaine des contraintes. Après
10 ans hors de France, elle revient à Nantes pour sa 12ième édition en septembre 2006. N. Jussien est
Conference Chair de la manifestation.16
L’équipe contraintes discrètes gère un module sur les contraintes dans le master recherche d’aide à
la décision de l’université de Nantes (LINA) ainsi que l’option GIPAD : Génie Informatique pour l’Aide
à la Décision des élèves en dernière année de l’école des Mines de Nantes.
Au cours de la période 2003-2006 nous avons continué nos développements sur CHOCO (explications, contraintes globales, hybridation), en collaboration avec Bouygues, avec Montpellier (le LIRMM)
ainsi qu’avec Cork. Il s’agit d’une librairie Java de contraintes dans le domaine des logiciels libres.17
Cette libraire est utilisée en interne chez Bouygues pour des applications chez TF1, Bouygues Télécom
ou Bouygues Construction. Elle est également diffusée auprès de centres académiques, aussi bien en
France (par exemple à Montpellier chez C. Bessière), qu’au niveau international (par exemple à Cork
dans le centre de recherche sur les contraintes). Mise à part Bouygues, elle est utilisée dans un cadre
industriel chez Nokia et Peugeot.
[1] A. AGGOUN et N. B ELDICEANU. Extending CHIP in order to solve complex scheduling and
placement problems. Mathl. Comput. Modelling, 17(7) :57–73. Pergamon Press Ltd., 1993.
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16
17
Voir http://www.sciences.univ-nantes.fr/cp06/
Voir http://choco.solver.net/
209
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Équipe
CoCoA : Contraintes Continues et
Applications
Responsable : Laurent Granvilliers
– Frédéric Benhamou
– Marc Christie
Maı̂tre de Conférences, Université de Nantes, depuis le 01.09.2003
Post-doctorant, Université de Nantes, jusqu’au 31.08.2003
– Frédéric Goualard
Maı̂tre de Conférences, Université de Nantes, —
– Laurent Granvilliers
Professeur, Université de Nantes, depuis le 01.09.2005
Maı̂tre de Conférences, Université de Nantes, jusqu’au 01.09.2005
– Christophe Jermann
– Christophe Mauras
– Éric Monfroy
Professeur, Université de Nantes, depuis le 01.09.2003 (Détachement à l’UTFSM du Chili)
Maı̂tre de Conférences, Université de Nantes, jusqu’au 31.08.2003
– Charlotte Truchet
demi-ATER, Université de Nantes, 01.09.2004–01.09.2005
– Laurent Breton
ATER, Université de Nantes, jusqu’au 31.08.2004
– Vincent Sorin
Ingénieur, Université de Nantes, 01.10.2003–31.08.2004
219
220
– Raphaël Chenouard
Doctorant ENSAM, Université de Nantes/ENSAM Bordeaux, depuis le 01.09.2004
– Thomas Douillard
Doctorant MENESR, Université de Nantes, depuis le 01.09.2005
– Tony Lambert
Doctorant sur contrat régional, Universités de Nantes et Angers, depuis le 01.09.2003
– Jean-Marie Normand
Doctorant MENESR, Université de Nantes, depuis le 01.09.2004
– Brice Pajot
Doctorant MENESR, Université de Nantes, —
– Ricardo Soto
Doctorant boursier du gourvernement chilien, Université de Nantes, depuis le 01.01.2006
– Lucas Bordeaux
Doctorant MENESR, Université de Nantes, jusqu’au 31.08.2003
– Martine Ceberio
Doctorant MENESR, Université de Nantes, jusqu’au 31.08.2003
– Michael Heusch
Doctorant CIFRE, Université de Nantes/Thales Group, jusqu’au 30.01.2006
– Mina Ouabiba
Doctorante boursière sur contrat européen IST, Université de Nantes, jusqu’au 31.08.2005
– Guillaume Rochart
Doctorant MENESR, Université de Nantes - École des Mines de Nantes, jusqu’au 30.11.2005
Glossaire :
– Contrainte continue : formule atomique de la logique du premier ordre interprétée sur la structure
des nombres réels, par exemple une équation non-linéaire où les variables sont définies dans des
intervalles de nombres réels
– Programmation par contraintes (CP) : paradigme de programmation qui permet de séparer le quoi
du comment en combinant un langage de description de problèmes (modélisation) à des technologies efficaces de résolution de problèmes d’optimisation (solveurs de contraintes)
7.2.1 Historique
COCOA vient de l’équipe de CP créée par F. Benhamou en 1997. L’objectif initial était d’élaborer
des langages, des systèmes et des algorithmes de CP pour traiter les problèmes modélisés en partie par
des contraintes continues. Historiquement, les thèmes de prédilection de l’équipe sont la résolution de
contraintes sur les intervalles [2, 6, 4] et les modèles de résolution hybrides symboliques/numériques
développés dans le cadre de la thèse de L. Granvilliers [5]. Les méthodes symboliques simplifient les
contraintes et les méthodes numériques calculent des approximations des solutions sans perte (couverture
de l’ensemble des solutions).
CoCoA : Contraintes Continues et Applications
221
En recrutant E. Monfroy en 2000, l’équipe s’est enrichie de compétences en coopération de solveurs [9, 1]. C’est une approche où les techniques de résolution sont décrites à un niveau plus abstrait
et les solveurs sont réalisés comme des compositions de solveurs élémentaires. Ces axes de recherche
(résolution et coopération) ont permis de poser les fondements des systèmes de CP développés dans
l’équipe. Le premier logiciel distribué a été Declic [7], un langage de programmation logique avec
contraintes sur les intervalles décrit dans la thèse de F. Goualard, construit sur clp(FD). Les orientations plus récentes concernent la résolution de contraintes quantifiées [3] et des applications en robotique
(identification, estimation), en synthèse d’images (cinématographie, jeux vidéos, réalité virtuelle) et en
conception de produits industriels.
COCOA hérite d’une longue tradition de participation à des projets européens comme PRINCE,
ACCLAIM, CHIC et plus récemment DISCIPL, COCONUT et le réseau d’excellence CologNet. Elle a
ainsi tissé des liens avec de nombreux groupes de recherche en Europe et en Amérique comme à Brown
(P. Van Hentenryck), au CWI (K.R. Apt), à Lisbonne (P. Barahona), à Vienne (A. Neumaier), à Ulm (T.
Frühwirth), à Lausanne (B. Faltings), à Cork (B. O’Sullivan), etc., et avec des sociétés informatiques
comme ILOG et PrologIA. Elle collabore aussi avec les groupes Dassault Aviation et Thalès.
Un autre jalon important de l’histoire des contraintes à Nantes a été la création de l’équipe de CP
à l’École des Mines par P. Boizumault en 1994, aujourd’hui l’équipe CD. Ensemble, CD et COCOA
couvrent un ensemble important des techniques et des applications de la CP.
7.2.2 Les axes de recherche
COCOA s’attaque au problème de la résolution des formules quelconques de la logique du premier
ordre sur les nombres entiers et réels, avec des contraintes continues, de l’incertitude ou des préférences
sur les données, et des critères de performance. Les outils de base mis en œuvre sont l’analyse par
intervalles, la propagation de contraintes, le calcul symbolique et la recherche arborescente. L’objectif
principal est de réaliser un système de CP capable de gérer des modèles de données hétérogènes, des
modèles décisionnels hybrides et la transition entre ces modèles.
COCOA est en concurrence avec de nombreuses équipes de mathématiques pour des fragments
spécifiques de la théorie (linéaire, polynômes, optimisation). Cependant, elle adopte une stratégie originale basée sur l’hybridation de techniques de résolution [91]. Les problèmes soulevés impliquent l’étude
des algorithmes (stratégies, validation du calcul), des langages de programmation pour l’hybridation et
des systèmes (protocoles de communication, interopérabilité). De plus, elle s’attaque au problème plus
général de la résolution des formules quelconques. Cet aspect enrichit les problématiques de l’équipe et
demande de définir des cadres formels et des algorithmes de résolution.
La recherche dans COCOA peut être déclinée en quatre axes. Récemment, les deux premiers axes
(résolution et hybridation) ont fait l’objet du contrat de recherche européen IST COCONUT. Le dernier
axe (applications) a été appuyé par deux contrats nationaux importants, à savoir un projet RNTL dans
le domaine de la conception préliminaire en ingénierie, et un projet PRIAMM dans le domaine de la
synthèse d’image.
Résolution et optimisation globale pour les systèmes de contraintes
– Objectif : réaliser un solveur sur les intervalles rapide et précis pour les problèmes de satisfaction
de contraintes et d’optimisation sous contraintes
– Thèmes de recherche : algorithmes de recherche arborescente, techniques de consistance, stratégies
de propagation de contraintes, arithmétique des intervalles, analyse par intervalles, techniques de
décomposition de systèmes et exploitation des propriétés (contraintes et solveurs)
222
Algorithmes hybrides pour les formules générales
– Objectif : combiner des solveurs pour améliorer les performances globales et augmenter le pouvoir
d’expression pour traiter des modèles plus complexes
– Thèmes de recherche : modèles de coopération, méthodes symboliques/numériques, hybridation
entre les méthodes locales/globales, langages de stratégies d’hybridation, contraintes quantifiées
et contraintes flexibles
Systèmes et environnements
– Objectif : fournir les outils logiciels et les interfaces pour mettre en œuvre les solveurs
– Thèmes de recherche : langages pour définir des solveurs hybrides ou visualiser les solutions, environnements de débogage, implantation parallèle de langages pour la CP, programmation générique
et objet, et programmation par composants
Applications
– Objectif : faire entrer la technologie dans les processus industriels et des domaines peu visités
comme la synthèse d’images 3D animées, la robotique et la conception
– Thèmes de recherche : langages de modélisation, contraintes globales, techniques de traitement de
l’incertitude, estimation de paramètres et exploitation de la sémantique des applications
7.2.3 Perspectives
Modélisation
– Langage générique prenant en compte la structure des problèmes, la diversité des domaines de
contraintes, les différentes catégories d’utilisateurs
– Préférences et hiérarchies de contraintes
– Prise en compte de la sémantique des applications dans un cadre général
Résolution
– CP mixte : intégration des techniques de CP pour attaquer les problèmes mixtes discrets/continus,
hybridation des outils de CP et de RO, applications aux problèmes d’optimisation et aux systèmes
hybrides
– Résolution des formules générales : hybridation CP et SAT pour les formules conjonctives/disjonctives, heuristiques de recherche
– Contraintes globales : contraintes matricielles, contraintes spécifiques liées aux applications
Applications
– Résolution collaborative : CP et algorithmes symboliques en robotique (calcul d’espaces de travail
de robots parallèles, analyse de singularités), CP et géométrie algorithmique en synthèse d’images
– Besoins spécifiques de résolution pour gérer les problèmes sur-contraints, le maintien d’une bonne
solution pendant la résolution, l’incertitude
De nombreuses disciplines des mathématiques ont rapport avec les contraintes continues, comme
l’analyse numérique, le calcul formel et la recherche opérationnelle. Cependant, ces disciplines sont
223
souvent spécifiques à un domaine de calcul ou une forme des contraintes comme les nombres flottants,
les nombres algébriques ou les contraintes linéaires.
Dans le contexte de la CP, une contrainte continue est définie comme une relation entre des inconnues. Cette définition simple permet l’utilisation de techniques génériques de satisfaction de contraintes
issues de l’intelligence artificielle (voir 7.3.1). Une telle relation est définie sur les nombres réels. Cela
implique le calcul en machine d’approximations des solutions (voir 7.3.2). Cette relation est définie
comme l’interprétation d’une formule dans un langage donné, en général un sous-ensemble de la logique
du premier ordre (voir 7.3.3). Enfin, dans les bons cas, il est possible d’appliquer aussi des techniques de
résolution spécifiques et la résolution devient coopérative ou hybride (voir 7.3.4).
La CP a été reconnue discipline stratégique par l’ACM en 1996.
7.3.1 Satisfaction de contraintes
La résolution de problèmes sur les domaines finis est un domaine de recherche né de problématiques
de placement et d’interprétation d’objets géométriques. Le raisonnement systématique à partir de contraintes vient des travaux de WALTZ [92] sur la reconnaissance d’objets en 3D basée sur l’interprétation
de lignes dans des dessins en 2D. Dans ce contexte, une contrainte est comprise comme une restriction
sur un espace de recherche.
Le problème essentiel est de réduire un espace de recherche aux valeurs cohérentes pour un ensemble
de contraintes : c’est le problème de satisfaction de contraintes (CSP). L’approche classique de résolution
consiste à développer un arbre de recherche en instanciant les variables par des valeurs prises dans
leurs domaines. Comme le problème CSP est NP-complet, une bonne complexité pratique nécessite des
heuristiques de parcours d’arbre efficaces et des méthodes de coupe de l’espace de recherche comme les
techniques de consistance locale [92, 82, 81].
Un CSP a une structure de graphe où les variables sont reliées par les contraintes. L’exploitation des
propriétés de graphe (cycle, arbre, etc.) constitue une part importante des travaux sur les techniques de
recherche et de consistance locale. Les algorithmes de graphe sont appliqués également aux contraintes
globales. Une contrainte globale est une contrainte reliant un ensemble de variables pour laquelle il
existe un algorithme efficace dédié, par exemple une contrainte de flot utilisée en ordonnancement. La
recherche de nouvelles contraintes globales et des algorithmes associés est un sujet de recherche actuel.
7.3.2 Analyse par intervalles
Le problème général de la satisfaction de contraintes continues est indécidable [88]. Il est attaqué
soit par des méthodes symboliques ou exactes pour des fragments spécifiques de la théorie, soit par des
méthodes numériques ou approchées. Le principe des méthodes numériques est de calculer une suite
convergente par approximation successive du problème. Les problèmes majeurs sont de contrôler la
convergence et le degré d’approximation des solutions (précision des calculs).
L’analyse par intervalles de M OORE [83] offre une alternative pour traiter ces problèmes. L’idée fondamentale est de baser la résolution sur le domaine d’approximation des intervalles où chaque nombre
réel est remplacé par un intervalle englobant. Ce domaine a la propriété de couvrir l’ensemble des réels
par un ensemble fini de nombres — un intervalle a le statut de nombre. Dans ce contexte, les techniques sont globales, convergentes et complètes (couverture de l’ensemble des solutions). Une autre
caractéristique remarquable est la possibilité d’implanter des procédures de test de conditions suffisantes
pour l’existence des solutions, en profitant de résultats de l’analyse réelle comme le théorème du pointfixe de B ROUWER.
224
L’analyse par intervalles est une extension de l’analyse numérique aux intervalles. Par exemple,
un théorème d’analyse qui comprend une condition d’existence d’un nombre dans un intervalle est en
général étendu en remplaçant le réel par l’intervalle. Cependant, un tel raisonnement est en général
pessimiste, et les calculs basés sur le théorème sont imprécis. Les autres problèmes récurrents sont le
traitement de l’incertitude et le passage à l’échelle quand la taille de l’espace de recherche augmente
(problème inhérent aux approches globales). Pour appréhender ces trois problèmes, les chercheurs explorent plusieurs voies : résolution hybride (voir 7.3.4), contrôle dynamique de la précision (modèles de
Taylor), raisonnements flous, etc.
7.3.3 De la programmation logique aux contraintes
La CP concrétise l’idée d’utiliser la logique comme paradigme de calcul. Dans cet esprit, des avancées
importantes ont été réalisées dans les années 1960 pour automatiser les preuves de théorèmes. En particulier, ROBINSON [89] a proposé un système d’inférences en logique du premier ordre appelé principe
de résolution. Ce principe est de réfuter un ensemble de clauses au moyen d’une procédure d’unification
syntaxique.
C OLMERAUER et son équipe ont exploité ces travaux pour implanter le langage P ROLOG en 1972.
Dans ce contexte, les contraintes sont des équations sur les termes résolus par unification. Cette idée
simple marque le développement de la programmation logique avec contraintes (CLP) dans les années
1980. Le modèle CLP(X ) de JAFFAR et L ASSEZ [79] est paramétré par le domaine de calcul X . Par
la suite, ce domaine sera instancié par les contraintes sur les entiers dans le système CHIP [77], les
contraintes symboliques sur les réels dans CLP(ℜ) [80], etc. En particulier, les techniques de satisfaction
de contraintes (section 7.3.1) ont été mises en œuvre dans CHIP. L’abandon du paradigme logique
unique a fait passer la CLP à la CP. Un système de CP comprend un langage de modélisation et un
moteur de résolution, en général interne.
L’apparition des intervalles dans le contexte de la résolution de contraintes est due à deux courants
d’idées contemporains du milieu des années 1980. D’une part, le problème était adapter les techniques
de consistance locale pour traiter les problèmes non-linéaires. La problématique de ces travaux était de
conserver la convergence des algorithmes de propagation construits pour les domaines finis. D’autre part,
le but était de donner une sémantique logique à l’arithmétique dans Prolog. Ces travaux ont conduit à une
vision relationnelle des calculs. La convergence des idées a donné lieu à l’implantation des contraintes
d’intervalles dans le langage CLP(BNR) [85]. Les techniques d’analyse par intervalles ont été par la
suite mises en œuvre dans le langage Newton.
7.3.4 Coopération de solveurs
La résolution coopérative de problèmes est un fer de lance de la CP. Le premier objectif est d’améliorer
les performances d’un solveur. L’exemple classique consiste à appliquer conjointement les techniques de
satisfaction de contraintes et l’analyse par intervalles, pour gagner en vitesse et précision des calculs. Une
approche symbolique/numérique classique utilise un solveur symbolique pour transformer les contraintes
et ainsi améliorer la résolution numérique. Une approche locale/globale répandue consiste à intégrer une
méta-heuristique dans un solveur sur les intervalles pour accélérer la recherche d’une solution. Un autre
objectif est d’étendre le pouvoir d’expression des langages associés pour traiter des contraintes plus
complexes (par exemple les contraintes avec quantificateurs) ou des contraintes hétérogènes.
Les problématiques de recherche concernent les modèles théoriques, les langages pour décrire les
solveurs hybrides, les stratégies spécifiques et les aspects liés aux systèmes de CP.
225
Le modèle théorique qui est probablement le plus abouti concerne la propagation de contraintes [84,
2, 72]. Le calcul est défini comme une application d’opérateurs monotones sur un domaine de calcul ayant une structure de treillis [90, 75]. Cette théorie est suffisamment générale pour modéliser des
contraintes hétérogènes et des algorithmes de coopération sur les nombres entiers et les intervalles.
Les contraintes continues apparaissent dans la modélisation de nombreux systèmes physiques, chimiques, robotiques, économiques, etc. Les applications impliquent d’adapter les outils classiques et traiter efficacement les problèmes sous-contraints (infinité de solutions) ou sur-contraints (aucune solution),
analyser les solutions et plus généralement concevoir de nouveaux outils d’aide à la décision, modéliser
la sémantique des applications et inscrire la technologie dans les processus industriels.
Notre stratégie est d’investir des domaines peu visités comme la conception et la synthèse d’images
dans le cadre de collaborations. La conception de produits industriels est souvent décrite comme un processus itératif avec des phases d’analyse de besoins, de génération de squelettes de produits (conceptual
design), de calcul des dimensions et des grandeurs principales (embodiment design) et de simulation
pour régler les détails (detailed design). Les modèles numériques sont définis en général comme des
problèmes mixtes entiers/réels avec des contraintes continues. En plus des problèmes génériques cités
ci-dessus, un problème important est de gérer les modèles de produits structurés qui incluent des compositions de composants et des choix de composants. Dans ce contexte, l’étude de techniques hybrides
pour les problèmes mixtes est fondamentale. COCOA collabore avec l’ENSAM de Bordeaux et Dassault
Aviation sur ce sujet.
Le contrôle de caméras fait partie des problèmes abordés dans COCOA en collaboration avec la
société MGDesign et l’équipe de robotique de l’IRCCYN. L’objectif est par exemple de générer une
scène à partir de propriétés sur les objets dans la scène ou de contrôler un robot marcheur par rapport aux
objets présents dans son environnement. Les problématiques abordées sont liées à la modélisation de la
caméra et des objets, l’exploitation de la sémantique des contraintes géométriques, la résolution hybride,
l’interaction avec les utilisateurs, etc. D’autres applications sont potentiellement intéressantes, comme la
création de jeux vidéo et la création cinématographique.
L’estimation de paramètres est attaquée sur des problèmes de robotique (avec l’IRCCYN) et de configuration de molécules en 3D (avec l’INRIA et le LAAS). Une molécule est vue comme un bras articulé
de robot où les acides aminés sont des axes reliés par des tiges. Le problème principal est de calculer
des solutions valides (par exemple pour identifier un modèle) en présence d’incertitude sur les données.
Par exemple, les longueurs des tiges et les angles entre les tiges et les axes sont connus à une certaine précision. Les problèmes spécifiques importants concernent la modélisation et plus précisément la
définition de contraintes globales (produit de matrices sur les intervalles, gestion des angles des tiges)
et la mise en œuvre de modèles redondants comme celui de Cayley-Menger. Dans le cas des molécules
avec des milliers d’atomes, le problème du passage à l’échelle est déterminant et les approches hybrides
locales/globales représentent un thème d’étude incontournable.
Nous étudions aussi la possibilité de vérifier symboliquement des propriétés numériques des systèmes
embarqués en les exprimant sous forme de programmes CLP [59].
226
7.5.1 CP et analyse par intervalles
Formalisation d’un algorithme de propagation
Participants : Frédéric Goualard, Laurent Granvilliers.
Benhamou et al. [4] ont présenté en 1999 l’algorithme HC4 de résolution de contraintes réelles
censé remplacer l’algorithme classique HC3 pour le calcul de la cohérence de bornes [73, 6] en évitant
une décomposition coûteuse des contraintes complexes en contraintes primitives. La description de HC4
n’incluait pas son analyse théorique, mais les auteurs émettaient l’hypothèse que l’algorithme calculait la
cohérence de bornes lorsque les contraintes traitées n’avaient que des occurrences simples de variables.
En analysant théoriquement et expérimentalement HC4, nous avons, dans un premier temps, réfuté l’hypothèse ci-dessus, puis montré que l’algorithme calcule une nouvelle propriété de cohérence proche
de la cohérence directionnelle de Dechter et Pearl [76]. Nous avons aussi mis en évidence le fait que
l’accélération de la résolution de contraintes observée avec HC4 par rapport à HC3 n’est pas dûe à
l’absence de décomposition des contraintes mais à la localisation de la propagation des variations de
domaines qu’elle induit. Ces travaux ont été présentés à la communauté internationale [35].
Expression des algorithmes de résolution de contraintes d’intervalles en termes d’algorithmes
numériques
Participant : Frédéric Goualard.
Le domaine de la programmation par contraintes d’intervalles est historiquement l’héritier des recherches effectuées en intelligence artificielle sur la résolution de contraintes discrètes et n’a jusqu’à
présent que peu interagi avec le domaine de l’algorithmique numérique étendu aux intervalles.
Nous avons montré que certains algorithmes largement utilisés en programmation par contraintes d’intervalles pour la résolution de contraintes réelles sont assimilables à des instances d’extensions aux intervalles de la méthode de Gauss-Seidel non-linéaire [86]. Nous avons décrit un patron général d’algorithme
permettant la présentation de ces algorithmes dans un cadre unifié et nous avons montré qu’il est possible
de tirer partie de cette observation pour accélérer la résolution de systèmes de contraintes réelles en ne
sélectionnant qu’un sous-ensemble des opérateurs de contraction générés à partir de ces contraintes. Ces
travaux ont été présentés à la communauté internationale [34].
7.5.2 CP, recherche locale et optimisation
Approximations intérieures pour la résolution de problèmes MaxCSP numériques
Participants : Marc Christie, Jean-Marie Normand, Charlotte Truchet.
L’objectif de ce travail a été de proposer une approche efficace pour déterminer une approximation
intérieure d’un problème MaxCSP numérique. De nombreux problèmes industriels se modélisent par
des systèmes d’inéquations non-linéraires sur le continu (conception préliminaire, robotique, ...). Or
dans les phases de mise au point du modèle il est utile de déterminer la nature du problème (sur- ou souscontraint) et les éventuelles inconsistances entre sous-ensembles de contraintes et aucun outil ne propose
une approche en ce sens. Les participants de cette action se basent sur une technique de type branch
and bound afin de déterminer une approximation intérieure (avec garantie de correction) des domaines
satisfaisant un maximum de contraintes du CSP. Dans ce cadre même, une extension des techniques de
227
recherche locale en continu basée sur l’arithmétique des intervalles est proposée et hybridée avec des
techniques de propagation. Le but de ce travail, en cours, est aussi de formaliser l’adaptation de ces
méthodes aux domaines continus, de manière générique. Ces travaux ont été présentés à la communauté
française [50].
Hybridation propagation et méta-heuristiques
Participants : Tony Lambert, Eric Monfroy, Frédéric Saubion [Professeur, LERIA, Angers].
L’hybridation des mécanismes de méta-heuristiques et des techniques de programmation par contraintes est souvent basée sur des combinaisons de type maı̂tre-esclave, dédiées à la résolution de classes
de problèmes spécifiques. Nous nous intéressons à la définition d’un modèle théorique uniforme, basé
sur les itérations chaotiques de K.R. Apt, permettant de prendre en compte une hybridation entre métaheuristiques et propagation de contraintes. Dans ce contexte, la résolution s’apparente à un calcul de
point fixe d’un ensemble de fonctions de réductions spécifiques. Notre cadre générique permet alors
d’envisager des stratégies de combinaison et d’hybridation de manière plus fine et d’étudier leurs propriétés. Des résultats expérimentaux mettent en avant les atouts de telles combinaisons en regard d’une
utilisation indépendante des techniques de résolution complètes et incomplètes. Le modèle initial hybridant recherche locale et propagation a été publié dans [43]. Des résultats expérimentaux [40, 58, 48] ont
été réalisés grace au système développé à partir du cadre. Ce modèle a ensuite été étendu afin de prendre
en compte également les algorithmes génétiques [15, 38]. Des applications au Balanced Academic Curriculum Problem [39, 56, 57] ont été réalisée dans ce cadre. La recherche locale a également été spécifiée
finement dans ce modèle [41].
Optimisation et algorithmes de graphes pour les hiérarchies de contraintes
Participants : Frédéric Benhamou, Martine Ceberio, Christophe Jermann, Hiroshi Hosobe [Associate Professor, National Institute of Informatics, Tokyo].
Dans le cadre de la collaboration entre le NII (Tokyo, Japon) et le LINA, et plus précisément au
cours du projet PAI Sakura, nous avons étudié la possibilité de résoudre les problèmes de hiérarchies
de contraintes (problèmes sur-contraints ou les contraintes sont classées par priorité) par des méthodes
d’optimisation globale. La correspondance entre la définition de solution réelle et solution intervalles
d’une hiérarchie de contraintes a été étudiée sur le plan théorique et permet la définition d’algorithmes
d’optimisation spécialisés.
Selon certains critères, les solutions d’une hiérarchie de contraintes sont les solutions du sous-ensemble
de poids maximum de contraintes consistantes entre elles, les poids provenant des priorités sur les
contraintes. Le calcul d’un tel sous-ensemble peut être réalisé par des algorithmes de graphes si l’on ne
considère que la consistance structurelle des contraintes. Nous avons proposé un algorithme de flot qui
calcule un tel sous-ensemble pour la classe la plus générale des hiérarchies de contraintes ; cet algorithme
subsume les algorithmes existants qui n’étaient adaptés qu’a certaines classes précises de problèmes.
Les grandes lignes de ces travaux sont décrits dans une revue internationale [16].
Résolution hybride de contraintes disjonctives
Participants : Frédéric Benhamou, Thomas Douillard, Christophe Jermann.
Les problèmes de conception se définissent par la composition, la spécialisation et l’ajout optionnel de composants dont les caractéristiques et interactions sont décrites par des contraintes numériques.
228
Thomas Douillard a montré que le formalisme DCSP (dynamic CSP), aussi appelé CondCSP (Conditional CSP), qui est souvent utilisé pour ces problèmes de conception, peut être remplacé par une formule
générale de la logique du premier ordre dont les atomes sont des contraintes numériques.
Stefan Ratschan a proposé un cadre théorique général pour le traitement des formules du premier ordre
sur contraintes numériques [87]. Ce cadre se concentre sur l’extension de la notion de consistance des
CSP classiques à ces CSP du premier ordre, et sur l’impact des quantificateurs dans ces CSP du premier
ordre. Nous avons proposé des heuristiques de recherche qui visent à exploiter efficacement les disjonctions durant la résolution de ces problèmes. Ces heuristiques sont en cours de validation.
Nous nous intéressons également à la collaboration entre méthodes de résolution SAT et CSP, les premières (très efficaces) permettant de choisir les contraintes numériques à satisfaire.
7.5.3 CP et collaboration de solveurs
Incorporation d’algorithmes d’apprentissages dans les algorithmes de propagation
Participants : Frédéric Goualard, Christophe Jermann.
À la suite des travaux présentés dans la section 7.5.1, nous avons étudié l’impact de la sélection d’un
sous-ensemble des opérateurs de contraction correspondant à une transversale dans la matrice d’incidence d’un système de contraintes réelles non-linéaires (de façon analogue à la situation rencontrée dans
le cas linéaire avec des méthodes du premier ordre).
Dans un premier temps, nous avons montré que, dans le cas général et contrairement au cas linéaire, une
telle sélection ne peut pas se faire efficacement de façon purement statique. Nous avons alors proposé
l’introduction d’algorithmes d’apprentissages par renforcement pour isoler dynamiquement les meilleurs
opérateurs de contraction au cours de la résolution, après avoir explicité le rapport entre cette sélection
et le problème du bandit manchot. Sans augmenter notablement les performances, l’algorithme obtenu
est beaucoup plus robuste que ceux utilisés auparavant et ne présente pas de dégradation importante des
performances lors des tests effectués.
Ces travaux ont donné lieu à publications nationale et internationale [36, 53].
Langages de coopération
Participants : Laurent Granvilliers, Eric Monfroy, Brice Pajot.
Les mécanismes utilisés pour développer un solveur ou faire coopérer des solveurs sont souvent
proches. Une idée est donc de développer un cadre, un langage et un ensemble de primitives permettant
à la fois de décrire des solveurs à partir de fonctions de bases, et des coopérations de solveurs à partir de
solveurs existants (vus comme des boı̂tes noires), ou de solveurs préalablement réalisés avec ce langage.
[29] décrit l’interaction entre composants (et plus spécialement solveurs) à l’aide de règles concurrentes s’appliquant sur des mémoires partagées abstraites. Dans [26, 42], la relation entre coordination
et coopération de solveurs est clairement exprimée et des squelettes de solveurs/coopérations ont été
spécifiés : le premier article traite de l’interaction de composant, le second se base sur l’interaction
décrite en terme de règles concurrentes. Dans [27] des coopérations hybrides ont été réalisés et testés à
l’aide de ces squelettes.
Parallélement, il s’agit également d’être capable de gérer à la fois la recherche et les stratégies de
coopération de manière isolée. Des premiers travaux à ce sujet ont été publiés dans [44].
Il est également important de pouvoir décrire les coopérations décrites à partir de fonctions de bases.
Dans [37] nous proposons un cadre formel, basé sur les itérations chaotiques, permettant de décrire des
compositions de fonctions de réductions.
229
Stratégies adaptatives
Participants : Eric Monfroy, Carlos Castro [Professeur, UTFSM, Valparaiso, Chili].
En programmation par contraintes, les stratégies sont primordiales à l’efficacité, qu’ils s’agisse des
stratégies de propagation (quels opérateurs utiliser, comment les séquencer, . . .), de split (comment couper l’espace de recherche quand la propagation n’agit plus), ou de coopération entre solveur (comment coordonner ces solveurs). Cependant, il est très difficile (voir impossible en général) de prédire
précisemment l’effet des stratégies sur une résolution complète. Nous travaillons donc sur des stratégies
adaptatives et dynamiques : le but est de modifier les stratégies au cours du processus de résolution afin
que celles-ci s’adaptent aux modifications apportées par la résolution elle-même. L’idée est donc d’observer les états de résolution, d’en tirer des analyses, et de prendre des décisions pour les stratégies,
pendant la résoltuion.
Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur les stratégies d’énumération : au lieu d’essayer de prédire qu’elle sera la bonne stratégie, nous essayons de corriger et d’adapter les stratégies
jugées mauvaises de façon dynamique. Les premiers travaux et résultats ont été publiés dans [28, 49].
Nous espérons utiliser le même cadre à d’autres fins : le propagation, et la coopération hybride.
Résolution collaborative de problèmes décomposés
Participants : Christophe Jermann, Éric Monfroy, Peter Zoetweij [Doctorant, CWI, Pays-Bas].
Les techniques de décomposition de problèmes étudiées ici consistent à éclater un système de contraintes en plusieurs parties (avec éventuellement des parties sur- ou sous-contraintes), à appliquer un
solveur sur chaque partie et à les faire coopérer pour résoudre le problème initial. C. Jermann a participé
avant son arrivée au LINA à la définition et la mise en place d’un cadre général appelé retour-arrière
inter-blocs [61]. Ce schéma permet d’utiliser et de comparer différentes méthodes de décomposition,
d’appliquer des méthodes de résolution différentes aux parties du système et d’étudier les modèles de
coopération. En particulier, un travail a été initié sur l’utilisation conjointe de méthodes de décomposition
et de protocoles de coopération. En effet, une méthode de décomposition produit un ensemble de soussystèmes pouvant être résolus séparément, mais dans un certain ordre. Chaque sous-système peut donc
être envoyé à un solveur différent, et un protocole de communication, basé sur l’échange de solutions,
permet d’obtenir les solutions du système initial. Nous étudions actuellement les détails du protocole
d’échange et les différentes possibilités offertes par ce schéma, comme la parallélisation de plusieurs
solveurs.
7.5.4 Applications
Application musicale
Participant : Charlotte Truchet.
La composition assistée par ordinateur (CAO) est un domaine de l’informatique musicale qui traite
des données musicales symboliques, par exemple au niveau de la partition. C’est aussi un domaine riche
en problèmes de contraintes ou d’optimisation combinatoires, sans doute pour des raisons structurelles
profondes : les musiciens, en particulier les compositeurs contemporains, pensent naturellement par
règles, soit déclarativement d’un point de vue informatique. Dans la suite de travaux antérieurs [10],
Charlotte Truchet a poursuivi au LINA l’étude de problèmes de contraintes musicaux et leur résolution
avec des techniques de recherche locale. La visée générique des outils développés pose un problème
aux techniques de résolution par recherche locale, dans lesquelles les fonctions traduisant les contraintes
230
sont souvent définies de manière ad hoc en fonction du problème considéré. Charlotte Truchet a étudié
ce problème sur un cas précis de CSP musical, où il faut construire une séquence mélodique dont les
intervalles musicaux sont contraints. Ceci a été présenté à la conférence IFORS 2005 [66]. Un autre
problème musical d’optimisation combinatoire, la quantification rythmique, dont le but est de traduire
un rythme effectivement joué par un musicien en rythme symbolique, a donné lieu à un stage étudiant.
Contrôle de caméra
Participants : Marc Christie, Jean-Marie Normand.
L’utilisation des techniques de CP dans différents domaines d’applications présente un défaut lié à la
perte de la sémantique du problème. Les problèmes sont modélisés comme un ensemble de contraintes
numériques dont nos outils de résolution fournissent une ou plusieurs solutions. La difficulté réside alors
dans l’interprétation des résultats (qui peuvent être nombreux) par rapport au problème initial. Dans le
cas d’une application à la composition virtuelle (action de définir un placement de caméra dans une scène
3D virtuelle en satisfaisant des règles de composition graphique), nous avons proposé une approche permettant de maintenir la sémantique du problème dans la modélisation, la résolution et l’interprétation des
résultats. Le maintien de la sémantique est réalisé par un partitionnement de l’espace des configurations
possibles dans lequel on cherche à regrouper toutes les régions fournissant une composition visuelle de
qualité égale (c’est à dire sémantiquement identique en terme de composition graphique). L’utilisateur
obtient une classification et une caractérisation des différentes solutions possibles. Ensuite, un processus de résolution numérique basé sur l’extension au continu du cadre de la recherche locale permet de
déterminer un bon représentant pour chaque classe de solution.
Cette contribution offre une approche de haut niveau qui permet d’explorer les possibilités cinématographiques d’une scène 3D donnée et pose les bases d’un processus interactif à un niveau sémantique. Les
résultats ont été publiés et présentés à la conférence Eurographics 2005 [12] ainsi qu’aux journées de
l’AFIG 2005 [64].
Cinématographie virtuelle
Participants : Marc Christie, Hiroshi Hosobe [Associate Professor, National Institute of Informatics,
Tokyo].
La cinématographie virtuelle consiste à positionner dans une scène les différents éléments constitutifs
d’un film d’animation 3D que sont les objets à filmer, la caméra, et les lumières. Cette tâche se réalise
généralement par une manipulation directe des paramètres de chaque entité. Notre recherche dans ce
domaine consiste à adopter une manipulation indirecte des paramètres des éléments au travers de leurs
résultats visibles à l’écran (approche dite Through-the-Lens [78]). Les variations des relations (fortement
non-linéaires) établies entre les entités dans la scène et leur position à l’écran sont exprimées par les
Jacobiennes image. Le système ainsi linéarisé est résolu par un optimiseur sous contraintes qui cherche à
minimiser la variation des paramètres. Une attention particulière est portée aux systèmes sur-contraints en
adoptant une approche de type masse-ressort pour assouplir l’interaction. Les résultats ont été présentés
à la communauté internationale [30].
Conception de systèmes
Participants : Raphaël Chenouard, Laurent Granvilliers.
231
Dans le cadre d’une collaboration avec Dassault Aviation et l’ENSAM de Bordeaux (thèse coencadrée de R. Chenouard), nous avons dégagé des problèmes liés à la conception de systèmes (mécaniques,
énergétiques, aéronautiques) en phase préliminaire. Nous avons traité en premier lieu la modélisation de
phénomènes physiques caractérisés par des changements de phase tels que l’apparition de phénomènes de
cavitation dans l’écoulement d’un fluide. Un cadre basé sur les problèmes de satisfaction de contraintes
conditionnels a été défini. Des nouvelles heuristiques de recherche ont été réalisées pour séparer les
phases au plus tôt pendant la résolution.
Nous avons également montré que les variables des problèmes de conception ont des sémantiques
différentes : les variables de conception spécifiant le produit à réaliser, les variables auxiliaires introduites par la modélisation et les variables qui s’expriment comme des fonctions des autres variables. Des
traitement différenciés au cours de la propagation et de la recherche permettent de gagner des ordres de
grandeur sur le temps de calcul et le nombre de solutions retournées à l’utilisateur.
Robots parallèles
Participants : Frédéric Goualard, Laurent Granvilliers, Damien Chablat [CR, IRCCyN], Philippe
Wenger [DR, IRCCyN].
Une collaboration a été initiée en 2005 avec l’équipe MCM de l’IRCCyN pour développer les techniques de résolution de contraintes dans le cadre de la conception de robots parallèles. Le premier
problème traité a été le calcul de l’espace de travail d’une famille spécifique de robots. La difficulté
principale réside dans la détermination des zones de l’espace contenant des singularités (zones où les
performances se dégradent ou le contrôle n’est plus possible). Comme les singularités s’expriment par
des équations syntaxiquement très complexes dans le cas général (annulation du déterminant d’une jacobienne) nous avons proposé de traiter des modèles redondants pendant la résolution. Ces modèles sont
basés sur des propriétés particulière de la famille étudiée. Une implantation dans Realpaver a permis
d’exhiber de bons résultats.
7.5.5 Autres résultats
Comparaison des méthodes de décomposition géométriques
Participant : Christophe Jermann, Pascal Mathis [Maı̂tre de Conférences, Université de Strasbourg],
Dominique Michelucci [Professeur, Université de Bourgogne], Bertrand Neveu [Ingénieur Chef, Ecole
Nationale des Ponts et Chaussées], Pascal Schreck [Professeur, Université de Strasbourg], Gilles Trombettoni [Maı̂tre de Conférences, Université de Nice-Sophia Antipolis].
A l’issue de l’Action Spécifique CNRS « Modélisation géométrique par contraintes », Christophe
Jermann a proposé à quelques collègues de la communauté nationale de réaliser une étude comparative
et unificatrice des méthodes de décomposition géométriques. Cette étude a permis de constater que ces
méthodes se classent en quatre catégories selon leur mode opératoire, classification qui diffère de celle
usuellement reconnue. Cette nouvelle classification a mis en évidence des proximités entre plusieurs
méthodes, et la présence de quatre grands schémas algorithmiques qui confèrent aux méthodes correspondantes des propriétés bien spécifiques, et une adéquation précise à certaines classes de problèmes.
Ces découvertes permettent d’envisager de nouvelles méthodes combinant les avantages de plusieurs
méthodes existantes et permettant d’attaquer les applications les plus difficiles comme la Conception
Assistée par Ordinateur (CAO).
Ce travail a fait l’objet d’une publication dans la revue internanationale de géométrie algorithmique à
l’occasion d’un numéro spécial sur les contraintes géométriques [18].
232
Invariants de graphes pour les contraintes globales
Participants : Charlotte Truchet, Nicolas Beldiceanu [CD, LINA].
Ce thème de recherche est porté par Nicolas Beldiceanu. Il s’agit de construire un catalogue à
visée exhaustive de contraintes globales, et de traduire les possibles filtrages existants ou non sur ces
contraintes en terme de propriétés sur des graphes ad hoc, de manière générique. Charlotte Truchet a
contribué à la partie technique sur les graphes, en participant à certaines démonstrations des propriétés
sur les invariants de graphes utilisées pour le filtrage des contraintes : relations entre nombre de composantes (fortement connexes), nombre de sommets, d’arêtes, etc. Ce sujet a donné lieu a une publication à
la conférence CP05 [23].
First Constraint Modelling Challenge
Participants : Charlotte Truchet. Jérémie Bourdon [Combi, LINA], Philippe Codognet [Ambassade
de France, Tokyo].
Le First Constraint Modelling Challenge s’est tenu conjointement au Workshop « The Fifth Workshop on Modelling and Solving Problems with Constraints »de la conférence IJCAI 05 à Edinburgh. Le
but du challenge était modéliser un problème d’optimisation appelé PSP-SOS : considérant un service
de distribution de produits, qui doit satisfaire des commandes de ses clients, il s’agit de trouver un ordre
de distribution qui minimise un certain critère (nombre maximum de paquets ouverts simultanément).
Même si le temps et les techniques de résolution n’étaient pas le critère principal d’évaluation, il fallait aussi fournir une implémentation et évaluer ses performances. Charlotte Truchet a participé à ce
challenge avec Jérémie Bourdon, en utilisant une méthode méta-heuristique appelée Adaptive Search
proposée par Philippe Codognet. L’originalité du modèle était de modifier le critère d’optimisation, peu
informatif (car donné comme un maximum de valeurs), avec une fonction de coûts différente mais plus
informative, et d’éliminer de la recherche certains clients incompatibles par nature. L’article [67] a été
retenu dans les proceedings du Challenge mais n’a pas gagné.
Programmation synchrone par contraintes de systèmes embarqués et vérification de leurs propriétés numériques.
Participant : Christophe Mauras.
Ce thème est à la fois lié aux travaux sur la programmation synchrone et les systèmes embarqués
complexes et contraints d’une part, et aux techniques de résolution en programmation par contraintes
d’autre part.
Nous avons proposé une adaptation de “Timed Default CC” pour la programmation synchrone par
contraintes [59], et de l’utiliser pour la vérification des propriétés numériques des programmes.
Deux interfaces ont été réalisées et mise à disposition pour comparer d’une part CLP(B) avec les diagrammes de décision binaire, d’autre part CLP(Q) avec un logiciel de calcul sur les polyèdres convexes.
Les comparaisons ont été présentées dans [60].
L’objectif est d’intégrer ces travaux en proposant un interprète et un système de vérification pour la
programmation synchrone par contraintes, utilisant et faisant coopérer les meilleurs solveurs obtenus.
233
7.6 Logiciels
La stratégie de COCOA est de développer des logiciels sous forme de composants, de les intégrer et
de les faire coopérer. Pour ce faire, l’équipe dispose d’une plateforme commune qui regroupe les travaux.
COCOA a ainsi développé des logiciels génériques qui mettent en œuvre des algorithmes de satisfaction de contraintes et d’optimisation non-linéaire, des langages de modélisation de type CLP/objet/spécifique
et des techniques de visualisation de solutions. Ces logiciels sont diffusés sous forme de logiciels libres.
Dans le cadre de projets nationaux, elle a transféré un composant de propagation de contraintes chez
Dassault Aviation (projet RNTL CO2) et un modeleur 3D chez Mediaforce (projet PRIAMM Distrans).
Logiciels distribués
7.6.1 Gaol (NOT Just Another Interval Library)
(Responsable: Frédéric Goualard)
URL/DOI: http://sf.net/projects/gaol/
Mots-clés: Arithmétique d’intervalles
Équipe de développement: Frédéric Goualard
Gaol est une bibliothèque C++ pour l’arithmétique des intervalles. Elle se compare très favorablement avec les autres bibliothèques actuellement disponibles et intègre des algorithmes originaux pour
la définition de versions relationnelles des opérateurs utilisables en programmation par contraintes. La
bibliothèque est distribuée avec une licence LGPL.
7.6.2 Realpaver
(Responsable: Laurent Granvilliers)
URL/DOI: http://sf.net/projects/realpaver/
Mots-clés: Solveur
Équipe de développement: Laurent Granvilliers
Realpaver est un langage de modélisation pour la satisfaction de contraintes non-linéaires et mixtes,
programmé en C. Il intègre un solveur hybride combinant plusieurs algorithmes de consistance locale et
des méthodes d’analyse par intervalles. Il a été largement diffusé dans la communauté académique (en
CP et en automatique). Le système est distribué avec une licence BSD.
7.6.3 ELISA : la plate-forme de COCOA
(Responsable: Marc Christie)
URL/DOI: http://sf.net/projects/elisa/
Mots-clés: Plateforme
Équipe de développement: tous
ELISA est un entrepôt pour les algorithmes de résolution développés en C++ dans l’équipe. En particulier, il intègre Gaol. Il est doté d’une architecture à base d’objets et de composants et spécifiée par un
modèle UML. Il est distribué depuis juin 2004 avec une licence LGPL.
Logiciels non distribués
7.6.4 DecLIC (Declarative Language with Interval Constraints)
Goualard)
URL/DOI: mailto:[email protected]
(Responsable: Frédéric
234
DecLIC est une extension du système de CLP clp(fd) initialement conçu pour les problèmes discrets. Il
permet la résolution de systèmes de contraintes continues par des techniques de consistance locale.
7.6.5 OpAC (Open Architecture for Constraints)
(Responsable: Frédéric Goualard)
OpAC a été historiquement la première bibliothèque C++ de résolution de contraintes de l’équipe. Elle
est organisée en modules destinés à être composés. Elle a été étendue pour résoudre des systèmes de
contraintes avec variables universellement quantifiées telles que ceux provenant de la modélisation de
problèmes en robotique et en automatique. Une version de la bibliothèque est aussi utilisée au Centrum
voor Wiskunde en Informatica, Pays-Bas, dans le cadre du projet FASE (Facial Analysis and Synthesis
of Expressions) de modélisation d’expressions faciales.
7.6.6 TOM (The Open Modeller)
Mots-clés: Modeleur
Équipe de développement: Marc Christie
TOM est un modeleur 3D qui permet de créer des niveaux de jeu pour des plateformes massivement
multijoueurs sur Internet. L’utilisation des contraintes facilite la création des zones de jeu et permet le
contrôle de propriétés des scènes (nombre de facettes/textures à l’écran, disposition des ressources, etc.).
Il a fait l’objet du transfert chez Mediaforce.
7.6.7 USV (Universal Solution Viewer)
Mots-clés: Visualisation
Équipe de développement: Marc Christie
USV est une application qui permet de visualiser des données multi-dimensionnelles définies sur les
intervalles. Elle peut servir aussi bien à la prise de connaissance, à la visualisation scientifique et au
débogage. Elle est appliquée pour visualiser des ensembles de solutions de systèmes de contraintes.
Interfaces logicielles
7.6.8 Interface Buddy-Sicstus
(Responsable: Christophe Mauras)
Mots-clés: BDD, CLP(B)
Équipe de développement: Christophe Mauras
Cette interface permet d’utiliser dans un contexte de programmation par contraintes avec Sicstus Prolog,
un paquetage de calculs sur les diagrammes de décision binaire (Buddy) développé pour la vérification
formelle. Elle a permis de comparer l’efficacité du solveur interne de CLP(B) avec celle du paquetage
Buddy.
7.6.9 Interface Polylib-Sicstus
235
(Responsable: Christophe Mauras)
Mots-clés: Polyèdres, CLP(Q)
Équipe de développement: Christophe Mauras
Cette interface permet d’utiliser la bibiothèque PolyLib (http ://icps.u-strasbg.fr/PolyLib/) dans le
système Sicstus Prolog. La bibliothèque PolyLib est la dernière version d’une bibliothèque développée
initialement à l’IRISA par H. Leverge et D. Wilde pour effectuer des calculs sur des polyèdres convexes.
Cette interface a permit de comparer les performances de PolyLib sur des calculs de fermeture convexe,
avec celles obtenues avec CLP(Q).
Nous avons participé à des projets d’envergure sur la scène internationale (STREP) et la scène nationale (RNTL). Nous privilégions également les interactions fines avec des chercheurs étrangers (PAI), et
avons participé à plusieurs groupes de recherche nationaux (AS). Sur le plan régional, nous nous incrivons pleinement dans le développement de la fédération AtlanSTIC avec plusieurs projets de recherche
communs avec des équipes de l’IRCCyN, dont deux nouveaux soumis pour 2006.
Projet IST COCONUT
(2000-2004)
Responsable: Eric Monfroy
Montant: 295 000 e
Mots-clés: Optimisation globale, coopération de solveurs
Participants: Frédéric Benhamou, Lucas Bordeaux, Martine Ceberio, Marc Christie, Frédéric Goualard,
Laurent Granvilliers, Christophe Jermann, Eric Monfroy, Mina Ouabiba, Brice Pajot, Evgueni Petrov
Partenaires: Université de Vienne, Université de Louvain-la-Neuve, Université de Darmstadt, Université
de Coimbra, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ILOG
236
Le projet COCONUT était un IST-Future and Emerging Technologies (numéro 2000-26063) sur le thème
Continuous Constraints : Updating the Technology. Il a duré 39 mois entre décembre 2000 et mars
2004. Il a regroupé la société ILOG SA et 6 partenaires académiques (École Polytechnique Fédérale
de Lausanne, Université de Coimbra, Université de Darmstadt, Université de Louvain, Université de
Nantes et Université de Vienne). Le financement total du projet était de 1494 kEuros, dont 295 kEuros
pour le LINA.
Le but était de traiter des problèmes de résolution de contraintes continues de taille industrielle (soit au
moins 100 variables) au moyen de techniques complètes, c’est-à-dire qui sont capables de calculer une
couverture de l’espace de solutions. Cela représentait un ordre de grandeur par rapport aux capacités
des résolveurs existants au début du projet. La stratégie était de faire coopérer des solveurs connus et de
concevoir de nouveaux solveurs (satisfaction et optimisasation).
Dans ce projet, le LINA a apporté une expertise au niveau de la coopération de solveurs. La mise en
œuvre concrète s’est faite à travers le développement d’une architecture modulaire et extensible sous
forme d’un cadre à base de composants prenant place autour d’un noyau de fonctionnalités pour l’optimisation globale (API). Un langage de coopération facilement utilisable (script) et extensible (Python)
fournit des fonctionnalités qui facilitent l’élaboration des stratégies de coopération des différents solveurs. L’ensemble de la plateforme logicielle développée par le LINA au sein de ce projet est disponible
sous licence GPL (les parties sous-jacentes sont aussi disponibles, les solveurs commerciaux comme
ILOG CPLEX étant toutefois exclus).
Projet Franco-Bavarois
(2001-2003)
Montant: 2 000 e
Mots-clés: Raisonnement inductif, contraintes
Participants: Éric Monfroy
Partenaires: LISI-Lyon, Université de Munich
Ce projet financé par le CCUFB-BFHZ portait sur le raisonnement inductif pour la résolution de
problèmes sous contraintes. Les partenaires étaient le LISI de Lyon et l’Université de Munich. Le financement reçu était de 2 kEuros sur la période septembre 2001/avril 2003.
Projet PAI-Procope
(2003-2004)
Responsable: Laurent Granvilliers
Montant: 6 000 e
Mots-clés: Optimisation globale, estimation de paramètres
Participants: Laurent Granvilliers
Partenaires: Université de Constance
Ce projet était un projet bi-latéral PROCOPE sur les techniques d’optimisation globale pour l’estimation ensembliste de paramètres. L’équipe allemande (J. Garloff) est située à l’Université des Sciences
Appliquées de Constance. Le financement reçu était de 6 kEuros sur la période janvier 2003/décembre
2004.
Projet PAI-Alliance
Responsable: Marc Christie
(2005–2006)
237
Montant: 15 000 e
Mots-clés: Contrôle de caméra, Cinématographie virtuelle
Participants: Marc Christie ,Jean-Marie Normand
Partenaires: Université de Newcastle
Ce projet bilatéral Alliance porte sur l’étude des modèles, des techniques de résolution et d’interaction
nécessaires au passage d’un storyboard virtuel à un film d’animation. La première étape de ce projet,
la définition de l’état de l’art, a donné lieu à deux publications internationales [33, 32], dont une sera
présentée dans le cadre des State of the Art Report à la conférence Eurographics 2006 en Septembre à
Vienne.
Projet Sakura
(2004-2005)
Responsable: Frédéric Benhamou
Montant: 15 000 e
Mots-clés: Contraintes flexibles, optimisation
Participants: Frédéric Benhamou, Martine Ceberio, Christophe Jermann.
Partenaires: National Institute of Informatics, Waseda University.
Sakura était un projet bilatéral avec le NII de Tokyo sur la période janvier 2004/décembre 2005. Le
thème principal du projet concernait l’étude des contraintes flexibles continues dans le cadre de la
réalisation d’interfaces graphiques (GUI). Les enjeux étaient théoriques (modèle pour les contraintes
flexibles continues) et pratiques (implantation à l’aide de techniques d’optimisation globale sous contraintes non-linéaires).
Ce projet s’inscrivait dans un cadre plus général de collaboration entre le NII de Tokyo et des sites de
recherche français comme l’INRIA, le LAAS, etc., dont le LINA fait partie. Ce projet à long terme a le
nom de code Memorandum of Understanding.
Projet COCARS
(2002-2004)
Responsable: Eric Mofroy
Montant: 7 000 e
Mots-clés: Réécriture, règles
Participants: Eric Monfroy
Partenaires: INRIA Lorraine, UTSFM Valaparaiso
COCARS était un projet bilatéral INRIA-CONICYT sur la période janvier 2002/décembre 2004 ayant
pour thème Réécritures et stratégies pour la résolution de contraintes. L’objectif du projet était d’appliquer des techniques de réécriture (et plus précisément de la gestion du controle par des règles) au
problème de la description des stratégies de coopération de solveurs de contraintes.
Projet de recherche conjoint NII
Responsable: Kazunori Ueda
Montant: 8 350 e
Mots-clés: Programmation par contraintes, systèmes interactifs, langage de modélisation
Participants: Frédéric Benhamou ,Christophe Jermann ,Marc Christie .
Partenaires: National Institute for Informatics, Waseda University
(2006)
238
Ce projet porte sur la programmation par contraintes pour la construction de systèmes interactifs. Il
comporte l’étude d’un nouveau langage de modélisation et la mise en place d’algorithmes de résolution
adéquats pour faciliter l’emploi des techniques de programmation par contraintes dans des applications
interactives.
Expertises internationales
Eric Monfroy a été chargé de l’évaluation d’un livre pour publication à Cambridge University Press
en mai 2005.
Action spécifique CNRS « Modélisation géométrique sous contraintes »
(2003–2005)
Responsable: Christophe Jermann
Mots-clés:
Participants: Marc Christie, Christophe Jermann.
Partenaires: INRIA, LSIS, LSIIT, Le2I, IMAG, LAAS, . . .
Cette action spécifique du CNRS, acceptée fin avril 2003 et portée par le Groupe de Travail en
Modélisation Géométrique commun au GDR ALP et à l’AFIG, avait pour but de dresser un état des lieux
et une liste des perspectives dans le domaine des contraintes appliquées à la modélisation géométrique
dans un sens assez large. Les partenaires combinaient une expertise en méthodes de résolution de
contraintes et en applications géométriques (CAO, robotique, mécanique, modélisation déclarative, . . .).
Cette action s’est terminée en juillet 2005.
Action CNRS-MathSTIC
(2004–2005)
Responsable: Christophe Jermann
Mots-clés:
Participants: Christophe Jermann.
Partenaires: INRIA, LSIS, LSIIT, Le2I, IMAG
Cette action faisait suite à l’AS décrite ci-dessus ; elle réunissait entre septembre 2004 et septembre 2005
les membres de l’AS les plus concernés par un travail sur la mise en place de formats d’échange entre
les différents outils intervenant dans la chaı̂ne de résolution des problèmes géométriques : utilisateur →
modeleur → analyseur → solveur → utilisateur.
Projet RNTL CO2
(2001-2004)
Montant: 120 000 e
Mots-clés: Conception par contraintes
Participants: Frédéric Benhamou, Marc Christie, Frédéric Goualard, Laurent Granvilliers
Partenaires: ENSAM-Bordeaux, ESTIA-Biarritz, Université de Paris 6, Dassault Aviation, CRIL Ingénierie
239
Ce projet portait sur la conception par contraintes. Il était labellisé et financé par le Réseau National
des Technologies Logicielles (RNTL, convention 02.2.93.0301). Il s’est déroulé sur la période novembre
2001/juillet 2004. Il regroupait les sociétés Dassault Aviation et CRIL Ingéniérie et 4 partenaires académiques (École Nationale Supérieure des Arts et Métiers de Bordeaux, École Supérieure des Technologies
Industrielles Avancées, Université de Nantes, Université de Paris 6). Le financement total du projet était
de 1160 kEuros dont 120 kEuros pour le LINA.
Le but du projet était de promouvoir de nouvelles applications de la technologie contraintes en conception assistée par ordinateur. L’enjeu était d’offrir dans un environnement logiciel la possibilité d’exprimer explicitement les besoins et les objectifs pour l’émergence de nouveaux concepts, et d’intégrer au
plus tôt dans le processus de conception des contraintes physiques à partir de la définition du produit.
Le LINA a essentiellement transféré un composant de propagation de contraintes chez Dassault Aviation.
Ce composant s’appuie sur un modèle de propagation événementiel et il intègre des techniques avancées
de consistance locale. Il est capable de traiter les problèmes mixtes et conditionnels.
Contrat Alrena
(2001-2004)
Montant: 12 000 e
Mots-clés: Programmation par contraintes, modèles à base de composants
Participants: Frédéric Benhamou, Eric Monfroy, Brice Pajot
Partenaires: Société Alrena
Ce contrat avec la société Alrena avait pour objectif de définir et valider une approche orientée composants de la programmation par contraintes. Le financement reçu était de 12 kEuros sur la période
octobre 2001/décembre 2004.
Bourses CIFRE
Bourse de thèse de Michaël Heusch avec la société THALES TRT, 2003-2005
Expertises nationales
Eric Monfroy a participé à l’évaluation du projet STUDIUM (Réseau National des Technologies
Logicielles) en mai 2005.
Marc Christie a participé à l’expertise de projets RIAM en 2003 et en 2005 (ANR).
Contrôle de caméra en robotique et en image : modèles et résolution
Responsable: Marc Christie
Mots-clés:
Participants: Marc Christie, Jean-Marie Normand.
Partenaires: IRCCyN
(2005–2006)
240
L’objectif de ce projet (dans le cadre des projets Atlanstic) est d’établir les liens entre les modèles et les
techniques liées à la problématique du contrôle de caméra en image de synthèse et en robotique et plus
particulièrement en vision active. La vision active consiste à diriger une caméra réelle par la maximisation de l’information nécessaire à la reconstruction d’une scène 3D. Les participants ont donc étudié
les modèles et techniques liés à la problématique de la vision active en robotique en vue 1) d’intégrer la
PPC dans la résolution et 2) d’utiliser des informations sémantiques pour diriger la recherche.
Résolution de contraintes et robots parallèles
(2005–2006)
Mots-clés:
Participants: Frédéric Goualard, Laurent Granvilliers.
Partenaires: IRCCyN
Ce projet a été déposé en 2005 pour amorcer une collaboration à long terme entre les équipes MCM
de l’IRCCyN et COCOA du LINA. Le but à court terme est d’étudier le potentiel et les limites des
outils numériques développés dans COCOA dans le cadre de problèmes de robotique étudiés dans MCM.
L’objectif est de calculer l’espace de travail d’un robot parallèle. Les problèmes principaux sont la
multiplicité des solutions du modèle géométrique direct, par exemple un triplet de longueurs de jambe
donne jusqu’à six positions/orientations de la plateforme, et la présence de configurations singulières à
l’intérieur de l’espace de travail. Ces configurations singulières sont caractérisées par une perte de rang
du modèle des vitesses. En pratique, il n’est plus possible de contrôler les déplacements de la plateforme
sur les configurations singulières.
7.8.1 Rayonnement
Frédéric Benhamou est membre du jury d’experts de Science Foundation Ireland (équivalent de
l’ANR en irlande). Il a participé à des expertises et des comités de sélection de projets en 2003, 2004,
2005 et 2006. Il a rapporté sur la thèse de Jorge Cruz (Université de Lisbonne, 2003) et Pau Herrero
(Université de Barcelone, 2006). Il a expertisé un dossier de ”fellowship” pour jeunes chercheurs pour
l’Académie des Sciences d’Autriche (2006). Il a été membre du jury des PEDR en 2004 et 2005. Il a
été membre du jury régional du concours de création d’entreprises de technologies innovantes en 2003,
2004 et 2005. Il est expert pour l’étude de dossiers d’entreprises candidates pour les actions ”crédit impôt
recherche” et ”Jeune Entreprise Innovante”. Il est Président de la commission ”sciences exactes” du
CCRRDT des Pays de la Loire. Il a donné un exposé invité au workshop international IMCP’04 (Interval
Mathematics and Constraint Propagation methods) à Novossibirsk (Russie). Il est co-organisateur d’un
programme international recherche en mathématiques appliquées financé par l’ESI de Vienne (ErwinSchrödinger International Institute for Mathematical Physics, 2006). Il est membre du comité executif
de l’association internationale de Programmation par Contraintes. Il a été également membre du jury
d’attribution du ”Excellence in research award 2006” attribué par cette association. Il a été rapporteur
d’une HDR en Autriche (Hermann Schichl, Département de mathématiques de l’Université de Vienne,
2004), et au plan national rapporteur de l’HdR de Frédéric Saubion (2003) et examinateur des HdR de
Narendra Jussien (2003), Laurent Granvilliers (2004) et Guillaume Fertin (2005).
Marc Christie présentera avec Patrick Olivier (Université de Newcastle) un état de l’art du contrôle
de caméra à la conférence Eurographics 2006 (4 au 8 Septembre) dans le cadre des STAR (State of the
Art Report). Il a également participé à l’expertise de projets RIAM en 2003 et en 2005 (ANR).
241
Eric Monfroy a été chargé de l’évaluation d’un livre pour publication à Cambridge University Press
en mai 2005. Il a également participé à l’évaluation du projet STUDIUM (Réseau National des Technologies Logicielles) en mai 2005. Il est co-rédacteur de la section Constraints de la ALP NewsLetter
depuis septembre 2000 et de la CP Newsletter (http ://slash.math.unipd.it/cp/) depuis sa création en avril
2004. Il a réalisé les tutoriels et exposés invités suivants :
– Tutorial : Cooperative and Hybrid Constraint Solving, MICAI 2005, 2005, Monterey, Mexico.
– Programación con Restricciones y su Aplicación a Problemas Combinatoriales, Coloquio del Instituto Chileno de Investigación Operativa, ICHIO, 2005, Facultad de Ingenierı́a, Universidad Diego
Portales, Santiago. (avec la participation de Carlos Castro)
– An Approach for Dynamic Split Strategies in Constraint Solving, Seminario de Investigación de
Operaciones en la UTFSM, 2005, UTFSM, Valparaı́so.
– Hybrid Constraint Solving, Conférence OPTIMA 2005, Valdivia, Chile.
– Hybrid Constraint Solving, Conférence FROCOS 2005, Vienna, Austria.
Il a été chercheur invité aux occasions suivantes :
– Microsoft Research Cambridge, U.K. (26 juin–1er juil 2005).
– séminaire d’une semaine (25h) sur la programmation par contrainte à l’université d’Izmir en Turquie (séminaire destiné à des professeurs et doctorants), septembre 2003.
– Pontificia Universidad Javeriana, Cali, Colombie. Séjour invité de 6 semaines et séminaire de 28h
sur la coopération et hybridation de solveur, janvier/février 2006.
– NUS (National University of Singapore), 10 jours en Avril 2004
Frédéric Benhamou est président du comité de programme de CP 2006. Il est membre des comités
de programme des conférences suivantes :
– conférences internationales majeures : CP 2003, CP 2004, CP 2005, CP 2006 et CP-AI-OR 2007
– autres conférences internationales : FROCOS 2005, SETIT 2005, SETIT 2006, ADVIS 2004,
ADVIS 2006, PSI 2003, PSI 2006
– ateliers internationaux : COCOS’03, WACP’03, WACP’04, WQCP’05, WCD’05, FJCP’04, FJCP’05
– conférences nationales : MajecSTIC 2003, JFPLC 2003
Marc Christie est membre du comité de programme de la conférence Smartgraphics en 2005 et
2006, et de celui du workshop international sur la programmation par contraintes pour les applications
graphiques (2006).
Frédéric Goualard a été membre du comité de programme des ateliers IntCP ’03 à Cork, Irlande et
IntCP ’05 à Barcelone, Espagne.
Eric Monfroy a été membre des comités de programmes suivants :
– ICLP 2006 : Biennal International Conference on Advances in Information Systems, Seattle, USA,
2006.
– ACM SAC 2005 et 2006 (Track on Constraint Solving and Programming) : ACM Symposium on
Applied Computing. En 2005 à Santa Fe, New Mexico et en 2006 à Dijon, France. (Co-Chair and
member of the Organising Committee of the track).
– CP 2005 : International Conference on Principles and Practice of Constraint Programming, Sitges
(Barcelona) Spain, 2005.
– FLAIRS 2005 - Special Track on Constraint Solving and Programming, Clearwater Beach, Florida, Mai 2005.
242
– AISC 2004 et 2006 : International Conference on A.I. and Symbolic Computation. En 2004 à
RISC, Linz Autriche, en 2006 à Beijing, Chine.
– ADVIS 2004 et 2006 : International Conference on Advances of Information Systems, Izmir,
Turkey, October 2004 et Octobre 2006.
– JFPLC 2003, 2004 et 2006 : Journées Francophones de Programmation en Logique et de programmation par Contraintes. En 2003 à Amiens, 2004 à Angers, 2006 à Nı̂mes.
– ACM SAC 2004 et 2003 (Track on A.I.) : ACM Symposium on Applied Computing. En 2004 à
Nicosia, Chypre et en 2003 à Melbourne, Floride, USA.
– PPAM 2003 : International Conference on PArallel Processing and Applied Mathematics, Pologne.
– WAI 2005 : Workshop on Artificial Intelligence, part of the Chilean Computing Week. Valdivia,
Chile, 2005.
– QCP 2005 : Workshop on Quantification in Constraint Programming, Sitges (Barcelona) Spain,
October 2005.
– DALT 2005 : Declarative Agent Languages and Technologies, Utrecht, the Netherlands, July 2005.
– RCoRP (International workshop on Rule-based Constraint Resonning and Programming), 2003.
– PU 2003 et 2006 : Workshop on Program Understanding (Russie)
– ATAI 2003 (Workshop on Artificial Intelligence) en 2003 (Chili)
Christophe Jermann a été membre du comité de programme des ateliers internationaux IntCP’03,
IntCP’05, IntCP’06, et des conférences nationales JNPC’03, JNPC’04, JFPC’05 et JFPC’06.
Charlotte Truchet a été membre du comité de programmes des conférences nationales JFPC (Journées
Francophones de Programmation par Contraintes) en 2005 et 2006, et de la conférence internationale
ICMC (International Computer Music Conference) en 2005.
L. Granvilliers a été membre du PC de CP TOOLS 2006, CP 2006, ACM SAC 2006 et 2005, PPAM
2003, et éditeur de Constraint Programming Letters.
L’équipe COCOA participe à l’organisation de la conférence annuelle internationale de programmation par contraintes CP 2006 qui aura lieu à Nantes en septembre 2006.
Frédéric Benhamou est co-président (avec Narendra Jussien, équipe CD) du comité d’organisation de
la conférence CP 2006. Il a également fait partie des comités d’organisation des ateliers internationaux
COCOS’03, FJCP’04 et FJCP’05.
Marc Christie est le co-organisateur, avec Hiroshi Hosobe (NII, Tokyo) et Kim Marriott (Monash
University, Australie) d’un workshop international, satellite de la conférence CP 2006, sur le thème de
la programmation par contraintes pour les applications graphiques (Sept. 2006 à Nantes)
Eric Monfroy a participé à l’organisation des ateliers internationaux COSOLV en 2003, 2004, 2005.
Christophe Jermann a participé à l’organisation des ateliers internationaux COCOS’03, IntCP’03,
IntCP’05, IntCP’06, FJCP’04 et FJCP’05.
Charlotte Truchet a organisé, en collaboration avec Philippe Codognet, une session ”Meta-heuristics”
à la conférence IFORS’05 (International Federation of Operational Research Societies).
L. Granvilliers a organisé les ateliers COSOLV en 2003, 2005, 2005, Constraints and Design en
2005.
243
Frédéric Benhamou a dirigé les thèses de Lucas Bordeaux (2003), Martine Ceberio (2003), Marc
Christie (2003), Mina Ouabiba (2005), Michael Heusch (2005), Guillaume Rochart (2005), Brice Pajot
(2006) et Thomas Douillard (en cours). Il a été rapporteur des thèses de Jorge Cruz (2003), Alexis
Anglada (2005), Elise Vareille (2005), Heikel Batnini (2005), Pau Herrero (2006), Président des jurys de
thèse de Abadallah Elkhyari (2003), Alexei Sosnov(2003), Marc Segura (2005), Mohammad Ghoniem
(2005) et Thibault Garcia. Il a été examinateur pour la thèse de Charlotte Truchet (2004).
Marc Christie co-encadre la thèse de Jean-Marie Normand (2004-2007). Il a encadré les stages
de DEA/Master Recherche de Damien Lellouch (2003), Jean-Marie Normand (2004), Cyril Queffelec
(2005) et Benoı̂t Guédas (2006).
Frédéric Goualard a co-encadré la thèse de Michael Heusch (40 %). Il a été membre du jury de thèse
de Michael Heusch.
Christophe Jermann a co-encadré le stage de Master puis la thèse de Thomas Douillard (50%).
Eric Monfroy a assuré l’encadrement d’étudiants en DEA (D. Hoareau et T. Lambert en 2003), Master (R. Meneses et C. Figueroa en 2005 et 2006), et thèse de doctorat (Lucas Bordeaux (40%), Guillaume
Rochart (50%), Brice Pajot (80%), Tony Lambert (50%)). Il a participé au jury de thèse de : Julien
Arsouze (rapporteur, Orléans en 2004), Guillaume Rochart (Nantes, 2005), Peter Zoeteweij (Rapporteur, University of Amsterdam, Pays-Bas, 2005), Andreı̈ Legtchenko (Rapporteur, Université d’Orléans,
2005), Ludovic Langevine (rapporteur, INSA de Rennes, 2004), Sebastian Brand (Rapporteur, University of Amsterdam, Pays-Bas, 2004), Eric Tanter (Univ. Nantes et Univ du Chili, 2004), Florian Letombe
(Rapporteur, Univ d’Artois, 2005), Lucas Bordeaux (Univ. Nantes, 2004). Et au jury de Master de :
Teddy Alfaro (UTFSM, Chili, 2005), Marcos Zèñiga(UTFSM, Chili, 2004), Carlos Grandon (UTFSM,
CHili, 2003).
Charlotte Truchet a encadré un stage d’étudiant volontaire, ex-étudiant de MR2, sur le sujet « Etude
d’un algorithme de quantification rythmique ».
L. Granvilliers a encadré les stages de DEA de Raphaël Chenouard en 2004, Thierry Fischer en 2005
et Nicolas Berger en 2006 et les thèse de Mina Ouabiba (fin en 2005), Raphaël Chenouard (50%, début
en 2004), Ricardo Soto (début en 2006) et Nicolas Berger (début en 2006).
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invited paper.
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Rapport individuel
Xavier G ANDIBLEUX
Responsable : —
– Xavier Gandibleux
Professeur, Université de Nantes, 01/09/2004
Chercheurs invités :
– Daniel Salazar Aponte
Doctorant, University of Las Palmas de Gran Canaria (Spain), 09/2005 - 01/2006
– Frédéric Beugnies
Bourse ministère jusqu’à septembre 2006, ATER ensuite, Université de Valenciennes et du
Hainaut-Cambrésis, de 01/09/2003 à 06/2007.
– Fabien Degoutin
Bourse région Nord Pas-de-Calais/INRETS jusqu’à septembre 2005, ATER ensuite, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, de 01/10/2002 à 02/2007.
– Anthony Przybylski
Ressources propres (CDD Valutec-Valenciennes) jusqu’à août 2005, ATER ensuite, Université de Nantes, de 01/09/2003 à 08/12/2006.
– Xavier Delorme
Bourse ministère jusqu’à septembre 2003, ATER ensuite, Université de Valenciennes et du
Hainaut-Cambrésis, de 01/10/2000 à 10/12/2003.
8.2.1 Historique
Jusqu’au milieu des années 90, les travaux en France en aide multicritère à la décision étaient essentiellement développés au LAMSADE (Université Paris IX-Dauphine). A cette époque, Xavier Gandibleux était doctorant à l’Université de Valenciennes et collaborait étroitement avec des membres du
251
252
LAMSADE. C’est en 1995 que ses travaux se sont cristallisés sur l’optimisation multi-objectif, thème
de recherche qui in fine est apparu au sein de l’équipe “Recherche Opérationnelle et Informatique” du
LAMIH (Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique industrielles et Humaines, UMR
CNRS 8530 de Valenciennes), lors de la création de l’équipe en 1999.
Un groupe (composé de un permanent - Xavier Gandibleux - et 4 doctorants) s’est constitué autour de ce thème. Plusieurs personnalités du domaine, dont Ralph Steuer (University of Georgia-Athens
- USA ; mars et mai 2003) qui est considéré par la communauté internationale comme l’initiateur des
travaux actuels dans le domaine, sont venus travailler avec le groupe à Valenciennes, souvent pour des
périodes de un mois. Les autres visiteurs furent Berthold Ulungu (Faculté Polytechnique de Mons - BE ;
octobre/mi-novembre 1996), Andrzej Jaszkiewicz (Techn. Univ. Poznan - PL ; octobre 1997), Hiroyuki
Morita (Osaka Prefecture University, JP ; juin/juillet 1998 et juillet 2002), Matthias Ehrgott (Univ. Auckland - NZ ; juillet 1999 et juillet 2004), Daniel Tuyttens (Faculté Polytechnique de Mons - BE, mai/juin
2000), José Figueira (Université de Coimbra - PT, janvier et juin 2001), Hirotaka Nakayama (Konan
University, Kobe - JP ; aout 2002), Julian Molina (University of Málaga - ES ; du 20 avril au 1er juillet
2003), Celso Ribeiro (Pontifı́cia Universidade Católica do Rio de Janeiro - BR, décembre 2003). Sur le
plan applicatif, nous entretenons depuis 1998 une collaboration avec Joaquin Rodriguez, directeur de recherches à l’unité ESTAS de l’INRETS (Institut National de Recherches En Transport et Sécurité) situé à
Villeneuve d’Ascq, qui porte sur des travaux centrés sur le transport ferroviaire. Deux thèses s’inscrivent
dans cette collaboration (Xavier Delorme et Fabien Degoutin).
Les travaux du groupe se sont déplacés sur Nantes en 2004 avec la nomination de Xavier Gandibleux
aux fonctions de professeur des universités, suivi par un doctorant, Anthony Przybylski. De septembre
2004 à septembre 2005, ils ont été accueillis dans l’équipe “Extraction et Gestion des Connaissances” du
LINA, dont le projet scientifique à été revisité à cette occasion pour se positionner sur “ConnaissancesOptimisation-Décision”. En septembre 2005, l’équipe s’est recentrée sur le traitement des données ; Xavier Gandibleux et Anthony Przybylski en furent donc détachés. Un dossier d’équipe projet “Recherche
Opérationnelle et Optimisation Multi-objectif” a été déposé en décembre 2005 et est à l’examen par le
comité de direction du LINA. Depuis notre arrivée à Nantes, notre petit groupe thématique a eu l’occasion d’initier des travaux en collaboration avec des équipes de l’IRRCyN et du LINA. Aussi, nous avons
accueilli pour une période de 1 mois en 2005 Kathrin Klamroth (University of Erlangen Nuremberg,
Allemagne) et Eric Taillard en 2006 (University of Applied Sciences of Western Switzerland, Suisse),
ainsi que Daniel Salazar Aponte (doctorant, University of Las Palmas de Gran Canaria, Espagne) pour 6
mois à dater de septembre 2005.
Nos travaux relèvent de l’informatique et des mathématiques appliquées, spécialité “recherche opérationnelle”. Ils concernent l’optimisation, les métaheurstiques et la prise en compte des préférences pour le
traitement de problèmes (discrets) multi-objectifs de grandes tailles. Il s’agit principalement de développer
des techniques efficaces permettant de traiter cette classe de problèmes d’optimisation exprimés à l’aide
du formalisme de la programmation mathématique, et comportant plusieurs fonctions économiques souvent antagonistes.
Positionnement des travaux dans le contexte national et international
Les principaux centres français qui sont positionnés visiblement sur l’optimisation multi-objectif
sont le LAMSADE (Paris IX-Dauphine), le LIP6 (Paris VI), le LIFL (Polytech’Lille) et le LI (Polytech’Tours). Il est encore possible de mentionner des personnes actives sur la thématique (comme par
Xavier G ANDIBLEUX
253
exemple au LAMI à Evry ou le LIA à Avignon), mais qui sont isolées au sein de groupes positionnés
sur des problématiques plus larges. Les points forts des travaux développés dans ces centres sont les
suivants :
– Enmené par les travaux de Bernard Roy qui a développé l’école européenne de l’aide multicritère
à la décision, le LAMSADE (Paris IX-Dauphine) est le laboratoire historique de notoriété internationale autour de l’aide multicritère à la décision. Cependant, il ne dispose pas de groupe actif sur
l’optimisation combinatoire multi-objectif, ni sur les métaheuristiques multi-objectif, ses activités
dans le domaine étant davantage orientées sur la modélisation des préférences, les méthodes dites
de surclassement, les méthodes interactives en aide à la décision.
– Le groupe autour de P. Perny au LIP6 (Paris VI) s’intéresse à la théorie de la décision, plus
précisément la modélisation des préférences, l’optimisation multicritère, ainsi que la décision dans
l’incertain. Les travaux sont particulièrement axés sur les approches à base de préférences en optimisation multi-objectif.
– Issue du LIFL, DOLPHIN est une nouvelle équipe INRIA-futurs de Lille basée à Polytech’Lille,
qui s’intéresse à l’optimisation multi-critère parallèle coopérative. Historiquement active en calcul parallèle, son originalité dans notre domaine se situe au niveau de la résolution parallèle et
distribuée de problèmes d’optimisation multi-objectif, notamment en faisant usage de méthodes
fondées sur les algorithmes génétiques hybrides et les grilles de calculs.
– Les travaux menés àu LI de Polytech’Tours sont très spécialisés dans la mesure où ils traitent quasi
exclusivement de problèmes multi-objectif rencontrés en ordonancement et dans les systèmes de
production. C’est avec V. T’kindt que X. Gandibleux a animé durant 4 ans le groupe de travail
“programmation mathématique multi-objectif” fondé par ce dernier en 1999. C’est aujourd’hui un
groupe de travail du GDR CNRS “Recherche opérationnelle”.
En nous adressant à des problèmes possédant essentiellement une structure combinatoire, et à leur
validation en situation réelle, nos travaux se démarquent des premières motivations des autres acteurs
français. Nous nous attachons à l’élaboration de connaissances fondées sur la structure mathématique
sous-jacente véhiculée par ces problèmes. Un effort conséquent est réalisé sur le plan méthodologique
et algorithmique en vue de proposer des solutions opérationnelles capable de traiter efficacement ces
problèmes. Nos travaux sont complémentaires à la dynamique nationale sur le thème.
Sur le plan international, plusieurs acteurs se sont donnés des objectifs similaires aux nôtres, avec
souvent une marque distinctive forte dans leurs travaux :
– La Faculté Polytechnique de Mons (BE) a été pionnière sur notre problématique, tant du point de
vue méthodologique que fondamental. Elle est à la base du recuit simulé multi-objectif et de la
méthode en deux phases (B. Ulungu, J. Teghem, D. Tuyttens). Pour des raisons géographiques et
académiques, nous avons eu très tôt des liens avec cette équipe belge. La plupart de nos travaux
s’appuient sur les contributions apportées par cette dernière, laquelle a été énormément active sur
le sujet jusqu’a la fin des années 90.
– La Technical University Kaiserslautern (DE) possède une tradition de longue date en optimisation
combinatoire, avec un intérêt marqué sur les problèmes multi-objectifs. Ce groupe de Kaiserslautern conduit par Horst Hamacher est incontestablement le plus proche de nous thématiquement
en Europe. Plusieurs de nos travaux sont co-signés avec des membres issus de ce groupe, dont
certains avec qui nous collaborons de façon soutenue, sont aujourd’hui dans d’autres institutions,
comme Kathrin Klamroth (University of Erlangen Nuremberg, DE) et Matthias Ehrgott (University of Auckland, NZ).
254
– La Poznan University of Technology (PL) possède une forte tradition dans le domaine des métaheuristiques multi-objectifs. Elle est très active sur les méthodes basées sur les algorithmes évolutionnaires
hybrides (A. Jaszkiewicz, R. Slowinski) ;
– Clemson University (USA) s’intéresse aux caractéristiques mathématiques des problèmes d’optimisation multi-objectif, et applique leurs contributions sur des problèmes rencontrés en conception
mécanique (M. Wiecek, G. Fadel) ;
– La Technical University Lisboa (PT) possède une forte compétence dans le domaine des problèmes
multi-objectifs issus de la théorie des graphes, comme les problèmes de chemins et de flots (J.
Figueira).
– Osaka University (JP) et Helsinki School of Economics (FI) s’attachent aux problèmes nonlinéaires en optimisation multi-objectif (respectivement T. Tanino et K. Miettinen) ;
– ETH-Zurich (CH), Indian Institute of Technology Kanpur (IN) et CINVESTAV (MX) ne sont pas
directement impliqués sur les problèmes combinatoires, mais ces centres développent des techniques de résolution approchée fondées sur les algorithmes génétiques qui figurent parmi les outils
de résolutions les plus populaires sur les problèmes qui nous animent. Les équipes de Zurich et
Kanpur sont à l’origine respectivement de SPEA et NSGA, méthodes internationalement reconnues et utilisées pour la résolution de problème d’optimisation multi-objectif.
Nous avons des collaborations mesurables avec plusieurs de ces acteurs (séjours de recherche, articles co-signés, numéros spéciaux de journaux internationaux, organisation d’événements, etc.). D’un
point de vue théorique, le point fort de nos travaux vient du fait qu’ils se confinent aux problèmes
combinatoires, nous permettant d’apporter une certaine profondeur dans nos contributions (méthodes,
coupes, etc.). D’un point de vue applicatif, les travaux s’appuyent sur notre collaboration avec l’INRETS
(développement du projet RECIFE en partenariat avec la SNCF) ainsi que sur des contrats de recherche
avec des opérateurs de télécommunication (Alcatel, France Telecom). Les compétences dans le domaine
des mathématiques appliquées s’appuient sur la collaboration de longue date avec Matthias Ehrgott (Auckland).
Démarche et verrous motivant nos travaux
L’optimisation multi-objectif présente deux enjeux fondamentaux. Le premier est théorique et méthodologique. Les contributions au domaine sont jeunes à l’échelle de l’histoire de la recherche opérationnelle.
Comparativement aux résultats élaborés dans d’autres secteurs de la discipline (programmation linéaire
ou ordonnancement par exemple), trop de connaissances en sont encore à un stade préliminaire ou simplement inexistantes. Parmi les manquements cinglants, on relève la faible proportion de techniques
destinées à la résolution exacte de problèmes (surtout quand il est de grande taille), traitant de la question de la qualité d’une approximation ou encore permettant l’intégration d’un système de préférences
fourni par un décideur. En outre, de nombreux travaux ont considéré de façon maladroite, erronée ou
incomplète les attentes d’une approche fondée sur l’optimisation multi-objectif. C’est ainsi que l’on souligne régulièrement des contributions qui présentent plusieurs faiblesses dans leurs fondements théoriques.
Le second enjeu résulte d’un constat sur le terrain opérationnel. En effet, les problèmes d’optimisation rencontrés dans les systèmes socio-économiques comportent intrinsèquement plusieurs objectifs
appelés à être optimisés simultanément. On assiste aujourd’hui à une véritable prise de conscience qui
conduit par exemple à ne plus concevoir l’optimisation de coûts liés à la constitution d’équipages de vols
affectés à des avions, sans simultanément se soucier de la robustesse des rotations des aéronefs sur les
différents vols. Les opérationnels sont en attente de moyens (méthodes, outils et logiciels) d’optimisation dépassant le cadre de l’optimisation mono-objectif classique, or les moyens actuels ne permettent
Xavier G ANDIBLEUX
255
généralement pas de traiter de réelles applications.
Ces enjeux constituent plusieurs verrous parsemés de questions ouvertes sur lesquels nous concentrons nos travaux depuis plusieurs années, souvent dans le contexte de collaborations. En s’attachant
prioritairement à l’ensemble des problèmes qui touchent aux aspects liés à la résolution (caractérisation
des solutions, complexité des problèmes, méthodes de résolution, algorithmes dédiés) des problèmes à
structure combinatoire, ainsi qu’à l’insertion et l’évaluation de ces connaissances in situ, nos travaux
occupent une position originale dans la discipline. Vis-à-vis de nos concurrents internationaux, l’équipe
détient plusieurs meilleurs résultats connus (cas du problème d’affectation linéaire).
En résumé, le fil rouge nous conduit sur les principaux verrous actuels s’opposant à la résolution
efficace de problèmes d’optimisation (discrets) multi-objectif de grande taille, et à la mise à disposition
des résultats sous une forme logicielle opérationnelle.
8.2.3 Perspectives
Une équipe projet “Recherche Opérationnelle et Optimisation multi-objectif” est en création. L’objectif principal sur les 4 prochaines années vise sa structuration et sa mise en place via différents recrutements, son organisation interne et son rayonnement scientifique, et s’attache aux objectifs qu’elle
s’est donnée dans son projet scientifique. Sur ce dernier point, les verrous retenus comme cible pour nos
travaux sur le court terme s’adressent aux problème réputés déterminants et bloquants par la communauté. En effet, nous nous attacherons prioritairement aux problèmes qui touchent à la résolution exacte
des problèmes d’optimisation multi-objectif. Aujourd’hui, notre communauté connaı̂t des avancées significatives sur les méthodes d’approximation type meta-heuristiques multi-objectif. Mais la résolution
exacte reste confrontée à de nombreuses difficultés et c’est précisement sur ces problèmes que nous
plaçons nos efforts depuis plusieurs années. Cela ne signifie pas pour autant notre désangagement du
terrain des méthodes approchées car ces dernières représentent encore dans de nombreuses situations
réelles l’unique recours opérationnel.
– Fondamental : étude, caractérisation et élaboration de connaissances sur les problèmes d’optimisation discrets et combinatoires multi-objectifs. En particulier, étude des structures mathématiques
sous-jacentes comme les polytopes dépendant des paramètres, meilleure caractérisation de la difficulté des problèmes (sachant que virtuellement tous les problèmes d’optimisation combinatoire
multi-objectif sont NP hard et peuvent comporter un nombre exponentiel de solutions).
Depuis la thèse de B. Ulungu en 1993, laquelle visait des objectifs de caractérisation des solutions,
très peu de travaux à l’extérieur des nôtres sont revenus sur ces questions. Effectivement, ce travail
qui a marqué le domaine a souligné l’énorme difficulté posée par ces questions. Toutefois, nos
récentes contributions, mesurables au travers des travaux d’Anthony Przybylski ont reculé pour la
premiere fois significativement des limites posées en 1993, en ouvrant de nouvelles perspectives.
– Méthodologique et algorithmique : nouvelles techniques et méthodes pour la résolution de problèmes
d’optimisation discrets et combinatoires multi-objectifs de grande taille. Développement d’algorithmes performants pour faciliter le traitement de problèmes NP-difficiles mono et multi-objectif
(coupes, réductions, etc.) en vue de les résoudre efficacement. En particulier, cela inclut le développement
d’algorithmes reposant sur la méthode primale-duale, la généralisation de méthodes bi-objectifs
à des situations multi-objectifs, la mise en place de méthodes de type branch-and-bound multiobjectif.
Nous avons été précurseurs sur ce plan ces dernières années, en proposant des méthodes comme
la recherche tabou multi-objectif (1996) ou le principe de la réduction de l’espace de recherche à
256
l’aide de coupes dans l’espace des objectifs (2000). Il reste à poursuivre ces propositions, notamment en visant efficacement la résolution des problèmes de grande taille.
– Validation et vérification des résultats élaborés sur des problèmes d’optimisation multi-objectif
tirés de situations réelles, avec comme objectif ultime d’être en mesure de résoudre des problèmes
concrets issus de contextes réels dans des environnements complexes (systèmes de production,
transport, communications).
Les problèmes réels nous permettent d’évaluer in situ les contributions méthodologiques et algorithmiques génériques. Mais ces derniers véhiculent souvent des particularités qui engendrent des
contributions originales. C’est précisément sur ce chapitre que l’on peut être amené à traiter des
situations ne relevant pas nécessairement de l’optimisation multi-objectif. Le groupe s’est positionnée au cours de ces dernières années, en collaboration avec des opérationnels sur plusieurs
terrains applicatifs en transport et télécommunication. Indépendament du caractère multi-objectif
des problèmes abordées, le fait de travailler sur des problèmes d’optimisation discrets rencontrés
en transport ferroviaire nous confère déjà une originalité nationale.
Traditionnellement, une optimisation repose sur un critère unique de synthèse traduisant classiquement une notion de coût. Ce critère est censé représenter l’ensemble des valeurs sur lequel s’élabore la
recherche d’une solution au problème d’optimisation donné. C’est sa capacité à outre passer la nécessité
de réduire à l’unique critère la procédure d’évaluation des solutions qui a révélé l’intérêt de l’optimisation
multi-objectif : des objectifs antagonistes et/ou non-commensurables n’ont plus besoin d’être agrégés en
une fonction extérieure au problème posé. La procédure d’optimisation permet donc de mieux prendre
en compte la complexité des objectifs inhérents aux situations traitées. Cependant, il faut adhérer à l’idée
d’abandonner le concept de la solution optimale, laquelle est vidée de son sens. Effectivement, une telle
solution idéale n’existe généralement pas dès l’instant ou les objectifs considérés sont quelque peu antagonistes. La notion classique fait place à la notion de solutions efficaces au regard des différents objectifs.
Située à l’intersection de l’optimisation (discrète) et l’analyse multi-critère, l’optimisation (discrète)
multi-objectif est le domaine de la recherche opérationnelle qui aborde l’étude de problèmes d’optimisation exprimés à l’aide du formalisme de la programmation mathématique, et comportant plusieurs
fonctions économiques souvent antagonistes. Ce domaine a connu ses premières contributions à la fin des
années 70, mais s’est définitivement imposé au cours des années 90, notamment avec le succès rencontré
par les métaheuristiques. Effectivement, l’apport de ces méthodes qui sont capables de fournir rapidement des solutions de bonnes qualités a relancé l’intérêt de l’optimisation multi-objectif pour traiter des
problèmes complexes qui, pour la plupart, ne connaissaient pas de méthode exacte efficace de résolution.
On (re)trouve l’optimisation multi-objectif dans la plupart des problèmes d’optimisation difficiles : ordonnancement, transport, logistique, télécommunication, santé, biologie, finances ou encore conception
de systèmes (mécaniques, électroniques, informatiques, etc.).
De part sa situation au carrefour de plusieurs disciplines (informatique, mathématiques, économie
pour ses fondements ; sciences de l’ingénieur et sciences humaines pour ses applications), l’optimisation multi-objectif est colorée d’idées et d’outils provenant de divers horizons (des notions d’économie
comme l’optima de Pareto pour définir le concept de solutions efficaces ; des outils résultant d’un couplage entre recherche opérationnelle et programmation par contraintes).
De nombreux travaux pionniers ont considéré de façon maladroite, erronée ou incomplète les attentes
d’une approche fondée sur l’optimisation multi-objectif. C’est ainsi que l’on souligne régulièrement des
Xavier G ANDIBLEUX
257
contributions qui présentent plusieurs faiblesses dans leurs fondements théoriques. Trop souvent encore
aujourd’hui, le réflexe de certains hommes d’étude face à un problème multi-objectif est de considérer
une notion de poids comme une notion d’importance entre objectifs, et d’avoir recours à une somme
pondérée des objectifs qui se verra optimisée. Cette façon de procéder présente plusieurs écueils bien
connus dans la discipline. L’accès aux métaheuristiques a permis la résolution approchée mais rapide de
problèmes réputés difficiles comme le problème de couverture d’ensembles, mais surtout de poser un
champs de questions dont les réponses permettent de revenir et corriger des erreurs introduites dans les
premiers travaux (comme l’hypothèse de connexité des solutions efficaces ou l’omission d’un ensemble
important de solutions, lesquel ne peut pas être trouvé avec une somme pondérée par exemple). Ce fut
aussi l’occasion de remplacer d’idée de disposer de procédures de résolution générales par des algorithmes adaptés aux différentes structures de problèmes rencontrés, marquant le regain d’intérêt sur les
méthodes de résolution exactes dédiées. Ce passage amorcé vers 1995 s’est accompagné par une hybridation de techniques de résolution (méthode générale associée à des composants spécifiques ; méthode
exacte faisant usage de composants approchés et réciproquement) donnant par exemple naissance aux
algorithmes mémétiques marriant algorithmes génétiques et recherche locale.
Face à ce constat, l’objectif de l’optimisation multi-objectif est de capitaliser le volume considérable
de connaissances élaborées en recherche opérationnelle, avec les réserves nécessaires du fait des particularités du domaine ; mais également de croiser les idées avec des développements issus d’autres
disciplines. Nous nous sommes focalisés plus particulièrement sur les thèmes suivants :
– Algorithmes exacts répondant à une structure combinatoire (sac-à-dos, affectation linéaire, set
packing)
– Métaheuristiques multi-objectif (fondées notamment sur l’hybridation de paradigmes)
– Evaluation des méthodes in situ (transport ferroviaire, télécommunication, ordonnanacement)
Pratiquement aucune décision ne repose sur un objectif unique. Le spectre d’applications qui s’adressent
à l’optimisation multi-objectif couvre quasiment l’ensemble des applications qui sont traitées en recherche opérationnelle. Avec le nombre croissant de nouveaux résultats et de méthodes de résolution, de
plus en plus d’opérationnels se tournent vers l’optimisation multi-objectif. Pour exemple, le sujet proposé
par Renault pour le challenge ROADEF 2005 était un problème de production comportant trois objectifs.
Autre signe mesurable, lors de la dernière conférence internationale du domaine (MOPGP’06, laquelle
a été co-organisée par l’équipe), on a noté pour la première fois la présence de représentants de groupes
industriels comme Electricité de France, Ilog, Airbus, Renault. Quatre domaines sont abordés dans nos
travaux.
8.4.1 Transport ferroviaire
Dans le cadre du projet régional soutenu par la région Nord Pas-de-Calais, et impliquant deux partenaires, l’INRETS-ESTAS (Villeneuve d’Ascq) et la SNCF (direction des infrastructures de Lille et
direction de la recherche de Paris), nous travaillons depuis 1999 sur la problématique de la capacité
d’infrastructures ferroviaires. La question centrale est “combien de trains peuvent franchir un noeud ferroviaire complexe ou une gare principale ?”, une réponse pouvant se matérialiser par une grille horaire.
La question qui vient ensuite est “quelle est la stabilité d’une telle grille horaire ?”. On s’attend effectivement à un ensemble de solutions de compromis entre ces deux mesures antagonistes si l’infrastructure
258
n’est pas surdimensionnée. Les deux situations que nous étudions sont le noeud de Pierrefitte-Gonesse
et la gare de Lille-Flandre.
8.4.2 Télécommunications
Durant quatre ans nous avons collaboré avec Alcatel R&I (centre de Marcoussis) sur le problème
du routage dans les réseaux informatiques, au niveau de IP. Il faut savoir qu’actuellement l’algorithme
qui est utilisé pour acheminer les informations (comme le courrier électronique) est rudimentaire et ne
tient pas compte de l’utilisation de l’infrastructure. Les besoins ont beaucoup évolués sur internet, ansi
que l’utilisation (comme la voiceIP ou la visio conference) qui en est fait. Les protocoles de routages
doivent considérer simultanément des mesures comme la bande passante résiduelle, les délais de communications, en plus de la mesure classique (fondée sur le nombre de routeurs à franchir sur le chemin
à parcourir). Nous avons également collaboré avec une autre unité d’Alcatel (centre de Anvers) et avec
FranceTélécom R&D (Issy-les-Moulineaux) sur deux autres problèmes relevant de ce domaine.
8.4.3 Systèmes de production
Ce domaine est riche en applications. L’exmple de Renault précédemment évoqué concerne l’organisation de la production automobile sur les ateliers de peinture et de montage pour une unité de production,
sachant que l’ordre de passage des véhicules ne peut pas changer entre ces deux ateliers. Trois objectifs
sont considérés dans ce problème, minimiser le nombre de purges de peinture (premier atelier) et minimiser le nombre de violations des contraintes de montages (second atelier). Récemment nous avons
travaillé en collaboration avec l’équipe SLP de l’IRRCyN sur un problème de retraitement de déchets
où il s’agit de minimiser des temps d’attente de véhicules se présentant au déchargement et minimiser
l’utilisation du système de production.
8.4.4 Solveurs
Ces dernières années ont vu fleurir des bibliothèques de méthodes reposant sur les métateuristiques
multi-objectif (MOMHlib maintenue par A. Jaszkiewick en Pologne, PISA maintenue par E. Ziztler en
Suisse, MOEO maintenue par Talbi à Lille). Par contre, il n’existe pas d’initiative similaire sur les algorithmes exacts pour des problèmes d’optimisation multi-objectif. Point déjà souligné lors de l’habilitation
à diriger les recherches de X. Gandibleux en 2003, nos productions récentes nous permettent à présent
de nous engager vers la réalisation d’un solveur multi-objectif intégrant les algorithmes que nous avons
développés. Dans ce cadre le défi consiste à donner accès à un ensemble d’algorithmes hétérogènes d’une
manière la moins contraingnate possible.
8.5 Logiciels
8.5.1 RECIFE et RECIFE PC
(Responsable: Joaquı́n Rodriguez et Xavier Gandibleux)
URL/DOI:
Mots-clés: capacité d’infrastructures ferroviaires, set packing, algorithmes de fourmis, stabilité d’horaires.
Équipe de développement: Roman Bartusiak, Fabien Degoutin, Xavier Delorme, Xavier Gandibleux,
Julien Jorge, Grégory Marlière, Joaquı́n Rodriguez, Sonia Sobieraj
Xavier G ANDIBLEUX
259
Plateformes d’étude de capacité d’infrastructures ferroviaires. RECIFE est la plateforme lourde (incluant simulteurs, bases de données, différentes interfaces utilisateurs, etc) et RECIFE PC est une version épurée qui permet de mener des études à partir de données embarquées.
8.5.2 RMC
(Responsable: Xavier Gandibleux)
URL/DOI:
Mots-clés: routage multi-objectif, système temps réel
Équipe de développement: Frédéric Beugnies, Xavier Gandibleux, Phillipe Thomin
Algorithme multi-objectif de routage sur IP développé, dans le cadre d’études de problèmes d’optimisation rencontrés en gestion prévisionnelle ou temps-réel de réseaux informatiques.
8.5.3 MEETME
(Responsable: Xavier Gandibleux)
URL/DOI:
Mots-clés: bourses de technologie, MO-IP
Équipe de développement: Xavier Gandibleux, Brice Pajot
MEETME est un prototype développé en 2005 pour Bioencapsulation Research Group (ENITIIA, Nantes)
qui permet de construire un horaire tenant compte de plusieurs objectifs et contraintes pour l’organisation de bourses d’échange de technologies. Le système a été utilisé pour le IVth Industrial Technology
Trade Fair in Microencapsulation - 20-21 April 2006 - Strasbourg, France.
8.6.1 Applications
Participants : Frédéric Beugnies, Fabien Degoutin, Xavier Gandibleux, Julien Jorge.
Capacité d’infrastructures ferroviaire
Participants : externes Roman Bartusiak (SNCF), Xavier Delorme (Ecole des mines de SaintEtienne), Grégory Marlière (INRETS), Joaquı́n Rodriguez (INRETS), Sonia Sobieraj (INRETS), Vincent
Tkindt (Polytech’Tours), Brice Pajot (LINA-CD).
Un nouvel algorithme basé sur le paradigme des colonies de fourmis a été proposé et s’est montré
beaucoup plus efficace que le précédent algorithme basé sur la méthode GRASP, en surclassant tous
les précédents résultats du point de vue qualité. La méthodologie permettant l’analyse de stabilité d’une
grille horaire a été validée. Une nouvelle plateforme d’étude (RECIFE PC) est disponible. Les données
concernant la gare de Lille-Flandre ont été consolidées. Une modélisation fondée sur une hybridation
RO-PPC a été proposée en alternative au modèle de set packing. La plateforme RECIFE permet de
mener de premières études sur Lille (publications majeures : [23, 11, 14, 16, 19, 20, 32, 41]).
Routage IP
Participants : externes Sabine Randriamasy (Alcatel R&I - Marcoussis), Phillipe Thomin (LAMIHValenciennes).
260
Un algorithme de routage multi-objectif compatible avec les contraintes temps réel imposées par la
couche IP a été validé en mode centralisé sur des configurations de réseaux représentatives (publications
majeures : [8, 42, 43, 29]).
Ordonnancement
Participants : externes Daniel Salazar Aponte (IUSIANI-Las Palmas), Sergio Martinez (ITC-Guanajuato), Nathalie Sauer (INRIA Lorraine-Metz), Marc Sevaux (LESTER-Lorient).
Une méthode approchée basée sur un recuit simulé multi-objectif a été proposé pour traiter les instances réelles de ce problème d’ordonnancement. Une méthodologie s’attachant à la notion de robustesse multi-objectif quand un problème présente peu de solutions efficaces différentes a été proposée et
appliquée a ce problème particulier d’ordonnancement (publications majeures : [17, 31, 34]).
8.6.2 Optimisation combinatoire multi-objectif
Participants : Xavier Gandibleux, Julien Jorge, Anthony Przybylski.
Affectation linéaire bi- et multi- objectif
Participants : externes Matthias Ehrgott (Auckland-NZ), Jérémie Bourdon (LINA-Combi).
Un nouvel algorithme exact a été proposé pour la version bi-objectif de ce problème combinatoire.
Vis-à-vis de la littérature, il s’est montré comme étant aujourd’hui l’algorithme le plus efficace pour traiter ce problème, cela pour différentes classes de fonctions objectif. Il est également capable de calculer
différents ensembles de solutions. Une caractérisation de la distribution des solutions a été donnée pour
la première fois, permettant de justifier l’efficacite du nouvel algorithme. La méthode en deux phase a été
pour la première fois étendue afin de traiter des problèmes comportant plus de deux objectifs. Elle n’est
pas spécifique au problème d’affectation linéaire, mais elle a été évaluée sur ce dernier. Comparativement
à d’autres méthodes publiées, elle s’est révélée beaucoup plus efficace dans tous les cas. (publications
majeures : [27, 37, 38, 39, 40]).
Sac-à-dos bi-objectif unidimensionnel en variables binaires
Participant : externe Kathrin Klamroth (Erlangen-Nurenberg-DE).
Il s’agit d’un problème que nous étudions depuis plusieurs années, et pour lequel nous avons proposé
des coupes afin de mieux explorer l’espace des solutions à l’aide d’une métaheuristique de type recherche
tabou. Le travail autour des coupes a été repris et amélioré. Par ailleurs, c’est un problème qui connait
plusieurs algorithmes de résolution efficaces. Fort de nos travaux sur le problème d’affection linéaire,
nous avons développons un nouvel algorithme qui s’est déjà révélé très compétitif dans de nombreux
cas de figure. Une tentative de caractérisation de la distribution des solutions est ici aussi en cours.
(publications majeures : [3, 25, 35]).
Synthèse de la littérature
Participant : externe Matthias Ehrgott (Auckland-NZ).
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261
Nous avons consacré une activité soutenue entre 1998 et 2004 au recensement, la classification
et l’annotation des travaux présentés dans le domaine de l’optimisation combinatoire multi-objectif MOCO en anglais-, en s’intéressant aux modèles, méthodes de résolution exactes et approchées, applications. Plusieurs synthèses et tutoriaux ont été réalisé à cette occasion. (publications majeures :
[1, 2, 6, 9, 21, 24]).
Métaheuristiques multi-objectif : méthodes et composants
Participants : externes Hiroyuki Morita (Osaka-JP), Naoki Katoh (Kyoto-JP), Joseph Pasia (ViennaAT), Eric Taillard (Yverdon-CH).
Travaux par lesquels nous sommes venus sur cette problématique au milieu des années 1990, nous
y poursuivons nos efforts en visant le mariage entre connaissances exactes (sous-ensemble de solutions
ou problème relaché par exemple) et techniques métaheuristiques (méthodes à population d’individus ou
opérateur spécifique). C’est ainsi que nous avons obtenu des résultats significatifs vis-à-vis des méthodes
existantes à l’aide de l’opérateur de “chemins reliants” (path relinking en anglais). Nous avons vérifié
l’intérêt de la proposition sur différents problèmes (affectation lineaire de très grande taille, ordonnancement de type flow-shop, localisation de facilités). Une approche mixte fondée sur la méthode tabou pour
des instances difficiles du problème d’affectation quadratique a été entreprise. (publications majeures :
[5, 10, 12, 22, 18, 26, 33, 36]).
Techniques hybrides mariant RO et PPC
Participants : externes Vincent Barichard (LERIA-Angers), Fabien Le Huédé (SLP-IRRCyN),
Marc Sevaux (LESTER-Lorient).
Un nouveau champs de questions animé par le projet IROCOI, soutenu par le GDR CNRS RO, s’est
mis en place courant 2006. Il concerne les interactions entre outils de recherche opérationnelle et programmation par contraintes pour la résolution de problèmes combinatoires multi-objectifs. (publication
majeure : aucune).
FranceTélécom
(2006-2007)
Responsable: Xavier Gandibleux
Montant: 50 000 e
Mots-clés: Optimisation multi-objectif, problème de localisation de facilités
Participants: Xavier Gandibleux, Fouad Maach
Partenaires: France Télécom
Il s’agit d’un contrat de recherche. Le problème étudié concerne le déploiement de nouveaux services
de communication sur un territoire. Compte-tenu d’une demande prévisionnelle, la question revient à
determiner où implanter de nouveaux services (ressources) et quels clients y connecter compte-tenu de
deux objectifs à optimiser simultanément (le coût et l’équilibre de charge).
Alcatel-Marcoussis
Responsable: Xavier Gandibleux
(2003-2004)
262
Montant: 100 000 e
Mots-clés: Problématique du routage multi-objectif au niveau IP (Reconduction)
Participants: Xavier Gandibleux, Frédéric Beugnies
Partenaires: Alcatel
Il s’agit d’un contrat de recherche. Le problème étudié concerne l’élaboration d’un algorithme de routage multi-objectif compatible avec les exigeance de fonctionnement temps réel de la communication au
niveau IP.
Alcatel-Anvers
(2003-2004)
Responsable: Xavier Gandibleux et Marc Sevaux
Montant: 70 000 e
Mots-clés: Algorithmes d’optimisation du trafic.
Participants: Xavier Gandibleux, Frédéric Beugnies, Marc Sevaux
Partenaires: Alcatel
Il s’agit d’un contrat de recherche. Au départ, il s’agit d’une expertise d’un système développé par Alcatel
qui repose sur un modèle multi-objectif. Dans un second temps, il nous a été demandé de proposer une
solution opérationnelle alternative efficace à une question relevant du dimensionnement de ressources.
8.8 Actions régionales, nationales et internationales
IROCOI
Participants : Xavier Gandibleux, Anthony Przybylski, Frédéric Saubion, Vincent Barichard, Marc
Sevaux, Fabien Le Huédé.
Le projet IROCOI (Interactions entre outils de RO et PPC pour la résolution de problèmes d’Optimisation multiobjectIf) est exploratoire sur les outils de la RO. Il vise à (i) initier une activité de recherche
originale en France sur une problématique de l’optimisation multiobjectif, (ii) favoriser les échanges
entre deux communautés (RO et PPC) proches, relevant de l’aide à la décision, qui partagent un intérêt
sur des problématiques de l’optimisation et (iii) dynamiser des thèmes relevant de la RO sur le plan
régional en promotionnant de nouvelles problématiques.
Dans le cadre d’une année sabatique pour recherches, Xavier Gandibleux a été invité par le Professeur
Naoki Katoh de l’Université de Kyoto (Japon) pour une durée de 1 mois avec le support financier du JSPS
(Japan Society for the Promotion of Science).
Xavier Gandibleux est impliquée dans un projet EPSRC (le “the research council” en GrandeBretagne) sur 3 ans, intitulé “Towards More Effective Multi-objective Meta-Heuristics to Solve Combinatorial Problems”.
En 2006, Xavier Gandibleux a été expert-évaluateur pour le NWO (Netherlands Organisation for
Scientific Research).
Xavier G ANDIBLEUX
263
8.9.1 Rayonnement
– 2005, avec Matthias Ehrgott, présentation de Xavier Gandibleux d’un tutorial ‘1984-2004 – 20
Years of Multiobjective Metaheuristics. But what about the Solution of Combinatorial Problems
with Multiple Objectives ?’ en session plénière lors de la conférence EMO’05, March 9-11, 2005,
Guanajuato, Mexico.
– 2005, avec Matthias Ehrgott, présentation de Xavier Gandibleux d’un tutorial ‘Multiobjective
Combinatorial Optimization Problems’ en session plénière lors de la conférence MIC’05, August
22-26, 2005, Vienna, Austria.
– 2006, Xavier Gandibleux a été professeur invité à l’université de Vienne (Autriche) afin d’y donner
un cycle de séminaires ‘Multiobjective Combinatorial Optimization’.
– Xavier Gandibleux a été 3e vice-président de la société française de recherche opérationnelle
et d’aide à la décision (ROADEF) avant d’être secrétaire de EURO, association européenne des
sociétés de recherche opérationnelle.
• Comité de programmes
– 2004 : CEC’2004 (Congress on Evolutionary Computation, USA).
– 2005 : EMO’2005 (International Conference on Evolutionary Multi-Criterion Optimization, Mexico),
MIC’2005 (International Conference on Metaheuristics’, Austria).
– 2006 : MOSIM’06 (Conférence Francophone de Modélisation et Simulation, Maroc), CEC’2006
(Congress on Evolutionary Computation’, Canada).
• Comité éditorial
– Depuis 2002, éditeur associé du journal “4OR, A Quarterly Journal of Operations Research”.
– 2005-2008, éditeur associé de la revue ‘INFOR’, (The Information Systems and Operational Research journal), un journal de recherche opérationnelle publié par la société canadienne de recherche opérationnelle.
• Comité de direction
– 2003-2004, membre du comité de direction du GDR CNRS I3 (Information - Interaction - Intelligence).
– 2006 : Xavier Gandibleux est co-organisateur et président de la 7e conférence internationale “MultiObjective Programming and Goal Programming (MOPGP’06), June 12-14, 2006, France (Loire
Valley - city of Tours).
– 2005 : Xavier Gandibleux est co-organisateur du workshop international “Combination of metaheuristic and local search with Constraint Programming techniques (MLS+CP)”. Univ. Nantes,
November 28-29, 2005. Nantes, France.
– 2003 : Xavier Gandibleux est organisateur d’une journée d’étude PM2O, groupe de travail “Programmation mathématique multi-objectif” du GDR CNRS I3 (rattaché au GDR RO ensuite), Univ.
264
Valenciennes, France.
Nous intervenons dans le Mastère Recherche “Systèmes d’Aide à la Décision” de l’Université de
Nantes et nous sommes porteur du projet d’un mastère international “Optimisation et décision”. Nous intervenons sur des parties d’enseignements spécialisées au département Informatique de Polytech’ Nantes,
ainsi qu’à l’Ecole des Mines de Nantes. Nous sommes également présent en enseignement sur le mastère
professionnel MIAGE de la faculté des sciences, Université de Nantes.
• Brevets
– Device and a method for determining routing paths in a communication network in the presence of
selection attributes (Sabine Randriamasy and Xavier Gandibleux and José Figueira and Philippe
Thomin). Patent 11/25/04. #20040233850. Washington, DC, USA,
– Dispositif et procédé de détermination de chemins de routage dans un réseau de communications,
en présence d’attributs de sélection’ (Sabine Randriamasy and Xavier Gandibleux and José Figueira and Philippe Thomin). Fiche brevet no 03291744.5-2416. Déposée le 15 juillet 2003.
[1] M. E HRGOTT et X. G ANDIBLEUX. A survey and annotated bibliography of multiobjective combinatorial optimization. OR Spektrum, 22 :425–460, 2000.
[2] M. E HRGOTT et X. G ANDIBLEUX, réds. Multiple Criteria Optimization : State of the Art Annotated
Bibliographic Survey, volume 52 of International Series in Operations Research and Management
Science. Kluwer Academic Publishers, Boston, 2002. 496 pages. ISBN 1-4020-7128-0.
[3] X. G ANDIBLEUX et A. F R ÉVILLE. Tabu search based procedure for solving the 0/1 multiobjective
knapsack problem : The two objective case. Journal of Heuristics, 6(3) :361–383, 2000.
[4] X. G ANDIBLEUX, N. M EZDAOUI, et A. F R ÉVILLE. A tabu search procedure to solve multiobjective combinatorial optimization problems. In R. C ABALLERO, F. RUIZ, et R. S TEUER, réds.,
Advances in Multiple Objective and Goal Programming, volume 455 of Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems, pages 291–300. Springer Verlag, Berlin, 1997.
[5] H. M ORITA, X. G ANDIBLEUX, et N. K ATOH. Experimental feedback on biobjective permutation
scheduling problems solved with a population heuristic. Foundations of Computing and Decision
Sciences Journal, 26(1) :23–50, 2001.
[6] M. E HRGOTT et X. G ANDIBLEUX. Approximative Solution Methods for Multiobjective Combinatorial Optimization. TOP (Spanish journal of operations research), 12(1) :1–90, 2004.
Xavier G ANDIBLEUX
265
[7] M. E HRGOTT et X. G ANDIBLEUX. Bound sets for biobjective combinatorial optimization problems. Computers and Operations Research, 2006. In press (available online).
[8] X. G ANDIBLEUX, F. B EUGNIES, et S. R ANDRIAMASY. Martins’ algorithm revisited for multiobjective shortest path problems with a maxmin cost function. 4OR : Quarterly journal of Operations Research, 4(1) :47 – 59, March 2006.
[9] X. G ANDIBLEUX et M. E HRGOTT. 1984-2004 – 20 Years of Multiobjective Metaheuristics. But
What About the Solution of Combinatorial Problems with Multiple Objectives ? In C. A. C OELLO
Y C OELLO , A. H. AGUIRRE, et E. Z ITZLER , réds., Evolutionary Multi-Criterion Optimization,
volume 3410 of Lecture Notes in Computer Science, pages 33–46. Springer, 2005.
[10] X. G ANDIBLEUX, H. M ORITA, et N. K ATOH. Evolutionary operators based on elite solutions for
biobjective combinatorial optimization. In C. C. C OELLO et G. B. L AMONT, réds., Applications of
Multi-Objective Evolutionary Algorithms, chap. 23, pages 555–579. World Scientific, 2004. ISBN
981-256-106-4.
[11] X. D ELORME, X. G ANDIBLEUX, et J. RODRIGUEZ. GRASP for set packing problems. European
Journal of Operational Research, 153(3) :564–580, 2004.
[12] X. G ANDIBLEUX, H. M ORITA, et N. K ATOH. A population-based metaheuristic for solving assignment problems with two objectives. Journal of Mathematical Modelling and Algorithms, 2004.
Accepted (March 2004) to be published.
[13] A. P RZYBYLSKI, X. G ANDIBLEUX, et M. E HRGOTT. The biobjective integer minimum cost flow
problem – incorrectness of Sedeno-Noda and Gonzalez-Martin’s algorithm. Computers and Operations Research, 33(5) :1459–1463, May 2006.
[14] X. D ELORME, X. G ANDIBLEUX, et J. RODRIGUEZ. Stability evaluation of a railway timetable
at the station level. In 12th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing
(INCOM’06) proceedings, May 2006.
[15] M. E HRGOTT et X. G ANDIBLEUX. Multiple objective combinatorial optimization - a tutorial.
In T. T. T ETSUZO TANINO et M. I NUIGUCHI, réds., Multi-Objective Programming and GoalProgramming ; theory and applications, Advances in Soft Computing, pages 3–18. Springer, 2003.
[16] X. G ANDIBLEUX, X. D ELORME, et V. T’K INDT. An ant colony algorithm for the set packing
problem. In M. D ORIGO, M. B IRATTARI, C. B LUM, L. G AMBARDELLA, F. M ONDADA, et
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Notes in Computer Sciences, pages 49–60. Springer, 2004.
[17] X. G ANDIBLEUX, J. J ORGE, S. M ARTINEZ, et N. S AUER. Premier retour d’expérience sur le flowshop biobjectif et hybride à deux étages avec une contrainte de blocage particulière. In M. G OUR GAND et F. R IANE, réds., Actes de MOSIM’06 : 6ème Conférence Francophone de Modélisation et
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Simulation. 3-5 avril 2006. Rabat, Maroc, volume II, pages 1355–1362. Lavoisier, 2006. ISBN :
2-7430-0892-X.
[18] X. G ANDIBLEUX, H. M ORITA, et N. K ATOH. Use of a genetic heritage for solving the assignment problem with two objectives. In C. F ONSECA, P. F LEMING, E. Z ITZLER, K. D EB, et
L. T HIELE, réds., Evolutionary Multi-Criterion Optimization, volume 2632 of Lecture Notes in
Computer Sciences, pages 43–57. Springer, 2003.
[19] F. D EGOUTIN, J. RODRIGUEZ, et X. G ANDIBLEUX. Première évaluation des performances d’un
modèle CSP pour le problème de saturation d’infrastructures ferroviaires. In J.-C. B ILLAUT et
C. E SSWEIN, réds., Proceedings of the ROADEF 2005 - French National OR Conference, Collection Sciences, Technologie “Informatique”, pages 277–294. Presses Universitaires François Rabelais, 2005. ISBN :2-86906-196-X.
[20] X. D ELORME, X. G ANDIBLEUX, et J. RODRIGUEZ. Résolution d’un problème d’évaluation de
capacité d’infrastructure ferroviaire. In Actes du colloque sur l’innovation technologique pour les
transports terrestres (TILT), volume 2, pages 647–654. édité par le GRRT, Lille, 2003.
[21] M. E HRGOTT, J. F IGUEIRA, et X. G ANDIBLEUX. Special issue ‘Multiple Objective Discrete and
Combinatorial Optimization’. Annals of Operations Research, 147. Springer, October 2006. (Guest
Eds).
[22] X. G ANDIBLEUX, M. S EVAUX, K. S ÖRENSEN, et V. T’ KINDT, réds. Metaheuristics for Multiobjective Optimisation, volume 535 of Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems.
Springer, Berlin, 2004. 249 pages. ISBN 3-540-20637-X.
[23] X. D ELORME. Modélisation et résolution de problèmes liés à l’exploitation d’infrastructures ferroviaires. PhD thesis, Université de Valenciennes, France, 10 décembre 2003. Thèse de Doctorat.
[24] X. G ANDIBLEUX. Optimisation multiobjectif : problèmes combinatoires, résolutions exactes et
approchées, applications. PhD thesis, Université de Valenciennes, France, 12 décembre 2003.
Habilitation à diriger des recherches.
[25] J. J ORGE. Algorithme pour la résolution exacte d’un 01-IP bi-objectif - Cas du problème de sac à
dos. Master’s thesis, Université de Nantes, France, septembre 2006. Mastère 2 Recherche “système
d’aide à la décision”.
[26] F. M AACH. Bi-objective multi-assignment capacitated location-allocation problem. Master’s thesis,
Ecole des mines de Nantes - VirginiaTech, France, October, 10 2006.
[27] A. P RZYBYLSKI. Méthode en deux phases pour la résolution exacte de problèmes d’optimisation combinatoire comportant plusieurs objectifs : nouveaux développements et application au
probléme d’affectation linéaire. PhD thesis, Université de Nantes, France, 8 décembre 2006. Thèse
de Doctorat.
Xavier G ANDIBLEUX
267
I. Rapports de contrats
[28] F. B EUGNIES et X. G ANDIBLEUX. Routage multicritère dans les réseaux IP- RMC1b. Rapport
final décembre 2003. Rapport technique, Convention 2002C268 VALUTEC-UVHC/ALCATEL,
2003.
[29] F. B EUGNIES et X. G ANDIBLEUX. Routage multicritère dans les réseaux IP- RMC2. Rapport final
janvier 2005. Rapport technique, Convention 2003C287 VALUTEC-UVHC/ALCATEL, 2005.
[30] F. B EUGNIES, X. G ANDIBLEUX, M. S EVAUX, et P. T HOMIN. Traffic optimization algorithms.
Collaboration ALCATEL NGNSM - LAMIH. Rapport intermédiaire octobre 2003. Rapport final
janvier 2005. Rapport technique, Convention 2003C249 VALUTEC-UVHC/ALCATEL, 2005.
[31] D. S. A PONTE, X. G ANDIBLEUX, J. J ORGE, et M. S EVAUX. A robust-solution-based methodology
to solve multiple-objective problems with uncertainty. Rapport technique, IUSIANI, University
of Las Palmas de Gran Canaria, August 2006. Submitted (MOPGP’06 post-conference volume LNEMS, Springer).
[32] F. D EGOUTIN, H. C AMBAZARD, J. RODRIGUEZ, et X. G ANDIBLEUX. A CSP model and VNSLNS approach for the railway saturation problem. Rapport technique, LAMIH, Université de Valenciennes, November 2005. Accepted ; in revision (Journal of Mathematical Analysis and Applications).
[33] X. D ELORME, X. G ANDIBLEUX, et F. D EGOUTIN. Evolutionary, constructive and hybrid procedures for the biobjective set packing problem. Rapport technique 2005-500-011, Ecole des mines
de Saint-Etienne, September 2005. In revision (European Journal of Operational Research).
[34] X. G ANDIBLEUX, J. J ORGE, D. S. A PONTE, et S. M ARTINEZ. Solving methods and robustness methodology for a two stage bi-objective hybrid flowshop problem with a particular blocking
constraint. Rapport technique, LINA, Université de Nantes, November 2006.
[35] X. G ANDIBLEUX et K. K LAMROTH. Cardinality bounds for multiobjective knapsack problems.
Rapport technique, LINA, Université de Nantes, August 2005.
[36] J. M. PASIA, X. G ANDIBLEUX, K. F. D OERNER, et R. F. H ARTL. Initial population constructed,
heuristic bound sets and path relinking operators for a bi-objective flowshop scheduling problem.
Rapport technique, University of Vienna, September 2006. Submitted (EMO’07 conference volume
- LNCS, Springer).
[37] A. P RZYBYLSKI, X. G ANDIBLEUX, et M. E HRGOTT. The biobjective assignment problem. Rapport technique no 05.07, LINA, Université de Nantes, December 2005. In revision (European Journal of Operational Research).
[38] A. P RZYBYLSKI, X. G ANDIBLEUX, et M. E HRGOTT. A recursive algorithm for finding all extremal
supported nondominated points in the outcome set of a multi-objective integer linear problem.
Rapport technique, LINA, Université de Nantes, May 2006.
[39] A. P RZYBYLSKI, X. G ANDIBLEUX, et M. E HRGOTT. Two phase method with p objectives. application to the three-objective assignment problem. Rapport technique, LINA, Université de Nantes,
June 2006.
268
[40] A. P RZYBYLSKI, X. G ANDIBLEUX, et M. E HRGOTT. Two phase method with three objectives
applied to the assignment problem. Rapport technique, LINA, Université de Nantes, August 2006.
Submitted (MOPGP’06 post-conference volume - LNEMS, Springer).
[41] J. RODRIGUEZ, X. D ELORME, X. G ANDIBLEUX, G. M ARLI ÈRE, R. BARTUSIAK, F. D EGOU TIN , et S. S OBIERAJ. Modèles et outils pour l’analyse de la capacité ferroviaire. Rapport technique, INRETS-ESTAS, Villeneuve d’Ascq, Juillet 2006. Submitted (RTS - Recherche Transports
Sécurité).
K. Brevets
[42] S. R ANDRIAMASY, X. G ANDIBLEUX, J. F IGUEIRA, et P. T HOMIN. Dispositif et procédé de
détermination de chemins de routage dans un réseau de communications, en présence d’ attributs
de sélection’, 2003. Fiche brevet no 03291744.5-2416. Déposée le 15 juillet 2003.
[43] S. R ANDRIAMASY, X. G ANDIBLEUX, J. F IGUEIRA, et P. T HOMIN. Device and a method for
determining routing paths in a communication network in the presence of selection attributes. Patent
11/25/04. #20040233850. Washington, DC, USA, 2004.
Équipe
COD : COnnaissances et Décision
Responsable : Pascale Kuntz
– Henri Briand
Professeur, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes,
– Maurice Bernadet
Maı̂tre de conférences, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes,
– Julien Blanchard
– Fabrice Guillet
Habilité à diriger des recherches (12/06), Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes,
– Mounira Harzallah
Maı̂tre de conférences, IUT OGP, Université de Nantes,
– Ivan Kojadinovic
Habilité à diriger des recherches (11/06), Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes,
– Pascale Kuntz
Professeur, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes,
– Rémi Lehn
Maı̂tre de conférences, Formation continue de l’Université de Nantes,
– Fabien Picarougne
– Gérard Ramstein
– Francky Trichet
Maı̂tre de conférences, Facultés des lettres, Université de Nantes,
– Régis Gras
Professeur émerite, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes,
– Philippe Peter
269
270
– Bruno Pinaud
Post-doctorant, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2006
– Nicolas Beaume
co-encadrement INSERM - Université de Nantes, 2004,
– Emmanuel Blanchard
Université de Nantes, 2004,
– Jérôme David
– Stéphane Daviet
– Hélène Desmier
– Xuan Hiep-Huynh
co-tutelle Université de CanTho, Vietnam - Université de Nantes, 2003,
– Julien Lorech
co-encadrement INSERM - Université de Nantes, 2003,
– Claudia Marinica
– Daniel Porumbel
– Thomas Raimbault
co-encadrement LERIA, 2004,
9.2.1 Historique
À l’origine, la thématique fondatrice de l’équipe, l’Extraction de Connaissances dans les Données
(ECD), a émergé au début des années 90 à la suite d’une rencontre entre un enseignant-chercheur en base
de données (H. Briand) et un statisticien (R. Gras) ; cela a donné lieu à l’une des premières thèses (L.
Fleury, 95) en France explicitement ancrée dans le domaine.
L’arrivée de P. Kuntz en 1998 -qui pris le relais de l’animation de l’équipe en 2003- a renforcé les
compétences de l’équipe en classification et a contribué à approfondir les recherches, impulsées par F.
Guillet, sur l’intégration dans les algorithmes de fouille des préférences des utilisateurs.
Depuis 2001, de jeunes chercheurs ont rejoint l’équipe lui permettant d’une part, d’étendre ses
compétences en ECD et en Aide multicritère à la décision (R. Lehn, I. Kojadinovic, F. Picarougne), et
d’autre part de consolider le lien avec le champ connexe et fortement complémentaire, qu’est l’Ingénierie
des connaissances (M. Harzallah, F. Trichet).
Sur le plan interdisciplinaire, qui est dans notre domaine intimement lié aux travaux théoriques que
nous menons, les compétences spécifiques de collègues qui ont rejoint l’équipe ont permis de renforcer
significativement notre visibilité dans deux domaines : en Gestion des connaissances en entreprise (M.
Harzallah, initialement section CNU 63) et en Sciences de la Vie (G. Ramstein qui a effectué en 2000
une reconversion thématique).
271
Avec comme objectif opérationnel in fine la diffusion de connaissances utiles et intelligibles pour
l’utilisateur -ou les classes d’utilisateurs-, les travaux de l’équipe s’inscrivent dans un continuum “modélisation-extraction” des connaissances. Ils se structurent autour de deux axes fortement corrélés l’Ingénierie des ontologies et la Fouille de données complexes, et un axe transversal portant sur l’Intégration
des préférences des utilisateurs.
Ingénierie des ontologies Nos travaux portent sur la représentation conceptuelle des connaissances
par des ontologies, et sur leur opérationnalisation dans des Systèmes à Base de Connaissances. Trois
problématiques principales sont ainsi abordées :
– la construction au sens de leur représentation formelle : nous étudions en particulier l’apport des
modèles de graphes conceptuels et l’expressivité des langages du Web sémantique (e.g. RDF/s,
OWL) ;
– l’alignement au sens de l’interopérabilité sémantique : nos travaux portent sur les ontologies
lourdes qui intègrent la sémantique du domaine sous forme d’axiomes, et sur les taxonomies associées ou non à des corpus textuels ;
– l’intégration des ontologies au sein de Systèmes à Base de Connaissances : nous nous intéressons
en particulier à l’acquisition des connaissances et à leur modélisation via des modèles graphiques
interactifs adaptés. Les ontologies considérées sont des ontologies de domaine, des ontologies de
représentation et des ontologies de PSM (Problem-Solving Method).
Fouille de données complexes Tout en incorporant l’intégration des connaissances externes et la dimensionnalité des données, la terminologie “données complexes” recouvre dans son usage le plus courant des données de nature différente (texte, image, vidéo, . . .). Nous l’utilisons dans une acceptation plus
spécifique ; nous nous intéressons dans le cadre du “post-mining” aux données qui sont des résultats volumineux d’algorithmes automatiques, et aux données intégrant des structures relationnelles modélisables
par des graphes.
1. le post-mining de règles d’association.
Les règles d’association ont été un des concepts les plus utilisés de la dernière décennie pour exprimer simplement des tendances implicatives de type A → B entre des sous-ensembles d’attributs.
Il est maintenant bien connu que les algorithmes d’extraction engendrent des ensembles de règles
trop volumineux pour une analyse in extenso de l’utilisateur. Nous abordons ce problème par deux
approches complémentaires : le filtrage des règles pour restreindre les résultats aux règles les plus
pertinentes ; la structuration des ensembles de règles pour une représentation synthétique mettant
en évidence les principales relations.
2. la classification de structures relationnelles.
Trouvant principalement leur motivation applicative dans des travaux sur la Toile, la majorité des
travaux actuels en “Link Analysis” considèrent comme données un très grand réseau de relations et
cherchent à en extraire les caractéristiques. Nous nous intéressons à un problème connexe : l’analyse, non plus d’un grand graphe unique, mais d’un corpus de graphes. Il s’agit alors de construire,
dans un cadre non supervisé, des classifications qui intègrent à la fois des propriétés combinatoires,
des propriétés sémantiques -ou fonctionnelles- et parfois aussi des propriétés topologiques lorsque
les graphes sont plongés dans des espaces géométriques.
272
L’intégration des préférences L’objectif général est d’intégrer l’utilisateur dans la “boucle de découverte” afin de combiner les potentialités humaines de jugement avec les capacités de calcul des machines.
Nous abordons cette vaste problématique selon deux optiques : la mise au point de modèles développés
dans le cadre de l’Aide Multicritère à la Décision qui représentent numériquement des préférences à un
utilisateur ; le pilotage des algorithmes par l’utilisateur -qui joue alors le rôle d’une heuristique- via des
interfaces visuelles interactives adaptées.
1. Aide Multicritère à la Décision.
Cette approche vise à prendre en compte simultanément différents points de vue. Notre démarche
se place dans le cadre des méthodes d’utilité multiattribut : chaque alternative est synthétisée en
un score global par agrégation des différents points de vue, et le choix d’une alternative se déduit
d’une comparaison des scores. Un des intérêts majeurs de cette approche est de pouvoir représenter
une grande variété de stratégies grâce à l’étendue des fonctions d’aggrégation. Nos travaux portent
en particulier sur l’analyse de ces fonctions.
2. Visualisation interactive.
Cette approche vise à intégrer la part subjective de l’utilisateur difficile à verbaliser préalablement.
Lorsqu’il dispose d’un système interactif, la démarche de l’utilisateur peut être associée à une
stratégie de navigation dans un environnement complexe, qui se situe dans un continuum entre la
requête (but précis et bien défini) et le butinage (besoin mal exprimé initialement qui le conduit
à poursuivre sa recherche jusqu’à une certaine satisfaction). Dans le cadre de la fouille de règles
d’association, nous nous intéressons aux représentations formelles permettant de définir l’espace
de navigation ; aux représentations visuelles associées (graphes, métaphores graphiques) ; et à
l’implémentation interactive d’un processus de fouille.
9.2.3 Perspectives
Deux mots clés résument les enjeux actuels du traitement des données et des connaissances : le
passage à l’échelle et la complexité des entités manipulées. Sans perdre de vue la volumétrie -comme
contrainte pour les approches développées-, les verrous scientifiques sur lesquels nous nous concentrons
concernent principalement la complexité : (i) la prise en compte de structures relationnelles dans les
données et de leur évolution temporelle ; (ii) l’acquisition et l’intégration de connaissances du domaine ;
(iii) l’intégration des préférences de l’utilisateur et la multiplication des points de vue.
Si nos recherches se poursuivent sur chacun des points, notre challenge collectif majeur est la combinaison opérationnelle des aspects (ii) et (iii) dans un processus d’extraction de connaissances. Ce challenge est partagé par de nombreux projets pour des applications et des données fort différentes (voir par
exemple le rapport prospectif récent pour la recherche en technologies logicielles). Pour démontrer la
faisabilité opérationnelle de notre approche, nous nous plaçons dans le cadre expérimental de la Fouille
de règles qui reste une des approches les plus utilisées en ECD (voir sondage KDD Nuggets 2006), et
pour laquelle nous avons une expertise reconnue.
Un premier pas a été franchi dans l’équipe par le développement de prototypes intégrant des interfaces visuelles interactives en Fouille de règles et en Ingénierie des Connaissances, ainsi qu’une boı̂te à
outils logicielle en Aide Multicritère à la Décision. L’objectif visé est la réalisation et la mise en logiciel
libre d’un Système Interactif de Fouille de Règles qui intègre véritablement les différents aspects.
Si les recherches actuelles sont fortement stimulées par les nouveaux défis associés aux avancées
technologiques, transformant souvent l’efficience en critère de validation, cette question de la validation reste fondamentale et très largement ouverte. Nous commençons à l’aborder selon deux angles :
statistique pour la robustesse, et cognitif par l’analyse des traces.
273
9.3.1 De l’Analyse de Données à la Fouille de Connaissances
L’explosion des capacités de stockage de la dernière décennie associée à l’essor des nouvelles technologies du Web sémantique renouvelle le défi de l’analyse des données classique : il s’agit d’extraire de
bases de données complexes et volumineuses des connaissances pertinentes pour la prise de décision en
s’appuyant sur les préférences des utilisateurs et les connaissances préalables du domaine. Les nouveaux
verrous à lever se déclinent selon quatre aspects :
1. la nature des données et des connaissances.
Fortement hétérogènes, intégrant des structures relationnelles complexes, les données complexes
ne se modélisent plus “simplement” sous la forme de tableaux Individus x Variables. L’intégration
de dimensions multiples associées à des sémantiques différentes mais complémentaires nécessite
pour leur traitement la construction de nouvelles métriques et de nouveaux espaces de représentation.
2. leur volumétrie.
Si l’explosion des capacités de calcul des années 80-90 avait pu avoir pour conséquence de nous
éloigner quelque peu des contraintes de calcul, l’explosion de la taille des données à traiter nous
renvoie à la quête d’algorithmes performants et au recours à des méthodes d’échantillonnage qui
ne masquent pas les fameuses “pépites” de connaissances du data mining.
3. leur représentation conceptuelle.
La prise en compte de connaissances de sources multiples, décrites par des modèles et des langages
associés différents, nécessite, au-delà de la méthodologie des outils adaptés à l’acquisition des
connaissances, et rend la question de l’interopérabilité cruciale pour l’opérationnalisation.
4. leurs usages.
La multiplicité des points de vue engendrée par la complexité des connaissances manipulées et la
non-unicité des finalités en terme d’usage conduit à l’intégration des connaissances-métiers et des
préférences des utilisateurs dans les processus de traitement. Cette intégration contribue à garantir
leur intelligibilité et leur pertinence pour le domaine d’application ; et par voie de conséquence
leur intégration dans le cycle décisionnel.
Ainsi, si de par leurs fondements historiques l’Ingénierie des connaissances (IC) et la Fouille de
données (FD) ont connu jusque là un développement indépendant, les nouveaux défis à relever par la
mutation profonde concernant l’organisation et le traitement des connaissances justifient leur rapprochement.
Les apports sont mutuels : (i) de la FD vers l’IC : les techniques de fouille peuvent contribuer à
faciliter la structuration des connaissances en amont et à améliorer leur validation ; (ii) de l’IC vers la FD :
les limites maintenant éprouvées des algorithmes automatiques de FD de première génération focalisés
essentiellement sur la maı̂trise de la complexité algorithmique conduisent à la nécessaire intégration dans
la recherche des structures des connaissances du domaine ; certains parlent de “fouille intelligente de
données”. Et, au-delà de ces intérêts bilatéraux, stimulés par l’essor des nouveaux standards associés aux
technologies du Web sémantique, les données complexes tendent à se banaliser : la Fouille de données
initialement adaptée aux enregistrements de bases de données relationnelles migre vers la Fouille de
connaissances (Knowledge Mining).
274
9.3.2 Vers la modélisation et l’extraction adaptatives des connaissances
En tant qu’activité constructive visant à expliciter et à modéliser des connaissances à travers un
couplage entre des utilisateurs et des artéfacts informatiques, l’IC intégre par essence dans sa démarche
le contexte humain et organisationnel. Si l’importance de cet aspect en FD fut noté dès l’article fondateur
de Frawley et al. 19921 , sa prise en compte effective est beaucoup plus récente. L’ambition actuelle de
la FD est de dépasser l’assistance technologique à la manipulation et à l’interprétation des données en
considérant explicitement l’utilisateur comme une composante à part entière du processus dynamique de
découverte ; “The process of knowledge discovery in databases : a human-centered approach”, ainsi que
l’énoncent R.J. Brachman et T. Anand dans un des recueils de référence du domaine2 .
Bien que le rapprochement ne soit pas fréquent dans la littérature, il nous semble que d’un point de
vue épistémologique, un parallèle fécond peut être établi avec l’Aide à la Décision dans son acception
hexagonale. L’évolution de la recherche opérationnelle classique vers l’aide multicritère à la décision
est caractérisée par un passage du problème mathématique d’optimisation vers un problème qualifié par
certains de sémiotique où l’attention se décale vers les préférences pragmatiques du décideur. Associé au
développement des Sciences Cognitives, le nouveau glissement plus récent vers les systèmes anthropocentrés d’aide à la décision3 vise à introduire dans la méthodologie les stratégies cognitives du décideur.
C’est sous cette influence que se placent une partie de nos travaux. Reste à définir un cadre opérationnel. Si pour la modélisation des connaissances l’IC pourrait se baser sur de nombreuses recherches en
psychologie cognitive dans la tradition de l’Intelligence Artificielle, peu de travaux ont, à notre connaissance, été consacrés à la caractérisation de la tâche de l’utilisateur, comme processus cognitif, dans la
démarche menant à la découverte dans les données de “connaissances potentiellement utiles”. Lorsque
les préférences de l’utilisateur peuvent être préalablement explicitées nous cherchons à les intégrer. Sinon, pour contourner le manque de modèles, ou la difficulté de leurs instanciations, nous avons recours
à des outils de visualisation et d’interaction : il s’agit d’apporter à l’utilisateur un substrat artificiel qui
transcrive un grand nombre d’informations et qui soit un support à ses connaissances et à son intuition
pour lui permettre de découvrir de nouvelles relations et imaginer de nouvelles questions.
L’apport de ces outils intervient tout au long du processus : pour l’acquisition de connaissances complexes, pour l’intégration dynamique des préférences des utilisateurs lors de la fouille, et pour la restitution de résultats intelligibles. La popularisation croissante des technologies graphiques, tant logicielles
que matérielles4 , accompagne l’essor des travaux de la communauté InfoViz en Visualisation d’Information5 . Cependant, les nouveaux outils développés visent souvent la généricité et intègrent difficilement la
sémantique des données et les spécificités du domaine d’utilisation6 . Comme successeur de l’analyse exploratoire des données (Exploratory Data Analysis), la récente Fouille Visuelle de Données7 s’est essentiellement concentrée sur le traitement des dimensions de description ; l’accent est mis sur la conception
de représentations de données volumineuses adaptées aux capacités remarquables du système humain de
1
W.J. Frawley, G. Piatetsky-Shapiro, et C.J. Matheus. Knowledge Discovery in Databases : an overview, AI Magazine,
Fall :57-70, 1992.
2
U.M. Fayyad, G. Piatetsky-Shapiro, et P. Smyth eds. Advances in Knowledge Discovery and Data Mining, pp. 37-58, 1996.
3
J.-P. Barthélemy, R. Bisdorf, et P. Lenca eds. Special issue on Human-Centered processes, Eur. J. of Operational Research,
136(2), 2002.
4
L’équipe COD a accès depuis début 2006 à Polytech’Nantes à un équipement stéréoscopique permettant d’explorer l’apport
de la réalité virtuelle en Fouille de Données.
5
C. Ware. Information visualization : Perception for design, Interactive Technologies, Morgan Kaufmann, 2000.
6
R.A. Burkhard. Learning from architects : The difference between knowledge visualization and information visualization,
Proc. of the 8th Int. Conf. on Information Visualization, pp. 519-524, 2004.
7
D.A. Keim, et H.-P. Kriegel. Visualization techniques for mining large databases : a comparison, IEEE Trans. on Knowledge and Data Engineering, 8(6), pp. 923-938, 1996.
275
représentation visuelle. L’intégration dynamique des points de vue et des connaissances exogènes reste
un champ à explorer.
Les ambitions affichées conjointement par l’Ingénierie des Connaissances et la Fouille de Données
sont en partie empiriques8 : elles visent l’efficience dans un contexte d’usages et de pratiques. Par
conséquent, une part des travaux est intimement liée aux applications. Nous développons depuis plusieurs années des relations interdisciplinaires étroites dans deux champs disciplinaires : en Management
et en Sciences de la Vie. Ces relations qui se développent dans des projets communs (e.g. Réseau d’excellence européen INTEROP, Génopôle Ouest, ACI CNRS, CIFRE) ont acquis maintenant une maturité
scientifique qui a conduit récemment à des co-publications dans des revues internationales (IEEE SMC,
J. of Universal Knowledge Management, Eur. Physical J. B).
De plus, notons que, de par l’historique de l’équipe, nous entretenons des liens privilégiés avec le
champ de la didactique des mathématiques -qui fut à l’origine le domaine applicatif majeur de l’analyse
statistique implicative- ; ces relations se concrétisent notamment à travers des participations conjointes à
des colloques du domaine.
9.4.1 Management : Gestion des connaissances et des compétences en entreprise
Les travaux concernent l’ingénierie et la gestion des compétences et des connaissances en entreprise.
Il s’agit de développer des modèles permettant de représenter les compétences et connaissances souvent
perçues comme le capital immatériel de l’entreprise ; puis d’étudier leur intégration opérationnelle dans
des serveurs de connaissances couplés au Système d’Information. L’accent est mis sur le couplage entre
les compétences et connaissances existantes et celles requises par les process de l’entreprise. Nos travaux
s’orientent en particulier sur la construction d’ontologies de compétences, et la définition d’un langage
unifié de modélisation d’entreprise (autour d’UEML : Unified Enterprise Modeling Langage). D’autre
part, nous avons acquis une expérience de terrain dans différents projets en collaboration avec des industriels sur l’acquisition des connaissances et le développement de Systèmes à Base de Connaissances.
9.4.2 Sciences de la Vie : Biologie moléculaire et Cognition animale
Biologie moléculaire
Le développement récent des techniques biologiques aux niveaux moléculaire et cellulaire a suscité
de nouveaux champs d’application en Extraction des Connaissances à partir des Données. Le volume
et la complexité des informations issues du génome et du transcriptome constituent un défi pour cette
discipline. Nous avons privilégié les deux axes suivants : la recherche de nouveaux membres de la superfamille des cytokines qui sont impliquées dans la réaction immunitaire, et l’analyse de données issues de
puces à ADN.
Les collaborations sont menées essentiellement avec deux équipes de l’INSERM : l’équipe U601
dans le cadre des activités de Ouest-Génopole et l’équipe U533. Une thèse co-encadrée a été soutenue
en 2004 et deux thèses en co-encadrement sont en cours.
Cognition animale
8
B. Bachimont. Pourquoi n’y a-t-il pas d’expérience en ingénierie des connaissances ?, IC’2004, pp.53-64, 2004.
276
Ces recherches sont menées en collaboration avec des spécialistes du comportement des insectes
sociaux (Laboratoire de Cognition Animale, CNRS UMR 550). Les objectifs de la collaboration sont
triples : (i) analyser les données complexes issues d’expérimentation in vivo de laboratoire pour mieux
comprendre d’une part les propriétés structurelles et fonctionnelles des structures construites par les
insectes sociaux (ex : réseaux) et d’autre part les déterminants de leurs comportements ; (ii) participer au
développement de simulateurs contribuant à la validation des hypothèses émises par les biologistes sur
les comportements individuels des agents ; (iii) in fine s’inspirer des modèles ainsi élaborés qui sont par
essence décentralisés pour imaginer de nouvelles heuristiques en traitement de l’information.
9.5.1 Ingénierie des ontologies
Alignement d’ontologies [1, 4, 6, 76]
Participants : Emmanuel Blanchard, Henri Briand, Jérôme David, Régis Gras, Fabrice Guillet, Mounira Harzallah, Francky Trichet.
Nous avons développé deux approches : l’une consacrée aux ontologies lourdes intégrant la sémantique du domaine sous forme d’axiomes, l’autre consacrée aux taxonomies instanciées sur un corpus
textuel.
La première approche consiste à identifier et pondérer des appariements de concepts et de relations
en s’appuyant sur la comparaison du niveau axiomatique des ontologies dites lourdes ; elle repose sur une
analyse structurelle du niveau intentionnel des ontologies. Le niveau axiomatique d’une ontologie lourde
intègre à la fois des schémas d’axiomes tels que les propriétés algébriques des relations ou les abstractions de concepts (cf. l’expressivité du langage OWL), et des axiomes de domaine qui eux correspondent
aux connaissances ne pouvant s’exprimer à l’aide des schémas d’axiomes. La représentation de ce niveau
à l’aide d’un modèle de graphes doté de mécanismes de raisonnement basés sur l’homomorphisme facilite la comparaison topologique des axiomes. Cet aspect est au coeur de la méthode d’alignement que
nous proposons : recherche d’identités de concepts et/ou de relations par rapprochement des schémas
d’axiomes puis comparaison structurelle des Axiomes de Domaine (dans lesquels sont impliqués les
concepts/relations) représentés sous forme de graphes conceptuels.
La seconde approche prend sa source dans nos recherches en fouille de données sur les règles d’association. Il s’agit d’une approche extensionnelle et asymétrique ; son idée directrice est d’aider un utilisateur à aligner deux ontologies en lui proposant des règles d’association entre concepts. Nous considérons
qu’une ontologie est un graphe orienté de concepts structurés par une relation de subsomption, où chaque
concept est décrit dans des documents textuels contenant des termes caractéristiques. L’approche de
décompose alors en deux étapes consécutives fondées sur la mesure d’intensité d’implication : l’extraction dans les documents des termes caractéristiques de chaque concept ; puis l’extraction d’un ensemble
minimal, au sens d’un critère de réduction des redondances, de règles d’association entre concepts.
En complément nous menons une analyse théorique axée sur les propriétés métriques et les distributions statistiques des mesures de similarité définies sur des couples de concepts dans des ontologies
structurées par la relation de subsomption ; et nous cherchons à étendre ces mesures à d’autres types de
relations.
277
Raisonnement avec les graphes conceptuels [56, 74, 75]
Participants : Henri Briand, Rémi Lehn, Thomas Raimbault, Francky Trichet.
Nos travaux portent d’une part sur l’utilisation des graphes conceptuels pour l’ingénierie des ontologies lourdes, et d’autre part sur l’interrogation de documents OWL dans le modèle des graphes conceptuels.
Nos travaux en ingénierie des ontologies lourdes s’appuient sur le langage de représentation OCGL
(Ontology Conceptual Graph Language) qui est une extension des graphes conceptuels et son ontologie de représentation MetaOCGL qui définit les primitives du paradigme des graphes conceptuels et les
règles de représentation sous-jacente. Nous avons développé l’atelier TooCom qui, outre la représentation
formelle et l’opérationnalisation d’une ontologie lourde, offre différentes fonctionnalités liées aux activités d’évaluation et d’alignement d’ontologies lourdes. Ces fonctionnalités s’appuient sur des mécanismes de raisonnement propres au formalisme de graphes ; en particulier, nous utilisons la projection
(homomorphisme de graphes) comme l’opérateur au cœur de tout processus de raisonnement et montrons que le modèle des graphes s’avère être une solution efficace pour l’ingénierie des ontologies lourdes
puisque les axiomes sont naturellement représentables en termes de graphes et facilement exploitables à
l’aide d’opérations de graphes tant en termes de comparaison que de visualisation.
Nous nous intéressons d’autre part aux compléments d’expressivité entre les langages du Web sémantique et le modèle des graphes conceptuels. Nous cherchons à regrouper dans un unique environnementcelui des graphes conceptuels- à la fois la représentation de documents OWL ainsi que des outils de
raisonnement sur ces documents. Nous avons proposé une traduction générique d’un document OWL en
GC et développé des opérateurs permettant d’interroger un document OWL et d’en vérifier sa validité.
9.5.2 Fouille de données
Classification et comparaison de mesures de qualité [66, 81, 82, 126]
Participants : Julien Blanchard, Henri Briand, Régis Gras, Fabrice Guillet, Hiep-Xuan Huynh, Ivan
Kojadinovich, Pascale Kuntz.
Ces travaux s’insèrent dans le contexte du post-traitement en fouille de données et plus précisément
de la validation de règles d’association. Pour filtrer les règles “pertinentes”, de nombreuses mesures de
qualité, dites mesures d’intérêt, ont été proposées dans littérature ; on distingue les mesures subjectives
qui intègrent les buts/connaissances du décideur, et les mesures objectives qui sont des indicateurs statistiques évaluant la contingence d’une règle. Mais peu de travaux traitent de la comparaison de ces mesures
et de leur adéquation à la nature des données traitées et aux préférences du décideur.
Nos comparaisons ont été menées à la fois sur le plan expérimental et théorique. D’une part, nous
avons proposé une classification originale de 40 mesures d’intérêt sur des jeux de tests à grande échelle
basée sur l’analyse de la corrélation des rangs, des méthodes de classification classiques (CAH et Kmeans), et des graphes “corrélatifs” et de “stabilité”. D’autre part, en adoptant une approche axiomatique
des propriétés attendues des mesures d’intérêt, nous avons mené une étude comparative théorique des
mesures les plus utilisées.
Construction de nouvelles mesures de qualité [29, 33, 65]
Participants : Henri Briand, Julien Blanchard, Jérôme David, Régis Gras, Fabrice Guillet, Pascale
Kuntz.
278
Issus des travaux fondateurs d’Agrawal et al., les premiers travaux sur les règles d’association ont
été restreints à l’utilisation de mesures d’intérêt aux vertus essentiellement algorithmiques : le support
et la confiance. La sélection des règles requiert cependant l’utilisation de mesures complémentaires.
Dans le cadre de l’analyse statistique implicative nous avons proposé différentes mesures originales et
complémentaires. Nous avons proposé quatre extensions de la mesure statistique d’intensité d’implication afin de permettre le traitement des données volumineuses, la réduction de variables, l’étude de la
cohésion de classes de règles, et l’élimination des règles redondantes.
Pour satisfaire des propriétés satisfaites que partiellement avec l’intensité d’implication, nous avons
défini trois nouvelles mesures de qualité originales : deux mesures entropiques TI et TIC, et une mesure
statistique d’écart à l’équilibre IPEE.
Classification hiérarchique de règles d’association [7, 46]
Participants : Régis Gras, Pascale Kuntz.
Pour structurer un ensemble de règles d’association, nous nous sommes inspirés du concept classique
de hiérarchie indicée en classification (dont les éléments sont des parties d’un ensemble) pour définir une
“hiérarchie orientée” dont les éléments sont des relations orientées entre les variables en jeu. Pour ce
faire, nous avons étendu la notion de règle, en tant que quasi-implication- à celle de R-règle constituée
d’une règle de règle. Pour analyser les hiérarchies orientées, nous avons défini d’une part un nouveau
critère de significativité des niveaux, et d’autre part, des indices statistiques permettant de mesurer, à
l’instar des méthodes factorielles, la responsabilité de variables supplémentaires afin d’expliquer les
relations obtenues.
Fouille de règles floue [25, 59, 60, 96]
Participants : Maurice Bernadet, Régis Gras.
Nous nous intéressons à l’extension d’approches classiques de la fouille de règles aux logiques floues.
Nous avons défini des algorithmes de classification floue, un nouveau mode d’évaluation de la qualité de règles floues et un algorithme d’extraction des règles les plus pertinentes. Compte tenu de la
grande variété d’opérateurs utilisables en logique floue, nous avons défini une méthode pour choisir les
opérateurs les mieux adaptés à une base de données particulière ; ce qui nous a permis de montré que pour
l’emploi ultérieur du Modus Ponens Généralisé, il valait mieux utiliser une t-norme avec la R-implication
associée. Nous avons également étudié les modes de réduction d’ensembles de règles floues, et démontré
que parmi les ensembles d’opérateurs flous considérés, un seul conservait les principaux mécanismes
classiques d’agrégation de règles (le minimum comme t-norme, le maximum comme t-conorme avec
l’implication de Kleene-Dienes). En complément, nous avons adapté des méthodes “classiques” de classification au partitionnement flou.
De plus, dans le cadre de l’Analyse Statistique Implicative (A.S.I.), nous avons associé les ensembles
flous et le traitement par l’A.S.I. des variables à valeurs intervalles. C’est ainsi qu’en ramenant les degrés
d’appartenance à des fréquences les concepts sont comparables et permettent d’évaluer et représenter les
relations implicatives d’un sous-ensemble flou sur un autre.
Classification et sélection de variables [10, 17, 87, 111]
Participants : Hélène Desmier, Ivan Kojadinovic, Pascale Kuntz.
279
Nous nous intéressons à l’étude des interactions entre variables par le biais de méthodes de classification et de sélection de variables. L’objectif de la classification de variables consiste à essayer
d’appréhender la structure de l’ensemble de variables étudié. Le problème de la sélection de variables
peut être également vu comme un problème d’analyse structurelle. Dans le contexte de la modélisation
statistique, il se rencontre généralement lorsque le nombre de variables pouvant être utilisées pour expliquer une variable d’intérêt est très élevé. Il consiste alors sélectionner un sous-ensemble de variables
potentiellement explicatives permettant d’expliquer la variable d’intérêt de façon optimale. Dans ce cadre
nos contributions sont les suivantes : (i) la proposition d’une méthode de classification de variables continues fondée sur l’information mutuelle dont l’estimation est basée sur l’estimation de densités de probabilités multidimensionnelles ; (ii) le développement d’une méthode de sélection de variables fondée sur
l’information mutuelle k-additive, notion permettant de réduire le coût de la procédure de sélection en
terme de temps de calcul ; (iii) une première proposition d’application à la discrimination de variables
discrètes.
9.5.3 Intégration des préférences de l’utilisateur
Visualisation interactive 3D des règles d’association [2, 64, 127]
Participants : Henri Briand, Julien Blanchard, Régis Gras, Fabrice Guillet, Pascale Kuntz, Rémi
Lehn.
Pour intégrer le décideur dans le processus de fouille, nous avons développé une approche visuelle
et interactive, où l’utilisateur joue un rôle “d’heuristique” dirigeant la fouille. Cette approche intègre
trois composantes : une représentation graphique adaptée aux règles d’association, compatible avec les
contraintes cognitives du décideur, des opérateurs d’interaction avec la représentation, et des algorithmes
de fouille locale ad hoc pilotés par le décideur à travers les opérateurs d’interaction.
Après un premier mode de représentation visuelle basé sur un modèle de graphes, nous avons proposé
une nouvelle représentation tridimensionnelle permettant l’immersion de l’utilisateur dans l’espace de
description. Chaque règle est associée à une métaphore graphique (une sphère posée sur un cylindre) dans
une scène 3D, et le placement ainsi que les caractéristiques graphiques de la forme/règle (dimensions,
couleur) dépendent d’un ensemble de mesures de qualité caractérisant de cette règle. L’usage de la 3D
nous a permis d’augmenter la quantité d’information portée par la représentation tout en en conservant
l’intelligibilité.
Visualisation graphique des règles d’expertise en gestion des connaissances [22, 55, 91]
Participants : Henri Briand, Fabrice Guillet, Pascale Kuntz, Rémi Lehn, Bruno Pinaud.
Dans les systèmes de gestion de connaissances, l’interaction avec les experts est effectuée avec des
outils adaptés dans lesquels une formalisation graphique des connaissances est utilisée. Cette formalisation est souvent basée au niveau théorique sur des modèles de graphes, mais dans l’implémentation
opérationnelle les représentations visuelles associées sont souvent des arbres ; d’où des limitations dans
l’interprétation et la manipulation. Nous avons proposé, pour un serveur de connaissances spécifique
Atanor, une nouvelle approche basée sur un modèle de graphes en niveaux.
Son implémentation, dans un cadre interactif, nous a conduit à développer un nouvel algorithme
génétique hybridé pour l’optimisation du tracé. Nous avons tout d’abord abordé le problème statique
pour le critère de minimisation des croisements (problème NP-difficile), et montré expérimentalement la
pertinence de l’approche génétique pour des graphes traçables sur des supports de taille standard. Nous
280
avons ensuite étendu notre approche au cadre interactif où le problème de tracé peut se modéliser comme
un problème bi-critère : minimiser les croisements pour garantir l’intelligibilité tout en maximisant une
similarité entre deux tracés consécutifs pour limiter l’effort cognitif d’interprétation.
Aide multicritère à la décision fondée sur l’intégrale de Choquet [16, 85, 19, 20, 21]
Participants : Ivan Kojadinovic.
L’objectif de l’aide multicritère à la décision est de synthétiser des informations relatives à différents
points de vue ou aspects concernant un ensemble d’objets, et d’aider au choix de un ou plusieurs objets
parmi cet ensemble. L’application des méthodes d’aide multicritère à la décision requiert toujours une
étape d’agrégation. Dans le cadre de ces recherches, l’opérateur d’agrégation considéré est l’intégrale de
Choquet car cette fonctionnelle permet de représenter un grand nombre de comportements décisionnels.
Notre contribution théorique porte sur trois aspects : (i) des propositions de caractérisations axiomatiques de la notion d’interaction entre critères ; (ii) le développement de trois méthodes d’identification
de modèles décisionnels fondés sur l’intégrale de Choquet ; (iii) la construction de plusieurs indices
permettant d’interpréter le comportement des modèles décisionnels obtenus.
9.5.4 Applications
Gestion des compétences en entreprise [11, 9, 93, 105]
Participants : Emmanuel Blanchard, Mounira Harzallah.
Les compétences représentent un type spécifique de connaissances en entreprise qui sont impliquées
dans différents processus. Nous avons développé un modèle formel pour la gestion des compétences appelé CRAI (Competence Resource Aspect and Individual), il s’agit d’un schéma qui définit le concept de
compétence défini en entité-relation étendu ; d’une liste d’axiomes qui complète la définition du schéma
du concept de compétence, formalisée en théories des ensembles ; d’une liste de directives pour déployer
le modèle CRAI à une organisation spécifique et d’une liste de requêtes pour étudier l’adéquation des
compétences requises et acquises formalisé en théorie des ensembles.
De plus, en complément des techniques issues des systèmes d’information, nous avons proposé une
démarche de construction d’ontologies des compétences en entreprise.
Modélisation de connaissances émotionnelles [39, 71]
Participants : Henri Briand, Stéphane Daviet, Fabrice Guillet.
Avec comme objectif applicatif le développement d’un système d’aide à la décision sur la dynamique de groupe, nous nous sommes intéressés, dans une optique Web sémantique, à la modélisation de
connaissances pour des agents émotionnels supportés par une plateforme multi-agents. Nous avons proposé de coupler un modèle cognitif BDI (Belief, Desire Intension) à une modélisation agent UML. Cette
formalisation permet de décrire les mécanismes d’évolution interne des agents, ainsi que leurs interactions, et débouche sur la production d’une base de connaissances en RDF/OWL. Ce travail a été impulsé
par le projet ARTA sur l’étude du comportement en milieu professionnel des victimes d’un traumatisme
crânien ; il s’est ensuite prolongé dans le cadre d’un projet RIAM sur les Groupe d’Agents Collaboratifs
Emotionnels.
281
Recherche d’homologues distants dans des familles de protéines [52, 53, 119, 90]
Participants : Gérard Ramstein, Julien Lorech, Nicolas Beaume.
L’identification des membres d’une famille de gènes est un enjeu capital de la génomique. Les
membres d’une même famille sont homologues et partagent souvent des caractéristiques fonctionnelles,
structurelles et/ou d’expression. Nous développons une plate-forme originale de détection d’homologues
distants, PRHoD, pour l’extraction de protéines candidates à partir de ces caractéristiques. Ce travail
s’inscrit dans un programme de recherche de nouveaux membres de la superfamille des cytokines,
protéines impliquées dans la réaction immunitaire. Outre les modules d’intégration de données (plus
de 5 millions de séquences nucléiques issues d’Unigene), nous avons développé des méthodes de classification et d’aide à l’expertise ; PRHoD utilise différentes techniques de SVM spécialement conçues pour
classer des séquences biologiques, et basées sur des spectres de chaı̂ne avec ou sans caractères jokers,
des alignements locaux et des motifs hiérarchiques. Nous avons également développé une méthodologie
de fouille de données textuelles pour modéliser des réseaux d’interaction biologique à partir d’articles
biomédicaux.
Fouille de données pour les puces à ADN [57, 97]
Participants : Gérard Ramstein.
L’application Transcriptome concerne la fouille de données de puces à ADN. Nos travaux intègrent la
recherche de patrons d’expression de gènes pour extraire des informations de régulations de gènes. L’interprétation des données de biopuces est un domaine particulièrement innovant et représente un domaine
très prometteur en terme de retombées biotechnologiques. Nous avons appliqué l’analyse statistique implicative sur ces données. Cette approche s’avère particulièrement pertinente pour découvrir des relations
entre gènes : elle permet d’isoler des gènes dont les niveaux d’expression impliquent des groupes d’individus quasi-identiques. La mesure d’implication met en valeur des similitudes partielles, étonnantes d’un
point de vue statistique, ce que ne peuvent apporter des méthodes globales comme celles basées sur la
corrélation.
Classification de réseaux en cognition animale [12, 13, 3]
Participants : Ivan Kojadinovic, Pascale Kuntz.
Nos travaux s’inscrivent dans une recherche interdisciplinaire portant sur la morphogénèse des réseaux de galeries construits par des insectes sociaux, en particulier certaines colonies de fourmis. L’objectif est de caractériser les lois de croissance et d’organisation de ces réseaux de galeries et de mieux
comprendre les mécanismes de production collective de ces structures. Dans ce cadre, nos travaux ont
porté d’une part, sur l’analyse de corpus de réseaux bi-dimensionnels issus d’observations in vivo au
laboratoire, et d’autre part sur la construction de structures similaires par un simulateur. Nous avons
modélisé les réseaux obtenus pour l’analyse de leur topologie par des cartes planaires. Nous avons étudié
sur ces corpus les distributions statistiques d’indicateurs récemment développés en physique statistique
et proposé l’adaptation de certaines mesures au cas particulier des graphes planaires. Nous avons effectué
différentes classifications et mené des comparaisons avec d’autres corpus (réseaux de communications
dans les structures urbaines sans adressage préalable ; cartes aléatoires).
282
9.6 Logiciels
9.6.1 ARQUAT (Association Rule Quality Analysis Tool)
(Responsable: Fabrice Guillet)
URL/DOI: http ://www.polytech.univ-nantes.fr/arquat/
Mots-clés: fouille de données, règles d’association, mesures de qualité, classification
Équipe de développement: F. Guillet, H.-X Huynh
Outil logiciel permettant l’analyse exploratoire des mesures d’intérêt des règles d’association. Réalisé
en Java avec une standardisation XML/PMML des données. Entièrement graphique, et fournit un rapport
d’analyse dans un navigateur Web. Statut : distribué.
9.6.2 ARVAL (Association Rules VALidation)
(Responsable: Fabrice Guillet)
URL/DOI: http ://www.polytech.univ-nantes.fr/arval/
Mots-clés: fouille de données, règles d’association, mesures de qualité
Équipe de développement: F. Guillet, H.-X Huynh
Atelier de calcul d’une quarantaine d’indices de qualité pour les règles d’association basé sur le format
normalisé XML/PMML compatible avec le logiciel de fouille de données WEKA. Statut : distribué.
9.6.3 ARVIS (Association Rules VISualization)
(Responsable: Julien Blanchard)
URL/DOI:
Mots-clés: fouille visuelle, règles d’association, représentation 3D
Équipe de développement: F. Guillet, J. Blanchard
Outil de fouille interactive de règles d’association basé sur une représentation visuelle 3D (VRML).
La restitution visuelle peut être rendue immersive via l’utilisation d’un matériel stéréoscopique adapté.
Statut : Prototype en passe d’être distribué
9.6.4 CHIC (Classification Hiérarchique Implicative et Cohésitive)
(Responsable: Régis
Gras)
URL/DOI: http ://www.apmep.asso.fr/CHIC.html
Mots-clés: analyse statistique implicative, règles d’association
Équipe de développement: R. Gras, P. Kuntz, Collaboration IUT Belfort
Logiciel implémentant la méthodologie d’analyse de données développée dans le cadre de l’Analyse
Statistique Implicative. Statut : Largement distribué
9.6.5 GVSR (Graph Visualization Software References)
(Responsable: Bruno Pinaud)
URL/DOI: http ://www.polytech.univ-nantes.fr/GVSR/
Mots-clés: tracé de graphes, logiciels, éditeurs
Équipe de développement: P. Kuntz, F. Picarougne, B. Pinaud
Site WWW annuaire des logiciels de tracé de graphes. Répertorie sous un format standardisé accompagné d’un exemple visuel une cinquantaine de logiciels de tracé. Statut : distribué.
9.6.6 KAPPALAB
283
(Responsable: Ivan Kojadinovic)
URL/DOI: http ://www.polytech.univ-nantes.fr/kappalab
Mots-clés: mesures non additives, aide multicritère à la décision, théorie des jeux coopératifs
Équipe de développement: I. Kojadinovic, Collaboration Université du Luxembourg
Boı̂te à outils intégré comme paquettage dans le logiciel R permettant l’utilisation de mesures et
d’intégrales non additives dans le cadre de problèmes d’aide multicritère à la décision et en théorie
des jeux coopératifs. Statut : distribué.
9.6.7 MADTools
(Responsable: Gérard Ramstein)
URL/DOI: http ://cardioserve.nantes.inserm.fr/mad/
Mots-clés: biopuces, gestion des données, fouille de données
Équipe de développement: G. Ramstein, Collaboration Equipe INSERM U533
Plate-forme de bio-informatique dédiée aux biopuces. Composée de plusieurs outils, de la gestion des
données à l’extraction de connaissances, en passant par des techniques de filtrage et de traitement statistique. Utilisée en routine par les techniciens de la plate-forme ” Puces à ADN ” de l’IFR 26, devenue Plate-Forme ” Transcriptome ” de Ouest Génopole. Statut : distribué aux laboratoires de OuestGénopôle.
9.6.8 TooCom
(Responsable: Francky Trichet)
URL/DOI: http ://sourceforge.net/projects/toocom/
Mots-clés: graphes conceptuels, ingénierie des connaissances, visualisation
Équipe de développement: F. Trichet, Collaborations : F. Fürst (Amiens), M. Leclerc (Montpellier)
Permet l’édition graphique d’une ontologie dans le cadre du paradigme Entité-Relation et son
opérationnalisation dans le modèle des Graphes Conceptuels. En tant qu’éditeur, TooCoM permet de
représenter graphiquement les trois constituants essentiels d’une ontologie de domaine (hiérarchie de
concepts, hiérarchie de relations et axiomes). En tant transcripteur dans le modèle des Graphes Conceptuels, TooCoM permet d’automatiser la représentation formelle et opérationnelle des axiomes du domaine, après spécification d’un scénario d’usage. Un moteur d’inférences basé sur la plateforme de
manipulation de graphes conceptuels CoGITaNT permet de mettre en œuvre une activité d’évaluation
reposant essentiellement sur la vérification et la validation d’ontologies et de base de connaissances.
Statut : distribué sous licence GPL
Réseau d’excellence INTEROP
Responsable: Mounira Harzallah
Montant: 53 000 e
Mots-clés: Modélisation des compétences, ontologie d’entreprise.
Participants: Fabrice Guillet, Mounira Harzallah.
Partenaires: 10 équipes européennes
(2003–2006)
284
La participation de l’équipe dans ce réseau d’excellence du 6ème Programme Cadre concerne trois
workpackages : la définition des cartes de compétences et de connaissances des participants à INTEROP ; la définition d’un modèle unifié de représentation de l’entreprise et l’étude des langages et
outils pour son implémentation ; l’étude des ontologies et la définition d’une ontologie générique pour
l’entreprise.
Ministère des Affaires Etrangères - SEEU-BRIDGE
(2005–2006)
Responsable: Francky Trichet
Montant: 8 000 e
Mots-clés: Ontologie des compétences, web sémantique.
Participants: Francky Trichet.
Partenaires: South East European University République de Macédoine
L’objectif du projet est double : (i) définir une ontologie des compétences du domaine ICT à partir des
référentiels d’emplois/métiers existants tels que O’NET ou Career-Space , (ii) intégrer cette ontologie au
sein d’une plateforme du marché de l’emploi et de la formation adaptée aux spécificités de l’économie
macédonienne. Cette plateforme développée à l’aide des technologies du Web Sémantique vise à servir
de base à une diffusion à l’échelle nationale.
ANR
RIAM : GRACE
(2003–2006)
Responsable: Henri Briand
Montant: 74 000 e
Mots-clés: Agents collaboratifs, simulation.
Participants: équipe LINA-COD.
Partenaires: équipe ENIB Brest, Entreprise PerformanSe, Entreprise Virtualys
Ce projet porte sur l’intégration dans des systèmes multi-agents de modèles comportementaux basés
sur les états émotionnels et relationnels au niveau de groupes d’agents collaboratifs. Il vise à concevoir un modèle original destiné à une application ludique qui permet d’intégrer dans une simulation
participative des interactions basées sur des échanges relationnels entre des agents avec des profils
comportementaux différents et des utilisateurs d’un environnement virtuel.
ANR : GRAPH-COMP
(2005–2008)
Responsable: Pascale Kuntz
Montant: 18 000 e
Mots-clés: Grands réseaux, analyse structurelle.
Participants: Ivan Kojadinovic, Pascale Kuntz, Fabien Picarougne.
Partenaires: Groupe de Recherche en Informatique et Mathématiques du Mirail Toulouse 2, Laboratoire
FRAMESPA Toulouse
285
Le projet porte sur la comparaison de grands graphes dans le cadre applicatif de la recherche de réseaux
de sociabilités dans la société paysanne du Moyen-Age. Les données proviennent de plusieurs milliers de
contrats agraires recueillis pour un espace géographique bien défini et pour une période s’étendant sur
plus de deux siècles. Pour l’analyse mathématique de la structure des réseaux des approches différentes
sont évaluées : une approche métrique basée sur la construction d’une similarité adaptée, des approches
par plongement dans des espaces euclidiens de faible dimension ou hilbertiens de grande dimension.
ANR Biologie Systémique : MESOMORPH
(2006–2009)
Montant: 126 000 e
Mots-clés: Réseaux 3D, morphogénèse, insectes sociaux.
Participants: équipe COD.
Partenaires: Centre Cognition Animale Toulouse, Lab. Matière et Systèmes Complexes ENS Paris,
Complex Systems Lab - Universitat Pompeu Fabra Barcelone
Les nids construits par les insectes sociaux présentent souvent des structures très complexes qui sont
guides par les besoins ingénieux développés par les agents pour s’adapter aux besoins de la colonie. Le
projet porte sur l’analyse quantitative des structures de nids tri-dimensionnels et l’analyse fonctionnelle
(e.g. optimisation du transport et des communications à l’intérieur du nid). L’équipe contribue en particulier à l’analyse des réseaux 3D modélisant les intersections entre galeries issues des tomographies de
nids réels.
Programme Cognitique : Contrôle distribué dans les sociétés animales et humaines
(2001–2003)
Montant: 8 000 e
Mots-clés: Réseaux, analyse structurelle et fonctionnelle, intelligence collective.
Participants: Pascale Kuntz.
Partenaires: Laboratoire Cognition Animale UMR 550 (Toulouse), Center for Nonlinear Phenomena
and Complex System ULB (Bruxelles), Laboratoire Systèmes Autonomes EPFL (Lausanne), Laboratoire
NXI Gestatio UQAM (Montréal), Laboratoire Automatique Besançon
Ce projet porte sur deux aspects importants du contrôle des actions collectives au sein des sociétés
animales et humaines dans le contexte de l’ intelligence collective : (i) les modes de production et d’utilisation collective des réseaux dans ces systèmes sociaux, (ii) la caractérisation et la quantification des
règles de décision au niveau individuel. La contribution de COD porte sur la classification des réseaux,
qu’ils proviennent d’expérimentations in vivo ou de simulations, et la validation des règles de décision.
Programme Bio-Informatique Inter EPST : Méthodes de partitionnement pour la classification des
protéines selon des données structurales ou des données d’interactions fonctionnelles (2003–2004)
Montant: 2 000 e
Mots-clés: Graphes de relations entre protéines, partitionnement.
Participants: Pascale Kuntz.
Partenaires: Centre d’Analyse et de Mathématiques Sociales EHESS - Paris, Institut de Mathématiques
de Luminy Marseille, Laboratoire Traitement et Communication de l’Information ENST - Paris, Laboratoire de Chimie Bactérienne Marseille, Laboratoire de Génétique et Physiologie du Développement
Marseille
286
Les projets de séquençage de génomes produisent de grandes quantités de données sous la forme de
séquences d’ADN qui, une fois annotées et traduites fournissent un corpus de protéines putatives. Le
projet porte sur l’analyse des regroupements pertinents ; il vise à développer des nouvelles méthodes de
partitionnement pour l’analyse de données d’interactions protéines/protéines.
Autres
GDR RO : KAPPALAB
(2006–2007)
Responsable: Ivan Kojadinovic
Montant: 1 000 e
Mots-clés: Aide multicritère à la décision, Intégrales non additives.
Participants: Ivan Kojadinovic.
Partenaires: Laboratoire d’Informatique Paris 6, Laboratoire CERSEM Paris 1, Thalès R&D Palaiseau,
Service de Mathématiques Appliquées Université du Luxembourg
L’objectif de ce projet est le développement d’une boı̂te à outils logicielle pour la manipulation de
capacités et d’intégrales non additives qui sont une généralisation des mesures classiques permettant
d’augmenter leur flexibilité. Les principaux contextes applicatifs sont l’aide multicritère à la décision,
la décision dans le risque et l’incertain et la théorie des jeux coopératifs.
Thèse CIFRE - Contribution à la visualisation de connaissances par des graphes dans une mémoire
d’entreprise : application sur le serveur Atanor
(2003-2006)
Montant: 20 000 e
Mots-clés: Gestion des connaissances, Visualisation
Participants: Henri Briand, Pascale Kuntz, Bruno Pinaud
Partenaires: PerformanSe SA
Le cadre applicatif de la thèse est le développement d’un modèle de visualisation de connaissances
adapté au modèle d’expertise intégré dans le serveur de connaissances Atanor. Ce modèle doit être en
phase avec la modélisation des règles de production intégrée dans le serveur et doit permettre une restitution visuelle intelligible supportant une évolution dynamique des données. D’un point de vue théorique,
le modèle proposé est basé sur un modèle de graphes ; d’où la proposition d’un algorithme génétique
hybridé pour la résolution d’un problème difficile de tracé de graphe interactif.
Thèse CIFRE - Étude et développement d’un modèle d’extraction de connaissances basé sur une
modélisation des données multi-dimensionnelles en ressources humaines (parcours professionnels)
(2004-2007)
Montant: 20 000 e
Mots-clés: Classification, Aide multicritère à la décision, Visualisation
Participants: Hélène Desmier, Ivan Kojadinovic, Pascale Kuntz
287
Le cadre applicatif de la thèse est une contribution à l’analyse des parcours professionnels en entreprise. La modélisation des successions de postes par un graphe permet à la fois une étude structurelle
(indices macroscopiques) et une étude stochastique (chaı̂nes de Markov, séries chronologiques). Les
données sur les postes s’accompagnent d’autres informations exogènes sur le salarié. Une question en
découle : quelles sont les variables les plus pertinentes pour expliquer le parcours d’un individu ? D’un
point de vue théorieque, répondre à cette question revient à s’intéresser au problème de la sélection de
variables pour la régression et/ou discrimination qui peut être vu de façon équivalente comme une étude
des corrélations d’un ensemble de variables potentiellement explicatives relativement à une variable
particulière à expliquer.
Thèse CIFRE - Modélisation et étude des résultats d’une plateforme multi-agents de simulation du
comportement collectifs d’individus cérébrolésés dans le milieu professionnel
(2004-2007)
Montant: 20 000 e
Mots-clés: modélisation des compétences, fouille de données, analyse de logs, simulation multi-agents
Participants: Henri Briand, Stéphane Daviet, Fabrice Guillet
Le cadre applicatif de la thèse porte sur l’analyse des comportements d’individus cérébrolésés en milieu
professionnel. L’objectif est de fournir un outil d’aide à la décision capable de fournir aux encadrants
des informations quant aux configurations d’équipes favorisant à la fois les progrès individuels et collectifs. Le but est de contribuer à mieux définir le potentiel en terme de compétences d’un individu et de
fournir un accompagnement pour la réintégration des personnes cérébrolésées dans le milieu ordinaire
du travail.
VAL- Validation pyschométrique de questionnaires
(2002-2003)
Responsable: Jacques Philippé
Montant: 40 000 e
Mots-clés: Typologie, Régles d’association, Ressources humaines
Participants: Régis Gras, Philippe Peter
Le projet porte sur la validation d’un système de caractérisation psychologique d’individus basé sur une
typologie de traits de caractères prédéfinie par des experts. La caractérisation est déterminée par un
système de scoring à partir de réponses à un questionnaire. L’objectif est de vérifier si les profils connus
sont retrouvés par des méthodes de classification adaptées, et de caractériser la nature des relations
entre les variables en jeu.
AVIf - Aide à la visualisation pour la fouille de règles
(2004)
Montant: 20 000 e
Mots-clés: Fouille de données, Visualisation, Régles d’association, Ressources humaines
Participants: Henri Briand, Fabrice Guillet, Pascale Kuntz
Partenaires: Fondation Recherche & Emploi VediorBis
Ce projet vise à développer des outils visuels adaptés à la fouille dynamique d’ensembles de règles
d’association. Les contraintes de restitution portent en particulier sur la structuration de ces ensembles
en entités entretenant entre elles des relations implicatives significatives selon des critères statistiques.
288
INF3C - Inférences sur un modèle de gestion couplée des compétences et des connaissances (2003)
Responsable: Mounira Harzallah
Montant: 20 000 e
Mots-clés: Gestion des connaissances, Gestion des compétences
Participants: Henri Briand, Fabrice Guillet, Mounira Harzallah
Partenaires: Fondation Recherche & Emploi VediorBis, Institut Polytechnique de Bucarest - Roumanie,
Université de Turin - Italie
L’objectif du projet est de proposer un système intelligent de gestion intégrée des compétences et des
connaissances qui doit permettre : (i) le raisonnement sur la représentation définie en vue d’un enrichissement dynamique, (ii) une réponse aisée à différentes requêtes, notamment la détermination de la liste
des compétences par acteur associées à une typologie prédéfinie et de la liste des compétences associées
à un curriculum vitae à partir de la liste des connaissances spécifiées pour un poste.
CPER
CPER - Axe Modélisation-Extraction-Connaissances
(2000–2006)
Montant: 69 000 e
Mots-clés: Modélisation, extraction, visualisation.
Participants: équipe LINA-COD, équipe LINA-TALN.
Partenaires: équipe LERIA (Angers)
L’axe MEC de ce projet vise à renforcer les synergies régionales en Modélisation, Extraction et Visualisation des Connaissances. On peut citer en particulier : une thèse en co-encadrement entre les équipes
LINA-COD et le LERIA d’Angers ; un ouvrage sur la Visualisation des connaissances dirigé par deux
partenaires du projet du LINA-COD et de l’ESIEA Recherche à Laval (qui faisait partie du projet mais
qui a été dissoute).
CPER - Projet MILES - Axe Aide à la Décision
(2006-2009)
Montant: 10 000 e(estimation)
Mots-clés: Optimisation, Préférences, Visualisation.
Partenaires: LERIA-ICLN, IRCCYN-IVGI , LISA-MSD, IRCCyN-MCM
En Aide à la Décision, la complexité croissante des systèmes industriels nécessite simultanément (1) des
algorithmes d’optimisation performants capables de traiter des dimensions de plus en plus élevées ; (2)
une prise en compte de connaissances dans le processus de résolution ; (3) une intégration accrue des
concepteurs et utilisateurs dans les systèmes. Une difficulté majeure des systèmes actuels est la faible
coopération de ces trois niveaux qui sont souvent conçus indépendamment. Notre objectif principal est
donc de faire coopérer des nouvelles techniques d’optimisation et de résolution à base de connaissances
avec des outils de visualisation et des techniques de représentations basés sur des technologies innovantes (Web sémantique, 3D, réalité virtuelle, cartes cognitives, gestion de préférences) afin de proposer
des solutions aux problèmes concrets.
CPER - Projet BIL - Bioiformatique Ligérienne
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(2006-2009)
Responsable: Gérard Ramstein
Montant: 35 000 e(estimation)
Mots-clés: génomique, puces à ADN.
Partenaires: Institut du Thorax - INSERM U533, INRA-BIA, INSERM U694, LERIA, LINA-COMBI,
IRCCyN-MOVES, IMAD-LEPA, INSERM U601
L’objectif de ce projet est de fédérer et de promouvoir la recherche et l’enseignement supérieur en Bioinformatique dans la région Pays de Loire. Pour cela, des équipes impliquées dans la production de
données génomiques ou développant des approches fonctionnelles à l’échelle du génome et des équipes
développant des méthodes innovantes d’analyse ont décidé de mettre en place un groupe de travail collaboratif. Plus précisément, les contributions de l’équipe portent sur la recherche d’homologies distantes
dans les génomes et l’analyse des puces à ADN (annotations, représentation et fouille de données).
Pôles de compétivité
Projet SAFIMAGE
(2006–2009)
Responsable: Ivan Kojadinovic
Montant: 190 000 e(demandé)
Mots-clés: Analyse de flux IP, temps réel, discrimination statistique.
Participants: Ivan Kojadinovic. Rémi Lehn.
Partenaires: LINA Atlas-GRIM, IRCCyN IVC, Alcatel, QoSmetrics (PME), IST (PME).
Développement d’une plateforme pour l’analyse de flux IP en temps réel intégrant, en autres, des outils
mettant en oeuvre des méthodes de discrimination statistique.
Autres
OASIS-Mégalis
(2004–2006)
Responsable: Rémi Lehn
Montant: 64 000 e
Mots-clés: Serveur de connaissances, EIAO.
Participants: Rémi Lehn.
Partenaires: Formation Continue de l’Université de Nantes, ARCNAM Pays de Loire
Les services de formation continue de l’Université de Nantes et de l’ARCNAM Pays de Loire disposent
d’un important fond documentaire scientifique et d’équipes techniques mutualisées dédiées à la production de ressources éducatives sur des supports numériques. Le projet OASIS a pour objectif l’exploitation
et la valorisation de ces ressources. La contribution de COD porte en particulier sur la problématique de
gestion de connaissances au niveau des contenus et sur l’interfaçage entre un serveur de connaissances
et les supports numériques utilisés.
290
9.8.1 Rayonnement
Animation de la communauté scientifique
– association Extraction et Gestion des Connaissances EGC : Président (H. Briand), Trésorier (R.
Gras), Chargé de communication (F. Guillet). Cette association a été crée par H. Briand en 2002 ;
elle fédère plus de 200 chercheurs.
– Société Francophone de Classification, SFC : membre élu du bureau (P. Kuntz jusqu’en 2003),
membre fondateur de la société sous ses nouveaux statuts en 2003
– Groupe National de Recherche en Acquisition des Connaissances GRACQ : membre du bureau
(F. Trichet depuis 2004)
– Fondation Recherche & Emploi VediorBis-Fondation de France : membres du conseil scientifique
(H. Briand, R. Gras jusqu’en 2005)
Conférences invitées et tutoriels
–
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–
Colloque “Argomentare, congetturare, dimostrare”, Palerme, Sicile, 2003 (R. Gras)
Workshop “Implicative Statistical Analysis”, Palerme, Sicile, 2005 (P. Kuntz)
Session invitée “Knowledge Quality”, ASMDA, Brest, 2005 (F. Guillet)
Tutoriel invité “Qualité des Connaissances”, EGC Clermont-Ferrand, 2004 (F. Guillet)
Séminaires invités
–
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–
Séminaire EHESS-INED, 2005 (P. Kuntz)
Séminaire de Recherche Interdisciplinaire, Telecom Paris, 2005 (P. Kuntz)
Séminaire Mathématiques Discrètes et Sciences Sociales, EHESS, 2004 (R. Gras et P. Kuntz)
Séminaire Université J. de Castellon, Espagne, 2003 (R. Gras)
Journées ECLIPSE er Humanités, Lyon II, 2003 (R. Gras)
Habilitation à diriger les recherches
– P. Kuntz, HDR Université de Nantes, 2003
– I. Kojadinovic, HDR Université de Nantes, 2006
– F. Guillet, HDR Université de Nantes, 2006
Thèses
–
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–
F. Fürst, 2004 (H. Briand, F. Trichet, M. Leclère CIRM)
D. Than, 2004 (H. Briand, F. Poulet ESIEA Recherche)
C. Archaux, 2005 (H. Briand, A. Kenchaf ENSIETA)
J. Mickolajczak, 2005 (G. Ramstein, Y. Jacques INSERM)
J. Blanchard, 2005 (H. Briand, F. Guillet)
L. Boudjeloub, 2005 (H. Briand, F. Poulet ESIEA Recherche)
B. Pinaud, 2006 (H. Briand, P. Kuntz)
H. Huynh, 2006 (H. Briand, F. Guillet)
291
Jurys de thèse externes
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–
A. Alarabi, Université de Tours, 2006 (F. Picarougne)
P. Manet, INSA, Université Lyon I, 2006 (P. Kuntz)
L. Denoeud, ENST, 2006 (P. Kuntz)
B. Vaillant, ENST de Bretagne, 2006 (P. Kuntz)
W. Erray, Université Lyon II, 2006 (P. Kuntz)
H. Azzag, Université Tours, 2005 (P. Kuntz)
O. Couturier, Université d’Artois, 2005 (P. Kuntz)
S. Karouach, Université Toulouse III, 2003 (H. Briand, P. Kuntz)
H. Cherfi, Université Henri Poincaré - Nancy 1, 2004 (H. Briand, F. Guillet).
D. Tanasa, Université de Nice Sophia Antipolis, 2005 (H. Briand, F. Guillet).
Comités de lecture
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Revue de la Recherche en Didactique des Mathématiques (R. Gras jusqu’en 2004)
Mathématiques et Sciences Humaines (P. Kuntz)
Revue d’Intelligence Articielle (P. Kuntz)
Bulletin bi-annuel de la Société Francophone de Classification 1994-2003 (P. Kuntz, éditrice)
Relecteurs pour les revues internationales suivantes : Computational Statistics and Data Analysis
(I. Kojadinovic), Discrete Applied Mathematics (I. Kojadinovic), European J. of Operational Research (F. Guillet, P. Kuntz), Fuzzy Sets and Systems (I. Kojadinovic), IEEE Trans. On System
Man and Cybernetics (P. Kuntz), Information Sciences (I. Kojadionovic), RAIRO-Operations Research (P. Kuntz), Soft Computing (R. Gras), The Computer Journal (P. Kuntz), Mathématiques et
Sciences Humaines (P. Kuntz), Revue d’Intelligence Artificielle (P. Kuntz)
Comités de programme
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Int. Conf. on Discovery Science, 2004-2006 (F. Guillet).
Int. Conf. on Applied Stockastic Models for Data Analysis, ASMDA, 2005 et 2007 (F. Guillet).
Int. Conf. on Human-centred Process, 2003 et 2007 (F. Guillet).
Int. Workshop on Visual Data Mining, VDM/IEEE ICDM, 2003 et 2004 (H. Briand, F. Guillet).
Int. Conf. on Data Mining 2006 (F. Guillet)
Knowledge Acquisition Workshop, 9th Pacific Rim International Conference on Artificial Intelligence, 2006 (F. Guillet).
Workshop Implicative Statistical Analysis ISA, 2003 et 2005 (H. Briand, F. Guillet, P. Kuntz).
Workshop “Enterprise modelling and ontology”, Conference “Advanced Information Systems Engineering” CAISE, 2006 (M. Harzallah)
International Workshop “Ontology content and evaluation in Enterprise” ODBASE, 2006 (F. Trichet)
Journées Francophones Extraction et Gestion des Connaissances EGC, 2003-2006 (H. Briand, F.
Guillet, R. Gras, P. Kuntz)
Journées francophones de l’Ingénierie des Connaissances IC, 2003-2006 (F. Trichet)
INFORSID 2004 (H. Briand), 2006 (P. Kuntz)
Rencontres de la Société Francophone de Classification 2006 (P. Kuntz)
292
Conférences et workshop internationaux
– Semaine de la Connaissance, Nantes, 2006 (M. Harzallah)
– 3rd Workshop Implicative Statistical Analysis ISA, 2005 (R. Gras en collaboration avec l’Université de Palerme, Sicile)
– Colloque “O metodo estatı́stico implicativo utilizado em estudos qualitativos de Régis Gras de
associação. Contribuição à pesquisa em Educaçao”, 2003 (R. Gras en collaboration avec l’Université PUC de Sao Paulo)
Ateliers
– Atelier Visualisation en Extraction des Connaissances, in Conférences EGC’03, Lyon et EGC’04,
Clermont-Ferrand (P. Kuntz, co-organisatrice)
– Atelier “Qualité des Données et des Connaissances”, QDC/EGC, Paris 2005, Lille 2006 (F. Guillet,
co-organisateur)
– Journée thématique “Raisonner le Web Sémantique avec des graphes”, plateforme AFIA 2005 et
Semaine de la Connaissance 2006 (F. Trichet)
– Master Extraction de Connaissances dans les Données, Lyon II - Nantes - Paris XI : H. Briand
est un des membres fondateurs. Responsabilité de cours : Qualité des connaissances (F. Guillet) ;
Visualisation en fouille de données (P. Kuntz)
– Master Systèmes d’Aide à la Décision, Nantes. Responsabilité du cours : Fouille de données et
Gestion de connaissances (P. Kuntz, F. Guillet) ; Intervention dans le cours Modèles pour l’aide à
la décision (P. Kuntz)
– Cursus Informatique Décisionnelle, École Polytechnique de l’Université de Nantes. Responsable
et fondateur en 2004 du cursus sur 5 semestres (H. Briand)
– Master 2 Professionnel spécialité Logistique Internationale, Université de Nantes . Responsable et
fondateur (F. Trichet)
– Master international à distance Htech. Responsable pédagogique (H. Briand)
– Advanced Elective Course Bachelor of Sciences in Communication Technologies - Faculty of
Communication Sciences and Technologies - South East European University - Republic of Macedonian. Responsabilité du cours “Knowledge Engineering, Ontological Engineering and Semantic
Web” (F. Trichet)
– Implication de l’équipe dans la création de deux entreprises locales innovantes : (i) la société
Knowesia créée en 2004 développe et valorise la solution Atanor (applications Web de guidage
et d’aide à la décision) dont le concept a été élaboré en partenariat avec l’équipe, (ii) la société
PurpleLine créée en 2006 est spécialisée en ingénierie de la cartographie Web et en ingénierie du
Web sémantique au service de l’aide à la décision.
– Participation dans le cadre d’Atlanpole au soutien de dossiers de jeunes entreprises innovantes
293
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de Nantes (collaboration ESIEA Recherche), 2005.
[147] F. F ÜRST.
Contribution à l’ingénierie des ontologies : une méthode et un outil
d’opérationnalisation. PhD thesis, Université de Nantes, 2004.
[148] L. G EORGESCU. Modélisation bdi des connaissances d’un agent émotionnel dans jadex. Master’s
thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2005. Co-encadrement avec A. Magda
Florea, Politehnica Bucarest, Roumanie.
304
[149] L. G EORGET. Extraction de connaissances spatio-temporelles. Master’s thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2005.
[150] C. G ERZ É. Formalisation et intégration d’une expertise sig sur le cabotage dans un outil d’aide à
la décision. Master’s thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2003.
[151] C. M ARINICA. Modélisation de règles d’interactions par approche web sémantique. Master’s
thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2006.
[152] J. M ICKOLAJCZAK. Extraction de signatures complexes pour la découverte de nouveaux membres
dans des familles de protéines connues. PhD thesis, Université de Nantes (collaboration INSERM), 2005.
[153] C. N EDU. A local approach for extracting association rules. Master’s thesis, Ecole Polytechnique
de l’Université de Nantes, 2004. Co-encadrement avec B. Duval, LERIA, Angers.
[154] M. T. N GUYEN. Analyse d’une base de graphes issus d’un simulateur en intelligence en essaim.
Master’s thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2006.
[155] B. P INAUD. Contribution à la visualisation des connaissances dans une mémoire d’entreprise :
application sur le serveur Atanor. PhD thesis, Université de Nantes, 2006.
[156] E. P OPOVICI. Un atelier pour l’évaluation des indices de qualité. Master’s thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2003. Co-encarement avec S. Traussan-Matu, Politehnica
Bucarest, Roumanie.
[157] D. P ORUMBEL. Comparaison de grands graphes - application à l’analyse de réseaux de sociabilité
au moyen-age. Master’s thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2006.
[158] V. P OSEA. Développement d’une ontologie des compétences. Master’s thesis, Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes, 2004.
[159] A. R AHMANIA. Parallélisation d’un algorithme de kdd. Master’s thesis, Université de Nantes,
2004.
[160] G. D. R ENTY. Visualisation de règles d’associations. Master’s thesis, Université de Nantes, 2003.
Co-encadrement avec F. Poulet, ESIEA Recherche Laval.
[161] F. F URST et F. T RICHET. Axiom-based ontology matching : a method and an experiment. Rapport
technique, LINA (RR.05.02) Université de Nantes, 2005.
Équipe
ComBi : Combinatoire et Bio-Informatique
Responsable : Irena Rusu
– Jérémie Bourdon
maı̂tre de conférences, Université de Nantes, 1.9.2003
ATER, Université de Caen, —
– Damien Eveillard
maı̂tre de conférences, Université de Nantes, 1.09.2006
– Guillaume Fertin
professeur, Université de Nantes, 1.11.2005
maı̂tre de conférences, Université de Nantes, —
– Irena Rusu
professeur, Université de Nantes, —
– Christine Sinoquet
maı̂tre de conférences, Université de Nantes, —
– Sylvain Demey
Ingénieur de Recherche CDD, LINA, 1.4.2005
– Guillaume Blin
doctorant MENESR, Université de Nantes, —
– Alban Mancheron
doctorant Bourse région, Université de Nantes, —
– Christiophe Moan
doctorant Bourse MENESR, Université de Nantes, —
305
306
10.2.1 Historique
La mise sur pied des programmes de séquençage des génomes, puis des programmes de recherche
systématique de la fonction des gènes et de leur expression, a conduit ces dernières années à une accumulation sans précédent de données biologiques. Il s’agit d’un mouvement qui tend à s’accélérer et à
s’amplifier. Cependant, les données accumulées à l’issue de ces programmes ne suffisent pas à prétendre
à la connaissance biologique. La bio-informatique, en structurant et en exploitant ces données, vise à
jouer ce rôle indispensable qu’est la transformation de données en connaissances.
Cette discipline est également marquée par une très grande variété des problématiques biologiques
étudiées (génome, ADN, ARN, réseaux de régulation, réseaux d’interaction, etc.) ainsi que des techniques informatiques utilisées pour les résoudre (algorithmique, base de données, synthèse d’images,
etc.).
Le point commun à toutes ces variantes est que l’on cherche dans tous les cas à extraire des connaissances à partir de données obtenues en masse par les biologistes.
L’équipe ComBi est née de la volonté du LINA/IRIN de participer activement à ce mouvement, et de
s’inscrire dans le domaine de la recherche en informatique appliquée aux problèmes issus de la biologie.
Ses bases ont été posées avec l’arrivée à Nantes en 2000 d’Irena Rusu et de Guillaume Fertin, tous deux
provenant de domaines de recherche orientés autour de l’algorithmique, et notamment l’algorithmique de
graphes ; mais ce n’est que fin 2001 que l’équipe ComBi a été créée, avec un premier thème de recherche
sur la découverte de motifs ; dès septembre 2002, la thématique s’est diversifiée et les contacts avec des
collègues biologistes se sont multipliés grâce au recrutement de Christine Sinoquet en tant que maı̂tre
de conférences. Jérémie Bourdon, recruté en septembre 2003, apporte à l’équipe les compétences en
statistiques indispensables à toute recherche en bio-informatique.
L’objectif principal de l’équipe ComBi est de travailler en étroite collaboration avec les biologistes
pour pouvoir fournir des solutions algorithmiques rapides et pertinentes aux problèmes qu’ils se posent.
En effet, s’il produit de par sa recherche des données en très grand nombre, le biologiste a besoin
de l’informatique pour lui permettre d’analyser ces données de façon automatisée, afin de répondre au
mieux aux questions qu’il se pose, et ainsi engendrer de la connaissance à partir des données brutes. Il
est très fréquent que les questions posées par le biologiste soient de nature intrinsèquement complexes,
et qu’ainsi les problèmes qu’il pose nécessitent une analyse fine d’un point de vue informatique, le but
final étant de créer des outils logiciels rapides et efficaces (i.e., dont la réponse est pertinente).
L’équipe ComBi aborde cet objectif de deux manières distinctes :
1. la première consiste à travailler « main dans la main » avec le biologiste, de façon à ce que le
problème soit clairement formalisé, modélisé, et que le biologiste puisse, en tant qu’utilisateur,
fournir un retour permanent sur les types de réponses que nous pourrions lui fournir, et valider en
bout de chaı̂ne ces réponses.
2. la deuxième consiste, de manière plus générale, à s’intéresser et à tenter de résoudre des problèmes
déjà modélisés, étudiés dans la littérature et qui sont au coeur des préoccupations de la communauté des biologistes.
Dans ce cadre, deux principaux thèmes de recherche sont actuellement développés dans l’équipe.
Chaque membre de l’équipe participe plus particulièrement à l’une de ces thématiques, mais intervient
307
également dans les autres thématiques dès que ses compétences sont nécessaires.
Dans chacun de ces thèmes de recherche, nous nous attachons à résoudre des problèmes d’une nature
appliquée, en appuyant les solutions sur des aspects théoriques rigoureux et sur des tests significatifs tant
du point de vue du type de données en entrée, que du point de vue des éléments de l’analyse. Ce dernier
point, les tests, est particulièrement important en bio-informatique puisque la modélisation des problèmes
est d’une telle difficulté que seuls des tests bien choisis, prenant en compte à la fois la variété biologique
et le contexte, peuvent valider ou invalider une solution.
Thématique « Bio-informatique du génome »
Les analyses de séquences d’ADN ou ARN reposent principalement sur la recherche, le plus souvent
approchée, de motifs linéaires ou structurés sur une ou plusieurs séquences données. De nombreux, et
très bons, programmes existent pour rechercher une séquence dans une banque (ex. BLAST, FASTA),
pour identifier les similarités entre des séquences utilisant l’alignement multiple (ex. ClustalW), pour
analyser le profil des séquences utilisant des modèles de Markov cachés (ex. HMMER). Les résultats,
à la fois du séquençage et des analyses, se trouvent dans de nombreuses bases de données, soit privées
soit publiques, dont les dimensions augmentent beaucoup plus rapidement que la puissance de calcul des
ordinateurs (qui, elle-même, augmente à une vitesse à couper le souffle). De nouveaux, meilleurs algorithmes sont nécessaires. Pour ne rien arranger, certains problèmes, même souvent étudiés, ne sont pas
encore convenablement résolus : la diversité des séquences biologiques est telle que la bio-informatique
ne peut parfois pas réunir en un seul modèle, qui se doit toutefois d’être très expressif, toute la richesse
de cette diversité.
Notre travail a porté sur ce dernier type de problématiques, dont deux ont attiré notre attention.
Découverte et analyse statistique de motifs La découverte (ou l’extraction) de motifs, consistant à exhiber un motif (inconnu au départ) se trouvant sur un nombre minimum (fourni) de séquences en entrée,
est un problème assez souvent traité dans la littérature, mais dont la qualité de la résolution est encore
insatisfaisante ; les raisons principales sont, d’une part, le manque de souplesse des programmes actuels
(qui ont, d’habitude, une définition très restreinte du type de motif à découvrir) et, d’autre part, une
évaluation insuffisante de la pertinence des solutions obtenues. Cela se traduit, pour un utilisateur biologiste, par une quasi-impossibilité de savoir, dès le départ, quel est le meilleur programme à utiliser pour
résoudre son problème spécifique et, une fois le choix fait et l’exécution réalisée malgré tout, par la quasiimpossibilité de retrouver, parmi les résultats obtenus, ceux qui correspondent à sa recherche. S’ajoute
à cela, pour le biologiste, la difficulté de fixer les nombreux paramètres demandés par ces programmes
et, pour l’informaticien, la complexité impressionnante du problème nécessitant un compromis entre le
temps d’exécution et la qualité des résultats. Ces difficultés mises ensemble fournissent un problème
qui, même si beaucoup étudié et bénéficiant de nombreux logiciels pour sa résolution partielle, reste mal
résolu pour un biologiste dans le besoin.
Motivés initialement par les recherches sur la bactérie Thermotoga maritima de l’un de nos collègues
biologistes, nous nous sommes penchés sur ce problème avec les approches suivantes :
∗ Recherche exacte/probabiliste de similarités fortement paramétrées. Dans cette approche, le
but est de proposer une définition complexe de la notion de similarité entre deux séquences, qui permette
à la fois un paramétrage fin du type de motif formel à chercher mais aussi la possibilité d’un paramétrage
par défaut adapté à chaque type de motif biologique recherché. Le problème est ainsi résolu dans sa
version la plus large du point de vue formel, mais le biologiste dispose d’un paramétrage rapide et aisé
308
en fonction de l’instance particulière qu’il doit analyser. Le compromis entre le temps d’exécution et
la qualité des résultats est résolu grâce à des méthodes probabilistes dont les résultats sont analysés
statistiquement.
∗ Distance de Hamming et indexation de textes. La distance de Hamming est l’une des plus utilisées pour calculer la distance entre deux séquences de la même longueur, simplement en comptant le
nombre de différences constatées à chaque position i. A l’aide de cette distance, une notion de similarité
entre n séquences de la même longueur peut être définie en demandant qu’un « modèle » existe, c’està-dire une (autre) séquence dont la distance de Hamming par rapport à chacune des séquences initiales
soit bornée par une valeur donnée. Le meilleur algorithme connu (non-polynomial) pour la découverte
de motifs basée sur cette notion de similarité est dû à Sagot et utilise une structure d’index, l’arbre des
suffixes. L’utilisation de structures d’index (arbres des suffixes, automates des suffixes, etc.) pour stocker
et analyser les séquences à traiter a beaucoup d’avantages pour la recherche exacte de motifs, mais les
résultats sont encore très médiocres quand il s’agit de les utiliser pour la recherche approchée de motifs
ou pour la découverte de motifs. Des études pour trouver d’autres structures d’index, à la fois compactes
et flexibles sont en cours et s’orientent vers l’utilisation de structures qui permettraient des “erreurs” dans
la représentation des séquences, mais seraient plus faciles à implémenter et à gérer.
Comparaison de structures secondaires d’ARN En biologie moléculaire, la comparaison de structures d’ARN, ainsi que la recherche de motifs dans de telles structures, sont d’un très grand intérêt
pour résoudre des problèmes majeurs aussi variés que la reconstruction phylogénétique (i.e., la reconstruction des arbres “généalogiques” des espèces), la prédiction du repliement en 3D de l’ARN, ou bien
l’identification d’une fonction commune à un ensemble de molécules d’ARN. La comparaison de structures d’ARN, la classification ainsi que la recherche ou l’extraction de motifs dans les structures secondaires sont donc devenues des problèmes algorithmiques cruciaux (cf. par exemple [78]). Or, l’ARN
possède une structure plus riche qu’un simple “mot” comme l’ADN, puisqu’il existe, entre paires de
bases, des liaisons hydrogènes. Ainsi, comparer, rechercher ou extraire des motifs communs, ne serait-ce
que dans deux structures d’ARN, devient algorithmiquement difficile. Il convient alors de développer
des méthodes qui tiennent compte de ces difficultés et qui permettent de les contourner, pour produire de
bons résultats.
Thématique « Génomique Comparative »
Les génomes d’un grand nombre d’espèces sont désormais entièrement séquencés, et, la technologie
aidant, le phénomène s’accélère de façon soutenue. A partir de ces données, on cherche à établir des
phylogénies (arbres d’évolution des espèces). Cela pose deux types de problèmes : le premier consiste à
déterminer dans quelle mesure les espèces sont proches (et donc à définir des distances inter-espèces), et
le deuxième consiste à construire la phylogénie à partir de ces distances.
Mesures de (dis)similarité entre Génomes On cherche ici à comparer des génomes entre eux, et
notamment à les comparer deux à deux. Dans ce cas, il faut déterminer une mesure (i.e., un nombre) qui
permet d’évaluer, à travers leurs génomes, la proximité (ou non) des deux espèces étudiées. Ces mesures
doivent pouvoir capturer le fait qu’au cours de l’évolution biologique, des échanges, des inversions, des
apparitions ou des disparitions de fragments existent le long du génome ; autant de phénomènes qui
entraı̂nent donc une modification du nombre et de l’ordre des gènes dans un génome.
Deux grandes problématiques émergent à l’heure actuelle :
309
– Proposer des modèles de mesure, qui soient les plus pertinents et représentatifs possibles (notamment, des modèles autorisant insertions et suppressions, qui prennent en compte les duplications
de gènes dans les génomes, ou encore qui permettent de comparer des génomes multichromosomiques)
– Proposer des méthodes de calcul de ces mesures, puisque, pour toutes les mesures “classiques”
existantes (breakpoints, inversions, etc.), le calcul de la mesure devient algorithmiquement difficile, en particulier dès que des duplications de gènes apparaissent.
Arbres phylogénétiques Étant donné (1) un ensemble de taxons (espèces, ou populations etc.) et
(2) soit un ensemble de caractères de ces taxons, soit une matrice de dissimilarités entre chaque paire
de taxons, un arbre phylogénétique est un scénario possible de l’évolution de l’ensemble des taxons à
partir d’un ancêtre unique. Alors que les taxons sont des éléments connus, les informations fournies avec
les taxons (les caractères ou la matrice de dissimilarités) contiennent d’habitude des erreurs qui font que
l’inférence du “vrai” scénario est extrêmement difficile. Nous nous sommes penchés sur l’effet de la
sous-estimation des valeurs de dissimilarité et sur les moyens de la détecter.
10.2.3 Perspectives
L’informatique est une science dont peu de domaines, scientifiques, industriels ou autres, peuvent
actuellement faire abstraction. La biologie est bien évidemment un de ces domaines, du fait de la masse
de données générée, et du besoin d’analyse et de compréhension de ces données.
Les deux mots clés de notre projet sont ceux qui caractérisent l’équipe : combinatoire et bio-informatique.
La combinatoire est le fondement de tout notre travail. La bio-informatique est notre domaine d’applications clé. Notre but est donc de développer des modèles et des méthodes (principalement) combinatoires
adaptés aux traitement des objets et phénomènes biologiques, dans le cadre des deux grandes thématiques
présentées ci-avant (à savoir, « Bio-informatique du génome » et « Génomique Comparative »). Les
moyens que nous mettons en avant pour relever ces défis sont nos compétences en algorithmique discrète,
algorithmique de graphes, complexité algorithmique, probabilités et statistique. Nous sommes attachés à
l’idée que l’informatique ne peut être utile à la biologie comme à tout autre domaine, à long terme, qu’en
développant des modèles et des méthodes rigoureuses, robustes, ayant une large applicabilité et une garantie des résultats obtenus. Pour cette raison, nous nous employons à étudier complètement d’un point
de vue théorique les problèmes de biologie sur lesquels nous nous penchons, dans le but de comprendre
à quel niveau les concepts informatiques existants sont insatisfaisants. Les solutions que nous proposons
ensuite visent donc à combler les lacunes de l’informatique actuelle (et plus précisément de la combinatoire) face aux nouvelles applications. Les programmes que nous développons sont, par conséquent,
autant des outils de résolution pour la biologie que des outils de test pour les concepts informatiques
introduits.
Précisons que, de par la nature même de nos travaux, il est indispensable que les deux règles suivantes
soient respectées :
– de travailler de façon étroite et régulière avec des biologistes, pour pouvoir formaliser et modéliser
de façon pertinente les problèmes posés, ainsi que pour valider les solutions que nous apportons.
– de tester nos réponses sur des jeux de données, qui peuvent être fournis par les biologistes, être
des benchmarks classiques ou bien encore être issus de la littérature.
Actuellement, les deux thématiques « Bio-informatique du génome » et « Génomique Comparative » sont en plein développement. Nous pensons pouvoir nous attaquer à moyen terme (c’est-à-dire,
dans les 4 ans qui viennent) aux points suivants, qui sont autant de verrous à lever :
310
1. faire appel systématiquement (lorsque cela est possible) aux méthodes probabilistes pour améliorer
le temps d’exécution de nos algorithmes (avec une perte minimum en qualité des résultats).
2. s’investir dans la prédiction des haplotypes à grande échelle.
3. faire évoluer les modèles actuels de calcul de mesures de (dis)similarité entre deux génomes, en
proposant des modèles qui puissent à la fois prendre en compte : (i) la multiplicité d’un même
gène dans un génome, (ii) les insertions et suppressions de gènes et (iii) les génomes multichromosomiques. Ces modèles demandent donc à être étudiés et validés.
4. reprendre les méthodes de reconstruction de phylogénies avec ces nouveaux modèles et en étudier
les résultats.
Ces problématiques, consistant à la fois en une continuation du travail commencé et en une élaboration
de nouveaux modèles et méthodes adaptés aux problèmes traités, sont à la pointe des recherches effectuées actuellement dans ces domaines. Elles s’inscrivent dans le cadre de plusieurs collaborations très
serrées, avec le laboratoire ABISS de Rouen, le LRI d’Orsay, le laboratoire LaCIM de l’Université du
Québec à Montréal (Canada), l’Université d’Haifa (Israël) et l’Université d’Udine (Italie).
Les fondements scientifiques à la base de notre travail de recherche sont triples : la biologie, l’algorithmique discrète, et les méthodes probabilistes.
10.3.1 Biologie
Les problématiques sur lesquelles travaille l’équipe ComBi étant issues de la biologie, il est évident
qu’un des fondements scientifiques de nos travaux est la biologie en elle-même. N’étant pas nous-mêmes
des biologistes, nous nous appuyons sur les connaissances de nos collègues biologistes et les interactions directes que nous pouvons avoir avec eux pour formaliser de façon précise leurs besoins et les
problématiques associées. Ces interactions peuvent aussi bien avoir lieu lors de réunions informelles de
travail que lors de réunions formelles (par exemple, réunions d’ACI IMPBio).
10.3.2 Algorithmique discrète
Nous entendons par algorithmique discrète tout ce qui concerne l’étude et la résolution d’un problème
modélisé par des données discrètes : la complexité algorithmique, l’optimisation combinatoire, les algorithmes exacts ou approchés. Son but initial est de résoudre les problèmes, qui peuvent être à la base
des questions issues de domaines très divers dont la biologie qui nous intéresse plus particulièrement ici,
d’une manière efficace : une manière qui donne le (meilleur) résultat en un temps (très) raisonnable y
compris sur des données de très grande taille.
Le fait de ne pas avoir d’algorithmes en temps polynomial pour certains problèmes est une question
cruciale surtout lorsque les données à traiter sont de grande taille. Il est donc indispensable d’avoir au
moins intuitivement (mais rigoureusement) un point de vue sur ce que l’on peut raisonnablement attendre
d’une solution (c.à.d. un algorithme fournissant une ou plusieurs réponses), en termes de rapidité et de
qualité des résultats. Ce point de vue s’obtient en étudiant la complexité de l’algorithme, qui, en ce
qui nous concerne, peut-être de la NP-complexité (selon Garey et Johnson [70]) ou de la complexité
paramétrée (selon Downey et Fellows [68]).
311
Une fois que l’intuition sur la meilleure solution possible a été acquise, la solution est recherchée en
fonction de cette intuition et de la qualité des résultats souhaitée : un algorithme exact ou une heuristique,
plutôt rapide ou plutôt lent, ceci avec des méthodes d’optimisation combinatoire généralistes ou plus
spécifiques à une certaine modélisation (algorithmique des graphes [62], programmation linéaire [66],
programmation gloutonne et dynamique [82], algorithmes probabilistes [81], algorithmique des textes
[67]). L’évaluation des algorithmes se fait ensuite soit théoriquement, en calculant la complexité au pire
ou en moyenne de l’algorithme obtenu, soit pratiquement, en réalisant des statistiques sur la base de tests.
L’algorithmique discrète est la base de nos recherches dans les deux thématiques « Bio-informatique
du génome » et « Génomique Comparative », dans lesquelles les données sont toujours discrètes et
les problèmes sont le plus souvent des problèmes d’optimisation NP-complets. Nous avons, pour ces
problèmes, à la fois une approche par des algorithmes exacts (qui sont donc non-polynomiaux mais pour
lesquels on cherche, lorsque ceci nous semble possible, des versions polynomiales du point de vue de la
complexité parametrée) et par des algorithmes probabilistes.
10.3.3 Méthodes probabilistes
Ce type de méthodes trouve ses racines dans le domaine général de l’analyse en moyenne des algorithmes. Ce domaine est né en grande partie des travaux de Knuth [76]. Depuis, il est devenu un domaine
fondamental de l’informatique. On en retrouve les principes de base dans l’ouvrage de Sedgewick et
Flajolet [87].
L’étude d’un algorithme (ou d’une structure de données) se décompose principalement en trois
étapes : une modélisation « probabiliste » des données en entrée de l’algorithme (on parle de source
probabiliste de données) ; une modélisation « algébrique » du problème lui-même (par le biais de séries
génératrices (entières le plus souvent)) ; une étude « analytique complexe » des séries entières (en effet,
les singularités de la série sont fortement liées aux paramètres attendus (moyenne, variance ou encore loi
de distribution des sorties de l’algorithme)).
Brigitte Vallée a décrit dans [90] une nouvelle manière de modéliser les données en entrée de l’algorithme. Cette modélisation des données est issue du domaine des systèmes dynamiques. Le grand intérêt
de cette modélisation est qu’elle permet d’introduire un haut niveau de corrélation des données (ce que ne
permettent pas les modèles couramment utilisés) sans toutefois complètement casser le schéma d’étude
d’un algorithme (ceci n’est pas le cas pour les modèles probabilistes complexes comme les chaı̂nes de
Markov cachées). Ainsi, des résultats quantitatifs très précis peuvent aussi être obtenus dans ce contexte.
En bio-informatique le grand intérêt d’utiliser une telle modélisation est qu’elle se rapproche fortement des caractéristiques réelles des séquences. Les résultats qui sont obtenus permettent alors non
seulement de calculer un coût moyen réaliste des algorithmes, mais aussi d’améliorer leur fonctionnement car ils fournissent des heuristiques fiables pour réduire l’espace de solutions (à condition que les
résultats soient suffisamment précis). Ce type d’heuristique, basé sur une fonction de score, est utilisé
dans de nombreux logiciels tels que BLAST ou FASTA. Pour définir ces heuristiques, il faut absolument
connaı̂tre la moyenne, la variance et la loi de distribution de cette fonction de score pour un modèle
« probabiliste » des séquences suffisamment conforme à la réalité.
Les domaines d’application sont ceux liés aux deux grandes thématiques présentées au paragraphe
précédent, à savoir « Bio-informatique du génome » et « Génomique Comparative », et aux grands défis
qui y sont associés, à savoir :
312
– Analyse de séquences, recherche et extraction de motifs : bien que largement étudié depuis plusieurs dizaines d’années, ce domaine reste d’actualité en biologie, par exemple pour déterminer
les promoteurs forts d’un gène et donc prédire son expression. Un des angles d’attaque originaux
de l’équipe est de regarder ces problématiques via l’analyse statistique de motifs.
– Comparaison de structures d’ARN : la fonction d’un ARN étant déterminée par sa structure, il est
crucial de pouvoir prédire la structure d’un ARN, ceci pouvant être réalisé ab initio ou via des
comparaisons avec d’autres ARN connus.
– Ordre des gènes et reconstruction phylogénétique : du fait du nombre croissant de génomes séquencés,
comparer des espèces entre elles via leur génome est une problématique émergente. Tout au long
de la chaı̂ne (détermination des gènes homologues, définition de mesures de similarité, reconstruction phylogénétique), de nouveaux problèmes de modélisation et de calcul apparaissent, qu’il est
nécessaire d’étudier et de traiter.
Ces applications se sont traduites, au sein de l’équipe ComBi, par la réalisation d’un certain nombre
de produits logiciels, créés pour la plupart à la demande des biologistes. Ces collaborations, leurs buts et
les réponses proposées sont présentés ci-après.
Collaboration avec le Laboratoire de Recherche en Biotechnologies (CNRS 6204) de Nantes
Initiée en janvier 2003, cette collaboration renforce les liens établis entre ComBi et l’Unité de
Recherche en Biocatalyse dès 2000. Se situant à la pointe des avancées en biologie moléculaire, le
Laboratoire de Biotechnologie accueille notamment la plate-forme puces à protéines du consortium
Ouest-Génopôle, et développe actuellement une nouvelle technologie en matière de puces à ADN à
sondes protéiques. A l’initiative de l’équipe ComBi, coordinatrice du projet, un statisticien a été associé
récemment, qui appartient au Laboratoire de Mathématiques Jean Leray de Nantes (UMR 6629). La collaboration porte sur l’élaboration d’une plate-forme générique dédiée à l’extraction et à l’inférence de
connaissances sur les promoteurs forts des génomes procaryotes.
De nombreuses plate-formes intégrées, permettant l’analyse des génomes procaryotes, selon des optiques différentes, existent déjà (Genostar, HOBACGEN, GenoExpertBacteria, projet BlastSets, pour
n’en citer qu’un nombre réduit). Cependant, il manquait un outil dédié à la prédiction automatisée et
à l’analyse des promoteurs forts pour les génomes procaryotes (archeobactéries et bactéries). A notre
connaissance, aucune entreprise de ce type, tant au niveau national qu’international, ne vise à explorer systématiquement un génome bactérien dans le dessein de déterminer si les promoteurs forts y sont
la cible de régulations transcriptionnelles et s’il existe un éventuel déterminisme de la force de transcription sur l’efficacité de traduction. D’une part, diverses compilations autorisées présentent le dogme
selon lequel la séquence consensus du promoteur de transcription d’Escherichia coli reste valide pour
la très grande majorité des génomes bactériens. BAC T RANS2 s’appuie sur ce dogme pour permettre
aux biologistes un accès aux promoteurs forts putatifs d’un génome donné, changeant ainsi radicalement d’échelle d’étude, par rapport aux manipulations à la paillasse, et orientant ces dernières vers les
pistes plus susceptibles d’aboutir. L’objectif ne consiste pas seulement à connaı̂tre les potentialités d’un
génome en matière d’expression de ses gènes, mais aussi à comparer des génomes de ce point de vue. Par
ailleurs, l’analyse statistique menée sur un nombre significatif de génomes, sur le thème du déterminisme
entre transcription et traduction, ne pouvait être conduite sans automatisation : l’extraction automatisée
de diverses caractéristiques descriptives des promoteurs forts est un préalable à cette étude statistique
systématique. Enfin, en recherche appliquée, la prédiction de promoteurs forts intéresse directement le
domaine des biotechnologies, lorsqu’il s’agit d’accroı̂tre l’expression de gènes d’intérêt en les associant
à des promoteurs forts.
313
Le projet concrétise une collaboration réelle entre biologistes, informaticiens et mathématiciens, avec
apport de valeur ajoutée au projet commun, sur une thématique scientifique d’intérêt indéniable sur
plusieurs plans :
– l’apport de connaissances en génomique fonctionnelle, en analyse du transcriptome, en analyse
comparative des génomes ;
– la recherche de la réponse à la question : existe-t-il un déterminisme entre forte transcription
potentielle et forte traduction potentielle ?
– l’apport de connaissances exploitables par le génie génétique ;
– la mise en place d’une stratégie de fouille/analyse des données, donnant lieu à réflexion sur le
choix des méthodes d’analyse à utiliser, adapter et créer.
Pour atteindre les objectifs fixés, ComBi met en oeuvre une méthodologie croisant approche bioinformatique et approche expérimentale au laboratoire. Les équipes interfèrent pour servir un projet commun, pour lequel la complémentarité des compétences (biologie moléculaire/informatique, mathématiques
appliquées, statistiques) est nécessaire : sans automatisation de l’extraction des critères et sans analyse
systématique et poussée de ces données, les biologistes ne pourraient entreprendre des travaux à l’échelle
d’un génome entier ; l’adossement à une base expérimentale forte, mettant en oeuvre des concepts et
des technologies novateurs en biologie moléculaire, permet la validation au laboratoire de la stratégie
déployée en fouille de données pour vérifier ou infirmer les hypothèses posées sur les promoteurs forts.
Cette validation constitue l’étape ultime de la chaı̂ne méthodologique déployée pour satisfaire les objectifs de recherche.
Collaboration avec l’Unité d’Amélioration des Plantes et Biotechnologies Végétales, de l’INRA de
Rennes
A la demande des biologistes de l’unité indiquée, nous avons mis en place un outil d’aide à la décision
pour effectuer des croisements entre des variétés d’une même plante selon un critère basé sur la maximisation d’une distance génomique. Ce programme a été déjà appliqué pour des croisements de variétés
de colza, dans le but d’obtenir une population de colzas d’hiver ayant un taux faible d’acide alphalinolénique.
Ordre des Gènes : Modélisation de plusieurs distances
Travaux en collaboration avec Cedric Chauve (UQAM, Montréal).
Comparer deux génomes requiert de déterminer une mesure qui indique à quel point ces génomes
sont proches ou éloignés. Ainsi que nous l’avons déjà mentionné, il apparaı̂t nécessaire de proposer et
valider des modèles concernant ces mesures, modèles qui puissent entre autres prendre en compte (i) le
fait que les génomes contiennent des gènes dupliqués et (ii) les insertions/suppressions dans les génomes.
En se basant sur trois mesures distinctes (nombre de breakpoints, nombre d’intervalles communs, nombre
d’intervalles conservés - bien définies si l’on ne tient pas compte des points (i) et (ii)), nous avons
proposé trois nouvelles distances qui englobent les points (i) et (ii). Dans ce cas, les calculs deviennent
algorithmiquement difficiles, et des heuristiques ont donc été proposées. Les résultats obtenus ont été
testés sur un jeu de données de 12 génomes de γ-protéobactéries (génomes monochromosomiques), dont
la phylogénie est bien connue dans la littérature. Les phylogénies obtenues par nos 3 distances ont donc
pu être comparées à la phylogénie de référence, et font état de fortes similarités.
Plus généralement, le programme de calcul de ces trois distances, GenesOrder, disponible sur le Web,
est capable de comparer toute paire de génomes et de renvoyer les distances associées.
314
10.5.1 Thématique « Découverte et analyse statistique de motifs »
Participants : Guillaume Blin, Guillaume Fertin, Jérémie Bourdon, Alban Mancheron, Christophe
Moan, Irena Rusu, Christine Sinoquet,
Recherche exacte/probabiliste de similarités fortement paramétrées
Dans sa forme la plus simple, le problème de la découverte de motifs s’exprime comme suit : étant
données t séquences S1 , S2 , . . . , St sur un alphabet arbitraire, trouver les sous-séquences o1 , o2 , . . . , ot
sur S1 , S2 , . . . , St respectivement, telles que o1 , o2 , . . . , ot soient similaires (par rapport à un certain
critère). Des variantes s’obtiennent en rajoutant un quorum q et en demandant qu’au moins q des t
séquences contiennent des sous-séquences similaires. La plupart des outils de découverte de motifs existants (Gibbs sampling, Consensus, Teiresias, Pratt, Meme, Motif, Smile, Winnower, Splash, Projection)
définissent un modèle précis (type de motif recherché, notion de similarité, fonction de score uniques),
avec une seule exception (Pratt qui permet plusieurs fonctions de score). Chacun de ces algorithmes
résout donc un aspect de la découverte de motifs. Nous avons donc entamé une étude visant la définition
d’une notion de similarité fortement paramétrée qui permette de traiter d’une même et unique manière les
motifs de longueurs diverses, avec ou sans trous, avec ou sans conditions de conservation de chaque base,
à l’aide de n’importe quelle fonction de score raisonnable (c’est-à-dire bonifiant les bases conservées et
pénalisant les bases non-conservées). Nous avons abouti à un algorithme probabiliste, appelé Stars [12].
Les tests de Stars ont été effectués sur des données réelles et sur des données aléatoires, et se sont avérés
comparables aux meilleurs algorithmes actuels lorsqu’il s’agit de la recherche de sites de fixation ADNprotéines, et meilleurs lorsqu’il s’agit de la recherche de promoteurs. Nous avons étudié du point de vue
statistique le comportement de cet algorithme, afin d’améliorer son temps d’exécution et de permettre
l’introduction d’un quorum. L’efficacité et la qualité du résultat de l’algorithme dépend énormément de la
fonction de score choisie, et l’étude probabiliste, qui a pu être menée entièremen, montre que la moyenne
et la variance du score dépendent linéairement de la taille des séquences ; de plus, ce score est distribué
selon une loi normale. On peut également noter que ce résultat est relativement original dans l’étude des
scores provenant d’algorithmes d’extraction de motifs en bio-informatique. Nous pensons en particulier
que notre score, calculé en considérant toutes les suites de matches et toutes les suites de mismatches est
plus à même de rendre compte de la complexité des séquences que nous considérons. Les résultats obtenus vont permettre d’étudier la complexité actuelle de l’algorithme utilisé. Ils ont permis d’améliorer
sensiblement la qualité des résultats obtenus et les performances de l’algorithme en introduisant une
fonction de Z-score qui va permettre de savoir combien de solutions donnent un score significatif (pour
le moment, l’algorithme ne garde à chaque étape qu’un nombre de solutions fixé à l’avance).
Distance de Hamming et indexation de motifs
Nous avons constaté, en étudiant plusieurs ensembles de séquences biologiques contenant des motifs similaires, que la notion de similarité basée sur la distance de Hamming était trop faible, permettant
l’obtention d’un nombre extrêmement important de « solutions » parmi lesquelles il était impossible
d’identifier la vraie solution. Nous avons donc proposé une définition plus contrainte de cette notion de
similarité, en introduisant une similarité directe entre les motifs en complément à la similarité indirecte
avec le modèle. Nous avons étudié le problème ainsi obtenu, afin de décider s’il était plus facile ou plus
difficile à résoudre en termes de complexité algorithmique que le problème initial. Nous avons démontré
315
dans [13] que le problème avait exactement les mêmes caractéristiques que le problème initial : il est
NP-complet et W[1]-complet par rapport à un certain nombre de paramètres (parfois multiples) ; il est
donc aussi difficile à résoudre que le problème initial, mais cible mieux les « vraies » solutions. D’autre
part, nous avons étudié deux automates, appelés Oracle des Facteurs/Suffixes, proposés il y a quelques
années par une équipe de l’IGM (Marne-la-Vallée) pour reconnaı̂tre tous les facteurs/suffixes d’un mot,
mais acceptant également des « intrus ». Nous avons ainsi résolu le problème, auparavant ouvert, de caractérisation des langages reconnus par les deux oracles. Ce résultat a été publié dans une revue [24].
Enfin, nous nous sommes penchés sur le problème de la transformation d’un arbre des suffixes, une
structure d’index bien connue, en un oracle des suffixes. Une transformation similaire, de l’arbre des
suffixes vers l’automate des suffixes (une autre structure d’index bien connue), est possible en temps
linéaire utilisant une opération de contraction de sommets. Nous avons proposé un algorithme linéaire
pour l’obtention de l’oracle des suffixes à partir de l’arbre des suffixes, utilisant une opération beaucoup plus complexe de contraction et une étude très fine de complexité [60]. Notre résultat améliore la
complexité précédemment connue pour cette tâche, qui était quadratique.
Modélisations de séquences
Ce travail sur la recherche d’expressions régulières a été effectué en collaboration avec Brigitte Vallée
(GREYC et CNRS, Université de Caen). Les études statistiques du nombre de motifs dans un texte
aléatoire présentent divers intérêts, ne serait-ce que pour répondre à la question « est-ce qu’un motif
sur-représenté dans une séquence a réellement un sens biologique ou est-ce une bizarrerie statistique ? ».
Dans ce travail, le motif cherché (un langage régulier) est très général puisqu’il permet de modéliser la
plupart des problèmes de recherche de motifs standards, recherche de chaı̂nes de caractères, recherche
approchée, recherche de mots cachés... Il est également étudié dans un contexte général, les sources dynamiques, où des corrélations non bornées entre les symboles peuvent être prises en compte. Le paramètre
considéré est le nombre de positions où une occurrence de motif peut se terminer. Ce travail a fait l’objet
d’un article paru dans les actes de la conférence internationale avec comité de lecture LATIN’06 [11]. Ce
travail présente également un intérêt théorique supplémentaire puisqu’il met en place toute une technique
d’étude de problèmes sur les séquences dans un contexte probabiliste très général. Il peut donc servir de
base à bon nombre d’études similaires.
Extraction de motifs par méthode d’optimisation combinatoire stochastique Kaos
L’algorithme Kaos est une méthode approchée stochastique dédiée à la recherche de motifs dans les
ADN. Pour résoudre le problème, Kaos instaure une coopération entre (i) une stratégie d’échantillonnage
de l’espace de recherche reposant sur la génération au hasard d’échantillons de taille m de séquences,
(ii) la détection rapide de similarités locales au moyen d’un logiciel pré-existant, dit « plug-in », en
l’occurrence, MoDEL [72], exécuté sur ces échantillons et (iii) la mise en oeuvre de deux niveaux d’intensification des solutions. Puisqu’une PSSM (Position-specific scoring matrix) représente une similarité
locale partagée par r (par exemple) séquences, plus r est élevé, plus il est probable que cette PSSM
soit une solution optimale à notre problème. L’intensification consiste à augmenter le nombre r de
séquences qui partagent une similarité. Deux opérateurs d’intensification sont mis en oeuvre, dont l’un
consiste littéralement à fusionner deux PSSMs en une seule.
Nous avons testé Kaos à l’aide de données simulées et de données réelles biologiques. Les points
suivants ont été étudiés : robustesse par rapport aux paramètres d’entrée ; amélioration de la précision par
rapport au « plug-in » ; comparaison avec les algorithmes MEME [61], STARS [12] ; progression possible
316
(scalability) en termes de taille de banc d’essai (nombre de séquences et longueur de ces dernières) et
en termes de nombre maximal autorisé de mismatches par occurrence. Nous avons montré que Kaos est
efficace sur des données simulées, des sites promoteurs de plantes dicotylédones ainsi que sur des sites de
liaison de facteurs de transcription, pour le génome de la bactérie E.coli. Sur la totalité de nos essais, les
efficacités de Kaos, MEME et STARS sont comparables. Ces travaux ont fait l’objet des publications [48,
42, 43, 14].
Comparaison de Structures Secondaires d’ARN
La compréhension des mécanismes biologiques, au niveau moléculaire, est subordonnée à la découverte et à l’étude de diverses fonctions des ARN. Il est établi que la conformation d’une molécule
d’ARN (i.e., un brin composé de ribonucléotides A, U , C et G, également appelé structure primaire)
détermine de façon partielle la fonction de cette molécule. Cette conformation résulte d’un repliement de
la molécule sur elle-même, en partie due à l’appariement des bases complémentaires qui la composent
(A − U et C − G, connectés par une liaison hydrogène). Une telle molécule possède donc des parties
appariées continûment (les stems), ainsi que divers types de boucles, ou bien des parties non appariées :
on parle alors de structure secondaire.
Nos travaux sur les structures secondaires d’ARN ont consisté à (i) déterminer la complexité algorithmique et (ii) à proposer diverses solutions tenant compte du point (i) pour les problèmes suivants :
– Recherche de motifs dans les ARN : partant d’une structure secondaire d’ARN, décider si un motif
structuré y est ou non présent [10, 31, 45].
– Extraction de motifs dans les ARN : partant d’une séquence d’ARN (i.e., uniquement les bases), et
de tous ses appariements possibles, extraire la plus grande structure (en terme d’appariements) [51,
32].
– Distance d’édition entre deux ARN donnés : partant de deux structures secondaires d’ARN, et
étant donné diverses opérations permises sur les bases et les liaisons hydrogènes, déterminer le
nombre minimum d’opérations permettant de passer de l’un à l’autre [58].
– Design d’ARN : partant d’un ARN codant pour une protéine, garder sa structure (i.e., ses liaisons
hydrogène) et modifier sa séquence de telle manière qu’une protéine donnée soit produite [30].
Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec Cedric Chauve (LaCIM, UQAM, Montréal), Danny
Hermelin (U. Haifa, Israël), Romeo Rizzi (U. Udine, Italie) et Stéphane Vialette (LRI, Orsay).
10.5.2 Thématique « Génomique Comparative »
Participants : Guillaume Blin, Guillaume Fertin, Irena Rusu, Christine Sinoquet.
Distance de Synténie
La distance de synténie de deux génomes a été introduite par Ferretti, Nadeau et Sankoff en 1996
comme une façon d’évaluer la distance d’évolution entre génomes pour lequel l’ordre n’est pas déterminé.
Contrairement aux autres modèles classiques, celui-ci s’intéresse aux génomes multichromosomiques.
Dans ce modèle, les mutations autorisées sont de trois types :
1. fusion : deux chromosomes sont réunis en un seul
2. fission : un chromosome est séparé en deux chromosomes
3. translocation : deux chromosomes échangent un sous-ensemble de leurs gènes
317
Pisanti et Sagot ont démontré que la plus grande distance (dénommée le diamètre) pouvant exister entre un génome à n chromosomes et un génome à m chromosomes est égale à n + m − 4. A la
suite de cette preuve, un des problèmes ouverts de Kleinberg et Liben-Nowell était de caractériser les
instances maximales, c’est-à-dire les paires de génomes pour lesquelles la distance synténique est égale
au diamètre. Dans [36, 17], nous avons répondu à cette question, et l’avons généralisée aux génomes
possédant un nombre de chromosomes différents. Notre étude répond également à un deuxième problème
ouvert de Kleinberg et Liben-Nowell, puisque cette caractérisation permet d’en déduire un algorithme
polynomial qui reconnaı̂t de telles instances. L’étude de la distance synténique se poursuit en collaboration avec Cedric Chauve et de Romeo Rizzi : le problème consistant à déterminer la distance de
synténie étant NP-complet, et le meilleur algorithme d’approximation connu étant de ratio 2, il apparaı̂t
nécessaire de proposer des solutions alternatives pour le calcul de cette distance. C’est sur ce sujet que
nous travaillons actuellement.
Travaux en collaboration avec Cedric Chauve (LaCIM, UQAM, Montréal) et Romeo Rizzi (U. Udine,
Italie).
Mesures de (dis)similarité en cas de Gènes Dupliqués
Il existe d’autres mesures permettant de comparer des espèces deux à deux via leurs génomes. Ces
mesures (nombre de breakpoints, nombre d’intervalles communs, MAD, SAD, etc.) s’appliquent à des
génomes monochromosomiques, et peuvent être calculées « facilement » (i.e., en temps polynomial) si
l’on suppose que dans les génomes étudiés, un gène donné n’apparaı̂t qu’une seule fois. Or, avec les
progrès du séquençage et de la détermination des homologies, on sait que cette hypothèse est fausse : on
relève environ 15% de duplications de gènes chez l’homme, 16% chez la levure et 26% chez Arabidopsis.
Il est donc nécessaire de revoir ces mesures à la lumière de cette nouvelle réalité. En effet, lorsque
l’on est dans un modèle où, tout en ayant le même support (i.e., le même ensemble de gènes), un ou
plusieurs gènes peu(ven)t être dupliqué(s) (et même s’il est dupliqué autant de fois dans un génome que
dans l’autre), il existe des ambiguı̈tés. Si on considère un gène x apparaissant au moins 2 fois dans le
génome 1 et dans le génome 2, on ne peut pas inférer quelle occurrence de x du génome 1 correspond à
une occurrence donnée de x dans le génome 2. Et selon le choix, la mesure de (dis)similarité obtenue peut
différer. Un premier modèle, introduit par Sankoff en 1999, consiste à « exemplariser » les génomes. En
d’autres termes, pour chaque gène présent plusieurs fois, on ne conserve dans chacun des génomes qu’un
seul représentant, et ce de manière à optimiser la mesure (i.e., maximiser ou minimiser, selon la mesure
étudiée), suivant le principe de parcimonie. Nous avons introduit une autre variante, baptisée matching, et
permettant de garder le plus grand nombre de gènes possibles dans les génomes. Cette méthode consiste
à déterminer un couplage maximum pour chaque famille de gène, de telle manière que parmi tous les
couplages existants pour toutes les familles, la mesure étudiée soit optimisée.
Nous avons alors étudié cinq mesures de (dis)similarité (breakpoints, intervalles conservés, intervalles communs, MAD et SAD), en ce qui concerne les deux variantes « exemplarisation » et « matching ». Nous avons démontré que le problème du calcul de ces mesures, quelle que soit la variante,
devenait NP-complet dès que des duplications apparaissent, et ce même dans des cas très restrictifs [28,
33, 37] ; pour certaines mesures, on peut même montrer qu’il est difficile de donner une réponse approchée [37].
Nous avons également fourni des solutions algorithmiques tenant compte de cette étude préliminaire,
par exemple :
– en donnant des algorithmes de FPT (Fixed-Parameter Tractability : algorithmes exacts, mais dont
318
l’exponentielle est contrôlée par un paramètre petit dans la pratique) [28, 33].
– en donnant des algorithmes d’approximation, de ratio déterminé [28].
– en donnant des heuristiques, que nous validons actuellement par des tests sur des données réelles,
et en comparant leurs résultats aux résultats optimaux [29]. Ces heuristiques elles-mêmes demandent d’étudier en détail certains problèmes nouveaux, comme le problème « Exemplar Longest
Common Subsequence » [34].
Enfin, nous avons introduit de nouvelles définitions de mesures, se basant sur des mesures existantes
mais permettant de prendre en compte les insertions et les suppressions de gènes dans les génomes [29].
La pertinence de ces mesures est évaluée sur des données réelles (12 génomes de γ-protéobactéries) : à
partir des matrices de distances obtenues, une phylogénie est construite et comparée à la phylogénie de
référence.
Travaux en collaboration avec Paola Bonizzoni (U. Milano-Bicocca, Italie), Cedric Chauve (LaCIM,
UQAM, Montréal), Gianluca Della Vedova (U. Milano-Bicocca, Italie), Riccardo Dondi (U. MilanoBicocca, Italie) et Romeo Rizzi (U. Udine, Italie).
Arbres phylogéniques
Ces travaux de recherche concernent le prétraitement de données expérimentales (matrice de dissimilarités) destinées à construire une phylogénie. Ils ont été conduits en collaboration avec Anne Berry,
du LIMOS (Laboratoire d’Informatique, de Modélisation et d’Optimisation des Systèmes, ClermontFerrand). Nous utilisons la propriété selon laquelle toute matrice de distance additive d’arbre (i.e., correspondant à un arbre phylogénétique) induit une famille de graphes sandwich, qui sont triangulés.
Or, pour des données expérimentales, certaines valeurs de dissimilarités sont susceptibles d’être sousestimées. Nous proposons donc un algorithme basé sur la propriété énoncée ci-dessus. Cet algorithme
calcule, pour chaque graphe de la famille de graphes sandwich, un sous-graphe maximal triangulé. Nous
réussissons ainsi à détecter des anomalies dans la famille de graphes associée à la matrice de dissimilarités et à élever les valeurs qui étaient sous-estimées. Ces travaux ont fait l’objet d’une communication
dans une conférence [27] et d’une publication dans une revue [16].
10.6 Logiciels
La plupart de nos travaux sont orientés vers la production de logiciels utilisables par des biologistes.
Ces logiciels, fortement paramétrés afin de permettre une bonne représentation des objets biologiques
manipulés, doivent non seulement présenter un temps d’exécution raisonnable et produire des résultats de
bonne qualité, mais aussi être faciles d’utilisation : le paramètrage “externe”, défini par l’utilisateur, doit
donc être extrêmement soigné, tout en gardant son efficacité. Ce qu’on appelle communément “interface”
du logiciel devient, de cette manière, un problème d’optimisation en soi, avec son propre compromis à
trouver (entre la facilité d’utilisation et le degré de finesse du paramétrage), avec ses propres difficultés à
évaluer et à surmonter, avec ses propres solutions probablement approchées.
10.6.1 Stars : découverte de motifs basée sur des fonctions de score multiples(Responsable:
Alban Mancheron)
URL/DOI: http ://www.sciences.univ-nantes.fr/lina/bioserv/
Mots-clés: Découverte de motifs, Fonction de score, Comparaison de séquences
Équipe de développement: Alban Mancheron (sous la direction de J. Bourdon et I. Rusu)
319
Stars est un programme de découverte de motifs : étant données plusieurs séquences biologiques, il
extrait de ces séquences un ensemble de mots, un sur chaque séquence, qui sont similaires selon une
définition de similarité donnée. Afin d’éviter les difficultés de la plupart des programmes existants, qui
utilisent une notion trop restreinte de la notion de similarité, Stars est basé sur une nouvelle définition de
cette notion, ce qui lui assure une large applicabilité (à la fois pour l’ADN, l’ARN et pour les protéines,
à la fois pour des motifs contigus ou avec des trous, à la fois pour des caractères bien ou pas très bien
conservés).
Référence : A. Mancheron, I. Rusu - Pattern Discovery Allowing Wild-Cards, Substitution Matrices and
Multiple Score Functions, Proceedings of WABI’2003, LNBI 2812 (Elsevier), 124-138 (2003).
10.6.2
BAC T RANS2
(Responsable: Christine Sinoquet)
Mots-clés: Génomes prokaryotes, Prédiction, Promoteurs, Expression de gène
Équipe de développement: Christine Sinoquet, Sylvain Demey
La collaboration initiée en janvier 2003 trouve une réalisation concrète dans la mise en place d’une
plate-forme dédiée à l’extraction et à l’inférence de connaissances sur les promoteurs forts des génomes
bactériens. L’objectif est la mise à disposition de la suite logicielle intégrée sur la machine quadriprocesseurs installée à ComBi, en site délocalisé de la plate-forme bio-informatique Ouest-Génopole.
BAC T RANS2 est une plate-forme protégée qui sera mise à terme à disposition de la communauté des
biologistes s’intéressant aux génomes procaryotes, tant au niveau national qu’au niveau européen, voire
international.
Cette plate-forme intègre de très nombreux modules :
– l’extraction des promoteurs forts, paramétrée par un ensemble de conditions (motifs consensus pour
les boı̂tes -10, -35, l’élément UP..., contraintes de distances entre divers sites du promoteur...),
– le repliement systématique de la structure secondaire de l’ARN messager associé à une région centrée
sur la région 5’UTR,
– la comparaison et classification des structures secondaires correspondant à divers repliements sousoptimaux,
– la corrélation entre critères caractérisant la force de transcription, la force de traduction et la stabilité
de l’ARN messager,
– des statistiques sur les caractéristiques associées gènes à promoteur fort, pour chaque génome,
– de la génomique comparative :
– variations entre génomes des caractéristiques précédentes,
– obtention des Position-Specific Scoring Matrices pour les boı̂tes -10, -35, l’élément UP, et comparaison entre génomes, entre phyla, statistiques sur l’ensemble des génomes disponibles sur la
plate-forme.
10.6.3 DistGen : croisement contraint à base de distances génétiques (Responsable: Irena
Rusu)
Mots-clés: Hybridation, Colza, Optimisation, Marqueurs génétiques
Équipe de développement: Irena Rusu (encadrant des étudiants de maı̂trise)
320
DistGen est un programme qui propose un croisement entre des variétés d’une même plante, en tenant
compte de contraintes d’un type assez ciblé et en maximisant un critère à base de distances génétiques.
10.6.4 GenesOrder : Similarités entre Génomes et Reconstruction Phylogénétique (Responsable: Guillaume Fertin)
URL/DOI: http ://adn.bioinfo.uqam.ca/∼genoc/CG05/
Mots-clés: Génomique comparative, mesures de similarité, Gènes dupliqués, Phylogénie
Équipe de développement: Guillaume Blin, Cedric Chauve (UQAM, Montréal)
GenesOrder est un programme permettant de calculer trois mesures de (dis)similarité différentes pour
comparer un ensemble de génomes deux à deux, et ainsi obtenir tris matrices de distance différentes. Le
logiciel est capable de prendre en entrée des génomes comportant des duplications de gènes.
Les trois mesures de similarité calculées sont calculées à partir, respectivement, du nombre de breakpoints, du nombre d’intervalles conservés et du nombre d’intervalles communs.
Partant de ces matrices, il est alors possible de construire des phylogénies, en utilisant des outils classiques comme le logiciel PHYLIP.
Référence : G. Blin, C. Chauve, G. Fertin - Genes Order and Phylogenetic Reconstruction : Application to γ-Proteobacteria, Proceedings of RCG’2005 (3rd RECOMB Comparative Genomics Satellite
Workshop), LNBI 3678 (Elsevier), 11-20 (2005).
PAI Franco-espagnol PICASSO « Colorations sous contraintes et applications »
(2003)
Responsable: Guillaume Fertin
Mots-clés: Colorations, réseaux, graphes
Participants: Guillaume Fertin
Partenaires: Université Polytechnique de Catalogne (UPC), Barcelone
PAI Franco-italien GALILEE « Comparaison de structures d’ARN : modèles, complexité, algorithmes »
(2005)
Mots-clés: Bio-informatique, ARN, algorithmes
Participants: Guillaume Fertin, Irena Rusu, Guillaume Blin
Partenaires: Université de Trento, l’Université d’Udine et l’Université de Milan-Bicocca
CAPES/COFECUB « Algorithmics and Combinatorics for Molecular Biology »
321
(2004–2005)
Mots-clés: Bio-informatique, algorithmes, biologie moléculaire
Participants: Guillaume Blin, Guillaume Fertin, Christine Sinoquet
Partenaires: Université de Sao Paulo et l’Université de Recife
Projet de la 60e commission permanente de coopération franco-québécoise « Structures Conservées
et Répétitions pour les Réarrangements Génomiques »
(2005–2006)
Mots-clés: Réarrangements génomiques, duplications, algorithmes
Participants: Guillaume Blin, Guillaume Fertin, Irena Rusu
Partenaires: Université du Québec à Montréal, Canada
Groupe de travail AofA (Analysis of Algorithms)
(2003–2006)
Responsable: Jérémie Bourdon
Mots-clés: Analyse en moyenne, algorithmes, structures de données
Participants: Jérémie Bourdon
Partenaires: Plus de vingt centres dans le monde
Autres
Research Training Network COMBSTRU « Combinatorial Structure of Intractable Problems »
(2002-2006)
URL/DOI: http ://dimatia.mff.cuni.cz/combstru/
Mots-clés: Intractabilité, algorithmes
Partenaires: 9 centres européens participant, dans 8 pays
Projet Alcom IV
Mots-clés: Analyse en moyenne, algorithmes, structures de données
Partenaires: 10 centres européens participant
()
322
Expertise de projet pour le NWO
(2004)
Mots-clés: Expertise
Partenaires: NWO (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk)
En mars 2004, Jérémie Bourdon a expertisé pour l’organisme de recherche Néerlandais NWO (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk) soumis par K. Dajani et intitulé « Towards a Classification
of Semi-Regular Continued Fractions Algorithms »
ANR
ACI Animation IMPBio « AReNa » : Groupe de travail pluridisciplinaire sur la structure et la
fonction des ARN
(2004–2007)
URL/DOI: http ://www.lri.fr/ denise/AReNa/
Mots-clés: Bio-informatique, ARN
Participants: Guillaume Blin, Jérémie Bourdon, Guillaume Fertin, Irena Rusu
Partenaires: 19 centres français (biologie et informatique)
L’étude des molécules d’ARN, dans leurs aspects structurels, fonctionnels et dynamiques fait maintenant
partie des problèmes phares dans le domaine de la bioinformatique. L’objectif principal du projet est de
constituer en France une réelle communauté pluridisciplinaire autour des problématiques liées à l’étude
de l’ARN. Plus précisément, les retombées attendues sont :
– A court terme : une action d’information et de formation réciproque des tenants des différentes disciplines sur leurs problématiques et leurs méthodes ; une activité d’expertise et de conseil sur ce qui
touche au domaine de chacun dans les recherches des autres équipes.
– Dans un second temps : des collaborations pluridisciplinaires synergiques dans les domaines abordés
au sein du groupe ; l’émergence de nouvelles problématiques de recherche au sein de chaque discipline, liées à ces collaborations. Nous sommes en particulier très attachés à développer des approches
alliant modélisation formelle et validation expérimentale.
Plusieurs rencontres de type « atelier » ont été et seront organisées, avec des exposés didactiques de haut
niveau (effectués par des membres du groupe ou des chercheurs invités), des présentations des travaux
des équipes, et des larges plages de discussion.
ACI Nouvelles Interfaces des Mathématiques « π-vert » : Aspects mathématiques et algorithmiques
des réseaux biochimiques et d’évolution
(2004–2007)
URL/DOI: http ://biomserv.univ-lyon1.fr/baobab/rubrique.php3?id rubrique=62
Montant: 6 000 e
Mots-clés: réseaux biochimiques, réseaux d’évolution
Partenaires: 27 centres (dont 9 en France)
323
Le projet a un double objectif.
D’une part, son but est de se focaliser sur quelques-unes des problématiques les plus importantes de la
bioinformatique ; celles-ci concernent principalement la recherche, l’analyse et/ou l’inférence de relations entre des processus ou des éléments biologiques. A la complexité inhérente du problème s’ajoute
la difficulté supplémentaire que l’information disponible est souvent ambiguë, incomplète ou qu’elle
contient des erreurs. Nous serons intéressés par deux types de réseaux : d’évolution et biochimiques. Le
premier concerne l’ensemble de toutes les relations d’évolution entre génômes, gènes et même processus biologiques. Les réseaux biochimiques peuvent représenter des intéractions protéines-protéines, le
métabolisme d’un organisme, son système de régulation de l’expression des gènes etc.
La recherche, l’analyse et l’inférence de ces réseaux, d’évolution ou biochimiques, soulèvent des
problèmes importants de mathématiques discrètes ou continues, aussi bien que d’algorithmique, allant
de la modélisation adéquate en termes mathématiques des phénomènes biologiques jusqu’à la résolution
de problèmes d’optimisation très durs, qui souvent débouchent sur des questions ouvertes de complexité
algorithmique. Ces problèmes constituent le deuxième objectif majeur du projet.
Les deux objectifs ne sont pas séparés, mais l’objectif mathématique et algorithmique a une existence
indépendante et un caractère universel. Les problèmes variés qui vont être traités présentent donc un
intérêt aussi bien pour la recherche fondamentale que pour des applications à d’autres domaines que la
biologie. Il est cependant certain que la seule application de ce projet sera la biologie.
ACI Masse de Données « NavGraphe » : Navigation dans les grands graphes, application aux bases
de données vidéos, à la génomique et aux cartes sémantiques
(2003–2006)
URL/DOI: http ://www.labri.fr/perso/don/NavGraphe/
Montant: 8 100 e
Mots-clés: Grands graphes, visualisation, génomes, données vidéo, cartes sémantiques
Participants: Guillaume Fertin, Irena Rusu
Partenaires: 9 centres en France
324
L’idée fondamentale de ce projet est de combiner les méthodes automatiques de l’algorithmique de
graphes, les requêtes de bases de données et l’oeil de l’expert pour construire une navigation performante. Nous désirons ainsi sonder de nouvelles applications pour des modèles réalistes de graphes
traitant :
– de bases de données vidéos : l’indexation vidéo nécessite une indexation performante afin de produire
une structure en réseaux (graphes de descripteurs MPEG7) pertinente. L’enjeu de cette thématique
navigation est qu’elle peut s’effectuer en temps réel. La masse de données n’autorise pas une navigation ou recherche textuelle (les données étant des séquences d’images) et doit donc faire appel aux
capacités du cortex humain à repérer les motifs dans des images même très denses. La manipulation
de ces images, et donc des réseaux sous-jacents ne peut se faire dans un environnement interactif que
si l’on dispose d’un codage des données des plus efficaces, tant du point de vue de l’espace disponible
que de la possibilité de questionner et de transformer les données ;
– de la visualisation de structures biologiques : les techniques les plus avancées pour la conception de
nouvelles protéines, pour l’étude de structures telles que l’ADN, l’ARNm ou les réseaux cellulaires,
passent par une étape de visualisation sous forme de graphes. Les bio-chimistes ou généticiens sont
demandeurs d’outils de visualisation pour manipuler et naviguer dans ces très grosses structures.
– de l’exploration de cartes sémantiques : les cartes sémantiques (Topics Maps) sont un moyen d’établir
une indexation sur un système d’information. Les techniques algorithmiques pour manipuler, classer,
regrouper, rechercher des informations dans les cartes sémantiques restent un challenge dont l’enjeu est énorme. Par exemple, les moteurs de recherche du Web sont devenus maintenant des outils
indispensables mais de par le caractère non structuré des documents qu’ils référencent et les techniques d’indexation utilisées, les techniques de recherche d’informations restent textuelles et offrent
une expressivité restreinte.
ACI Nouvelles Interfaces des Mathématiques « Dynamical » : Interface Mathématiques et Informatique, Dynamique et Algorithmique
(2004–2006)
URL/DOI: http ://math.u-bourgogne.fr/IMB/maume/ACI/princ.html
Mots-clés: Analyse dynamique, compression, segmentation des données
Ce projet vise à élaborer des concepts, des méthodes et des techniques pour un ensemble de
problématiques à l’interface des mathématiques et de l’informatique : analyse dynamique des algorithmes et des structures de données avec des applications particulières en compression, et en segmentation des données.
ANR Blanc « SADA » : Structures Aléatoires Discrètes et Algorithmes
URL/DOI: http ://www.labri.fr/perso/marckert/SADA/SADA.html
Mots-clés: Structures aléatoires, génération aléatoire
(2005–2007)
325
Ce projet fédérateur, Structures Discrètes Aléatoires et Algorithmes (SADA), propose des objectifs de
recherche fondamentale ambitieux. Il s’agit de quantifier les principales propriétés de structures fondamentales qui apparaissent de manière récurrente aux travers d’applications informatiques extrêmement
diverses. Les grands chapitres de notre programme de travail sont relatifs aux mots, aux structures
arithmétiques, aux arbres, aux graphes, ainsi qu’à la génération aléatoire. Nous visons à développer
un corpus cohérent de méthodes permettant de déterminer de manière très précise les “profils” des objets aléatoires : bien au delà des propriétés en moyenne, on s’attachera aux analyses en distribution,
à la quantification des risques de grandes déviations, ainsi qu’à l’évolution dynamique des structures.
Le projet est fondé sur la confrontation de points de vue complémentaires, incluant méthodes combinatoires, probabilistes, analytiques, et dynamiques. Plusieurs de nos approches sont assez fortement
mathématisées, tandis que nos objectifs finals sont de nature algorithmique concrète.
Autres
AS CNRS STIC « Algorithmique des Grands Graphes »
(2003)
URL/DOI: http ://www.labri.fr/perso/hanusse/Grandsgraphes/
Mots-clés: Algorithmique, grands graphes
AS CNRS STIC « Modélisation et Algorithmique des Structures d’ARN »
(2003)
URL/DOI: http ://www.lri.fr/ denise/ArnStic/
Mots-clés: ARN, algorithmes
AS CNRS STIC « Indexation de texte et découverte de motifs »
(2004)
URL/DOI: http ://degas.lirmm.fr/ASIM/
Responsable: Irena Rusu
Mots-clés: Découverte de motifs, indexation
Participants: Alban Mancheron, Christophe Moan, Irena Rusu
AS CNRS STIC « Nouveaux modèles et algorithmes de graphes pour la biologie »
URL/DOI: http ://www.lirmm.fr/ paul/AS-Bio-Graphe/
Responsable: Guillaume Fertin (co-animateur)
Mots-clés: Graphes, algorithmes, biologie
Participants: Guillaume Blin, Guillaume Fertin, Irena Rusu, Christine Sinoquet
(2003–2004)
326
AS CNRS STIC « Systèmes dynamiques et modélisation en Algorithmique »
(2003)
URL/DOI: http ://users.info.unicaen.fr/ daireaux/AS/index.html
Mots-clés: Systèmes dynamiques, algorithmique
Programme Bio-informatique inter-EPST « Algorithms for Modelling, Search and Inference Problems in Molecular Biology »
(2002–2004)
Mots-clés: Modélisation, inférence, biologie moléculaire
Participants: Guillaume Blin, Guillaume Fertin
Partenaires: 10 centres en France, 7 centres à l’étranger
Expertise de projet pour Atlanpole
(2005)
Partenaires: Atlanpole
En mars 2005, Jérémie Bourdon a expertisé le projet d’installation de l’entreprise de Biotechnologies
LifeLike Biomatics à la demande de Florence Hallouin pour l’incubateur d’entreprise Régional des
Pays de la Loire « Atlanpole ».
Expertise de projet pour le Conseil Régional d’Aquitaine
(2005)
Partenaires: Conseil Régional d’Aquitaine
En février 2005, Guillaume Fertin a expertisé une demande de subvention Recherche-Développement
et Transfert de Technologie auprès du Conseil Régional d’Aquitaine (demande de subvention de 18200
euros pour une collaboration entre le LaBRI et l’entreprise AOC-ZONING sur le thème « Optimisation
multicritères de trajets de collecte ».
327
CPER
CPER Post-Génome
(2000–2006)
Mots-clés: Bioinformatique, génomique, protéomique
Participants: Guillaume Blin, Jérémie Bourdon, Guillaume Fertin, Alban Mancheron, Christophe Moan,
Irena Rusu, Christine Sinoquet
Partenaires:
L’équipe ComBi est incluse dans le CPER Post-Génome depuis 2000. Le cadre offert par le CPER
nous a permis une prise de contact assez rapide avec les biologistes nantais. En 2003, la collaboration avec l’unité de Biocatalyse s’est renforcée, donnant lieu au projet de plate-forme BacTrans2 . En
cours de développement depuis janvier 2003, la plate-forme logicielle BAC T RANS2 a bénéficié d’une
aide financière apportée pour la rémunération d’un bio-informaticien. Ce dernier a procédé à des
développements informatiques, dans le cadre de deux contrats à durée déterminée de neuf mois chacun. La première source de financement provenait du Contrat Plan-Etat Région Pays de la Loire - PostGénome et Innovations technologiques (1er avril 2005 au 31 décembre 2005).
Autres
Ouest Génopole
(2002–)
URL/DOI: http ://genoweb.univ-rennes1.fr/OGP/francais/accueil.html
Mots-clés: Bioinformatique, séquençage/génotypage,exploration fonctionnelle, protéomique, transcriptomique
Participants: Guillaume Blin, Jérémie Bourdon, Guillaume Fertin, Alban Mancheron, Christophe Moan,
Irena Rusu, Christine Sinoquet
Partenaires:
Le LINA est également acteur de Ouest-Génopole, qui comprend (entre autres) un projet de recherche
Bio-informatique et une plate-forme technologique Bio-informatique. A ce titre, notamment, le LINA
héberge et utilise une machine quadri-processeurs de la plate-forme bio-informatique de ce projet. Cet
ordinateur est utilisé pour la mise à disposition auprès de la communauté scientifique des logiciels issus
de la recherche menés à ComBi (par exemple, le logiciel de recherche de motifs communs à plusieurs
séquences Stars, ou encore la plate-forme d’exploration des génomes bactériens BacTrans2 ). Le Consortium Ouest-Genopole (GIS) apporte le soutien financier relatif à la rémunération du bio-informaticien
développant la plate-forme logicielle BacTrans2 pour la période Janvier 2006 à Septembre 2006.
Jérémie Bourdon est membre du comité scientifique de Ouest Génopole, et Guillaume Fertin est membre
de la commission d’animation de la plate-forme Bio-informatique de Ouest Génopole.
10.8.1 Rayonnement
Jérémie Bourdon :
– Séminaire « Information Theory », Orsay, février 2004.
328
– Conférence invitée à « Optimization algorithms and quantum disordered systems », juin 2004.
– Journées Arena, Strasbourg, avril 2005 : « Présentation des activités Bio-informatique de l’équipe
Combi ».
– Journées de l’ACI DynamicAL, Dijon, septembre 2005 : « Statistique des expressions régulières ».
– Journées MathSTIC « Algorithmique génomique », Orsay, novembre 2005 : « Recherche de motifs
pour les sources corrélées ».
– Journées ALEA, Luminy, mars 2006 : « Pattern Matching Statistics for Dynamical Sources ».
Guillaume Fertin :
– Séminaire Algorithmique et Biologie, Lyon, avril 2003.
– Séminaire du Projet Symbiose, IRISA Rennes, avril 2003.
– Séminaire Graphes, Réseaux et Modélisation, LIAFA, Paris, avril 2003.
– Séminaire Department Computer Science Univ. Loughborough, Angleterre, juillet 2003.
– Séminaire du LaCIM, UQAM, Montréal, novembre 2003.
– Séminaire La Sapienza, Rome, juin 2004.
– Séminaire LaBRI, Bordeaux, février 2005.
– Séminaire Université de Trento, Dipartimento di Informatica e Telecomunicazioni, février 2005.
– Séminaire Université de Milan-Bicocca, juin 2005.
– Premières Journées Groupe de Travail sur la Génomique Comparative, Lyon, Janvier 2006.
– Ecoles Jeunes Chercheurs en Algorithmique et Calcul Formel 2006 (Mai 2006) :
– Organisation d’une session de 4h de cours sur le thème « Graphes et Bio-Informatique ».
– Dispense d’un cours de 2h sur le thème « Mesures de similarité entre deux génomes en présence
de gènes dupliqués ».
Irena Rusu :
– Séminaire « Algorithmique du texte et codage », Institut Gaspard Monge, Marne-la-Vallée, mars
2004.
– Présentation « Journées de la plate-forme Bioinformatique de Génopole Ouest », Rennes, Septembre 2004.
Christine Sinoquet :
– Conférence invitée aux journées FRANCORO IV (Suisse, Août 2004).
– Présentation à la réunion du Conseil Scientifique du CPER « Post-Génome » (Juin 2003).
– Présentation aux Journées Génopole Ouest, Roscoff, Juin 2003.
Toute l’équipe :
– Organisation de la rencontre de l’Action Spécifique « Indexation de Texte et Découverte de Motifs », Nantes, 27-28 mai 2004.
– Organisation des 2èmes Journées Groupe de Travail sur la Génomique Comparative, Automne
2006.
Guillaume Fertin :
– Membre du comité de programme de CompBioNets’04 (Algorithms and Computational Methods
for Biochemical and Evolutionary Networks), Décembre 2004.
329
– Membre du comité de programme de CompBioNets’05 (Algorithms and Computational Methods
for Biochemical and Evolutionary Networks), Septembre 2005.
– Membre du comité de programme de JOBIM’06 (Journées Ouvertes Biologie, Informatique, Mathématique),
Juillet 2006.
Irena Rusu :
– Membre du comité de programme de GT 2004 (Graph Theory 2004), Juillet 2004.
– Membre du comité de programme de ICGT 2005 (International Conference on Graph Theory),
Septembre 2005.
Guillaume Fertin :
– Membre du comité d’organisation de la conférence ICGT 2005 (International Conference on
Graph Theory), France, Septembre 2005.
Jérémie Bourdon :
– Co-encadrement d’un stagiaire de M2R Informatique en 2006 (Q. Thominet).
Guillaume Fertin :
– Encadrement d’un stagiaire de DEA Informatique en 2003 (F. Soutaih).
– Encadrement d’un stagiaire de M2R Informatique en 2005 (G. Herry) et 2006 (S. Angibaud).
– Encadrement d’un stagiaire de M2R Informatique et Génomique (IRISA, Rennes) en 2006 (D.
Paulet).
– Co-encadrement d’un doctorant de septembre 2002 à octobre 2005 (G. Blin).
– Cours de Bioinformatique en DEA d’Informatique de Nantes (2003).
– Cours de Bioinformatique en Master 2 Recherche d’Informatique de Nantes (2004 à 2006).
Irena Rusu :
– Encadrement d’un stagiaire de M2R Informatique en 2005 (F. Vaz e Silva) et 2006 (A. Leroy).
– Co-encadrement d’un doctorant de septembre 2002 à octobre 2005 (G. Blin).
– Cours de Bioinformatique en DEA d’Informatique de Nantes (2003).
– Cours de Bioinformatique en Master 2 Recherche d’Informatique de Nantes (2004 à 2006).
– Montage du Master Recherche « Systèmes d’aide à la décision » (2003-2004).
– Administration du Master Recherche « Systèmes d’aide à la décision » depuis 2004.
Christine Sinoquet :
– Encadrement d’une stagiaire de DEA Génomique et Informatique de l’Université de Rennes (2004).
– Montage du Master professionnel en Bioinformatique, Université de Nantes (2003-2004).
– Administration du Master professionnel en Bioinformatique, Université de Nantes (2004 à 2006).
– Co-encadrement d’un stagiaire de M2R Informatique en 2006 (Q. Thominet).
330
– Le logiciel S TARS, présent sur le site de la plate-forme Bioinformatique de Ouest Génopole.
– La plate-forme d’exploration des génomes bacteriens BAC T RANS2 , présent sur le site de la plateforme Bioinformatique de Ouest Génopole.
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Équipe
TALN : Traitement Automatique du
Langage Naturel
Responsable : Béatrice Daille
– Denis Bechet
Maı̂tre de Conférences, Université de Nantes, 2004
– Béatrice Daille
– Emmanuel Desmontils
Maı̂tre de Conférences, dans le thème IC jusqu’en 2003, Université de Nantes, —
– Alexandre Dikovsky
– Chantal Enguehard
– Christine Jacquin
Maı̂tre de Conférences, dans le thème IC jusqu’en 2003, Université de Nantes, —
– Nicolas Hernandez
– Laura Monceaux
– Emmanuel Morin
– Annie Tartier
PRCE - Maı̂tre de Conférences 2006, Université de Nantes, 2005
– Siham Boulaknadel
Doctorante co-tutelle Universite V Agdal, Faculté des Sciences, Rabat, Maroc, LINA,
20/09/2004
337
338
– Estelle Dubreil
Doctorante MENESR, LINA, 01/10/2002- Soutenance le 20/10/2006
– Fabrice Even
Doctorant CIFRE Crédit Mutuel/co-encadrement ATLAS-GRIM, LINA, 01/04/2000 - Soutenance le 5/10/2005
– Nordine Fourour
Doctorant MENESR, LINA, 01/10/2000 - Soutenance le 29/06/2004
– Lorraine Goeuriot
Doctorante MENESR, LINA, 01/10/2005
– Erwan Moreau
Doctorant MENESR, LINA, 01/10/2001 - Soutenance le 18/10/2006
– Yukie Nakao
Doctorante ressources propres, LINA - Université de Tokyo, 01/11/2006
– Freddy Perraud
Doctorant CIFRE Vision Objects, LINA, IRCCyN01/07/2002 - Soutenance le 19/12/2005
– Emmanuel Prochasson
Doctorant Prix Atlanthèse, LINA, 01/10/2006
– Boris Smilga
Doctorant ressources propres, LINA, 01/10/2004
– Annie Tartier
Doctorante,PREC, LINA, 01/10/1998 - Soutenance le 04/10/2004
– Sarah Trichet-Allaire
Doctorante Nantes Métropole, LINA, 01/10/2005
11.2.1 Historique
Anciennement le LIANA (équipe de recherche implantée à l’IUT de Nantes) sous la direction de
Jacques-Henri Jayez, l’équipe LN (Langage Naturel) a été intégrée à l’IRIN lors de sa création en 1992.
Cette équipe, sous l’animation de Christian Jacquemin et le recrutement de Chantal Enguehard en 1994
et de Béatrice Daille en 1996, a mené des recherches pionnières sur l’acquisition de termes à partir de
corpus à l’aide de méthodes mixtes alliant analyse syntaxique partielle et statistiques. Après le départ de
C. Jacquemin recruté comme professeur au LIMSI en 1997, l’IRIN recrute en 1998 Alexandre Dikovsky
qui développe une nouveau thème portant sur les modèles formels de la syntaxe. En 2002, B. Daille
soutient son HDR et prend la direction de l’équipe.
Avec la disponibilité toujours croissante de documents électroniques, l’analyse des données textuelles
et des connaissances qu’elles véhiculent s’affirme comme un enjeu majeur de la société de l’information,
comme l’attestent la présence du pilier technologique centré autour des “Connaissances” au sein de la
thématique TIC dans les 5ème , 6ème et 7ème Programmes Cadres de l’Union Européenne, les programmes
“Masses de données - Connaissances ambiantes” et “Technologies logicielles” de l’ANR, et le pôle mondial de compétitivité CAP DIGITAL dédié aux industries du contenu numérique. Il s’agit de permettre
TALN : Traitement Automatique du Langage Naturel
339
un accès équitable et permanent à l’information malgré une complexité toujours croissante des données
langagières écrites : apparition de nouveaux supports communicationnels comme les blogs ou de nouvelles formes de communications écrites comme les SMS, couplage à d’autres média, multilinguisme,
etc..
Les travaux de l’équipe comportent donc des recherches à caractère fondamental et des recherches
appliquées portant sur le lexique, la syntaxe et la sémantique des documents écrits. Dans le cadre de la
Théorie des langages, nous nous intéressons à caractériser nos modèles linguistiques du point de vue
de leur expressivité et des liens qu’ils entretiennent avec d’autres formalismes. L’Analyse et acquisition
lexicale vise à combler le manque de ressources lexicales disponibles et peut être considérée comme
la pierre angulaire de l’accès à l’information. Nous recensons le vocabulaire spécialisé, identifions et
catégorisons les noms propres, mais nous générons aussi le vocabulaire des SMS à partir de corpus de
textes. Ces travaux sur le repérage des unités lexicales en corpus sont directement intégrés dans deux
applications principales : l’extraction et la recherche d’information. En particulier, nous avons construit
un système de question-réponse qui permet d’expérimenter et de valoriser nos composants logiciels.
L’Analyse et acquisition grammaticale s’intéresse aux méthodes d’inférences robustes de grammaires
lexicalisées mais aussi à l’adaptation de modèles stochastiques à de nouvelles applications comme la
reconnaissance de l’écriture manuscrite ou la correction orthographique. L’Analyse du discours et des
documents s’effectue soit à l’aide de modèles prédicatifs, comme ceux dédiés à la génération de plans du
discours, soit à l’aide d’analyses lexico-discursives pour l’interprétation des collocations ou la résolution
des anaphores nominales, soit encore à l’aide d’une analyse sémantique différentielle permettant de
caractériser un document par rapport à d’autres documents.
11.2.3 Perspectives
Au sein des différentes thématiques de l’équipe, l’accent sera mis pour la période 2007-2010 sur les
points suivants : interface texte-sémantique, multilinguisme et multimédia.
Interface texte-sémantique
Nos recherches portent sur la définition de nouveaux modèles formels et de nouvelles méthodes et
outils pour l’analyse du discours.
M OD ÈLES FORMELS POUR L’ INTERFACE TEXTE - S ÉMANTIQUE
Les travaux sur les modèles formels s’orientent vers une prise en compte des liens entre les textes,
leur syntaxe et la sémantique pour proposer des modèles linguistiques multi-aspects plus réalistes et plus
homogènes. À travers ce fil conducteur, nous étudions :
1. la création de modèles de la syntaxe prenant en compte les dépendances distantes et discontinues
qui soient suffisamment expressifs tout en restant d’une complexité raisonnable (en particulier en
ce qui concerne l’analyse syntaxique) ;
2. la mise en œuvre dans des modèles riches sémantiquement d’algorithmes d’apprentissage qui
couvrent une partie significative du lexique d’un langage naturel.
en se concentrant sur trois aspects : la compositionalité des modèles, le passage à l’échelle et la couverture
du lexique engendré.
A NALYSE DU DISCOURS
Améliorer l’accès au contenu d’un document nécessite d’aller plus loin que la simple analyse locale
et d’exploiter la structuration discursive. Nous étudions l’analyse de la cohérence du discours en identifiant et en résolvant les anaphores nominales, très présentes dans les textes scientifiques. Nous travaillons
340
aussi sur la détection de la subjectivité, le calcul d’opinion de type axiologique ainsi que la détection de
sentiment. Ces recherches s’effectuent en collaboration avec O. Galatanu de la Faculté des Lettres de
Nantes. Cette collaboration a donné lieu au co-encadrement de thèse en linguistique d’E. Dubreuil soutenue en 2006 et au projet BLOGOSCOPIE.
En parallèle, pour améliorer l’accès à l’information dans des masses de données textuelles, nous cherchons à caractériser et classer les documents à l’aide de traits génériques. Pour cette tâche, nous adoptons
une analyse différentielle : nous n’analysons pas le texte seul pour en faire émerger des traits mais par
rapport à d’autres textes au sein d’un corpus textuel. L’objectif du projet C-mantic, classé 1er sur la liste
d’attente de l’appel ANR Masses de données et connaissances ambiantes en 2006, est d’instrumentaliser
l’analyse différentielle de corpus en développant des méthodes et des outils. Nous prévoyons aussi de
mettre en œuvre cette analyse différentielle pour la détection de plagiat et la surveillance d’impact au
sein du projet PIITHIE.
Multilinguisme
Le multilinguisme est l’un des objectifs maintenus du précédent projet scientifique. Il concerne :
1. l’exploitation de textes multilingues comparables pour en extraire des ressources lexicales multilingues. Nous cherchons à définir de nouvelles méthodes d’alignements pour les corpus comparables. Ces travaux font suite au projet DECO en partenariat avec le NII, Japon et l’INALCO. Il
intégre le chinois avec le projet ARCUS (Bretagne-Pays de Loire) et le projet C-mantic en collaboration avec l’université de Hong Kong ;
2. l’accès pour les langues “oubliées” aux diverses applications relevant des industries de la langues,
et en particulier les outils pour les grandes langues africaines peu dotées. Ce projet s’effectue
au sein du RIFAL (Réseau Intergouvernemental Francophone d’Aménagement Linguistique CNRS). Ces travaux concernent le recueil et la normalisation des textes, la création de dictionnaires électroniques, la mise au point de logiciels de dépouillement de textes et de correcteurs
orthographiques.
3. la recherche d’information multilingue avec l’extension du système de question-réponse PRODICOS au traitement des questions en anglais - réponses en français et à son évaluation au sein de la
campagne européenne CLEF.
Multimédia
Les données linguistiques sont présentes dans tous les média, que cela soit sous forme de textes écrits
ou transcrits à partir de bande sonore, de sous-titrages, d’annotations, etc. Dans le cadre de l’axe MULTIMEDIA du projet MILES - CE 2007-2013, nous nous intéressons au traitement conjoint de différents
média : analyse acoustique et langage naturel en collaboration avec le thème CHM du LIUM (U. Le
Mans) et le LLING (U. Nantes), écriture manuscrite en ligne et langage naturel en collaboration avec
l’IRCCyN et la société Vision Objects, image et langage naturel en collaboration avec l’équipe ATLASGRIM. Les applications sont l’interaction homme-machine sur dispositifs mobiles et les moteurs de
recherche de données multimédia.
341
11.3.1 Modèles formels du langage naturel
Les modèles formels pour les langues naturelles sont apparus à la suite des idées et des travaux des
linguistes structuralistes des années 1930. Les premiers modèles formels, les grammaires génératives,
représentaient principalement l’aspect syntaxique du langage. Cet aspect a débouché sur deux modèles
formels de la syntaxe structurelle : les structures de dépendances et les structures syntagmatiques (ou les
structures de constituants), d’autres structures, comme par exemple les structures de traits, combinant
les deux. Depuis les années 1970 et surtout depuis les travaux de Montague [128, 130], les modèles
formels s’intéressent aussi aux relations entre la structure syntaxique et la sémantique d’une manière
compositionnelle. Cette approche place les mots, ou leurs propriétés caractéristiques comme les types
sémantiques ou les catégories syntaxiques, au centre des modèles et privilégie les modèles lexicalisés aux
autres modèles formels. L’approche lexicalisée favorise l’application d’un certain nombres de techniques
mathématiques, pas seulement à la syntaxe et à la sémantique mais aussi à l’inférence automatique des
grammaires à partir d’exemples [122, 126].
11.3.2 Fouille textuelle
La fouille linguistique textuelle prend racine au sein de la linguistique distributionnelle [125] et inclue
les méthodes d’analyse linguistique partielle. Elle se caractérise par des techniques robustes stochastiques
ou symboliques [127] et s’oppose aux méthodes d’analyse en profondeur qui sont le plus souvent limitées
à cause de l’incomplétude des lexiques et des grammaires et de la longueur des phrases [119, 120]. Les
concepts centraux sont les notions de contexte et de voisinage [124, 121], définis en termes de fenêtres
ou de patrons, pondérés à l’aide de mesures de similarité, appris à l’aide de techniques d’apprentissage
supervisé. La flexibilité et la robustesse de l’analyse partielle permet le traitement de masses de données
textuelles pour l’accès à l’information. La difficulté porte sur le repérage des unités d’information homogènes et leur analyse, soit en fonction de classes sémantiques prédéfinies ou non, soit contrastivement.
La “légèreté” de l’analyse syntaxique est compensée par l’introduction d’analyse linguistique fine fondée
sur la micro-sémantique [129]. La fouille textuelle multilingue s’appuie sur des analyses monolingues
effectuées dans chacune des langues qu’il s’agira d’aligner. Pour les textes parallèles, i.e. un texte et sa
traduction, de nombreuses techniques d’alignement existent : symboliques, statistiques ou mixtes [131].
Pour les textes comparables, partageant un certain nombre de caractéristiques, les principales méthodes
s’appuient sur une analyse contextuelle adoptant le modèle vectoriel.
11.4.1 Recherche d’information
La Recherche d’information consiste à partir d’une requête exprimée en langage naturel (ou non) de
déterminer les documents les plus pertinents à partir d’une base documentaire. L’objectif, aujourd’hui,
consiste à rendre cette recherche de plus en plus précise, c’est-à-dire retourner à la fois une réponse
précise à la requête de l’utilisateur ainsi que les passages qui la valident. Ceci soulève de nombreux
problèmes liés à l’ambiguı̈té inhérente au langage naturel. Plusieurs pistes pour résoudre ces problèmes
sont envisageables. Nous en avons principalement étudié deux : l’une concerne l’utilisation de connaissances syntaxiques robustes et sémantiques pour affiner la requête afin d’orienter la recherche de la
342
réponse. L’autre concerne l’indexation des documents reposant sur une désambiguı̈sation sémantique
effectuée à l’aide ressources lexicales.
11.4.2 Veille scientifique et technologique
La veille technologique ou scientifique a pour mission d’observer et d’analyser l’activité des domaines scientifiques ou techniques. Ses résultats, intéressants en tant que tels pour une meilleure connaissance des domaines, sont aussi destinés à motiver des prises de décisions stratégiques et à mener des
études prospectives. Les cellules de veille utilisent le plus souvent des méthodes bibliométriques fondées
essentiellement sur la statistique lexicale. Des mesures sont définies à partir de comptages d’occurrences
et de co-occurrences d’indices jugés représentatifs de l’activité et de l’évolution du domaine. Ces indices
sont choisis parmi les informations repérables comme les revues, les publications, les auteurs, les citations, et enfin les mots, qui sont les meilleurs révélateurs des thèmes du domaine. La veille qui s’intéresse
donc à des entités extra-linguistiques le fait, pour une bonne part, au travers du traitement de matériaux
textuels, considérant que ceux-ci sont révélateurs de l’activité des domaines observés. C’est à ce niveau,
et au double titre de l’acquisition et de l’exploitation de terminologies, que nos travaux contribuent à
enrichir les outils de veille. En effet, un logiciel d’acquisition terminologique qui extrait des candidats
termes complexes, munis d’informations linguistiques, apporte d’autres perspectives en proposant une
image plus fine des concepts que ne peuvent le faire des occurrences de mots simples. La mise au point,
en cours d’élaboration, d’un prototype pour l’étude diachronique de l’attestation terminologique coı̈ncide
avec l’un des objectifs majeurs de la veille, celui de l’évolution des activités des domaines observés.
11.4.3 Reconnaissance de l’écriture manuscrite
Les travaux que nous poursuivons en modélisation probabiliste du langage trouvent une application
concrète dans les nouveaux systèmes mobiles communicants (assistant numérique, ardoise électronique,
tablette PC, etc.). Dans ces engins nomades, la communication avec le système se fait au moyen d’un
stylet qui apporte une plus grande solution de confort que le clavier. En l’absence de clavier, les informations saisies par l’utilisateur se présentent sous la forme d’un tracé manuscrit qui n’est ni figé ni statique.
Il s’agit donc de proposer une séquence de mots correspondant à un signal observé pour lequel on ne
connaı̂t pas la longueur de chaque forme élémentaire (chaque mot dans la phrase et chaque caractère
dans un mot). Il est donc intéressant d’associer à l’algorithme de reconnaissance de formes un modèle
du langage qui participe à l’identification de la phrase la plus probable.
11.4.4 Traduction automatique et automatisée
Il existe de applications importantes, telles que les systèmes de traduction automatique et les systèmes
d’aide à la traduction humaine qui visent l’interprétation complète et précise des textes, en combinant
l’analyse fine des phrases avec l’interprétation exacte de leurs structures dans un but de génération, de
périphrase, etc. Dans le cadre de ces systèmes sont utilisés des algorithmes complets d’analyse. Il existe
plusieurs classes de grammaires formelles, dont les grammaires de dépendance, qui sont utilisables pour
une analyse syntaxique complète et fine (ainsi non robuste) dont le coût est acceptable en pratique. Un
de leurs avantages importants est qu’elles conduisent à des représentations sémantiques et peuvent être
utiles pour la génération d’énoncés à partir de représentations sémantiques. Nos travaux sur la sémantique
formelle des grammaires de dépendance sont susceptibles de combler le vide dans les systèmes de traduction automatique en proposant une sémantique formelle, compositionnelle dont la complexité est
343
raisonnable. Étant plus simple que les sémantiques logiques, cette sémantique est définie en termes proprement linguistiques : situations, types, rôles et diathèses sémantiques et est liée étroitement aux arbres
de dépendances.
11.5.1 Théorie des langages
Participants : Denis Béchet, Alexandre Dikovsky, Erwan Moreau.
Les modèles formels du langage naturel développés dans l’équipe permettent de prendre en compte
des phénomènes linguistiques souvent mal traités comme les dépendances distantes ou croisées. Nous
nous intéressons ici à caractériser nos modèles linguistiques du point de vue de leur expressivité et des
liens avec d’autres formalismes.
Expressivité
Nous avons introduit la classe des grammaires catégorielles de dépendance, beaucoup plus expressives que les grammaires de dépendance de Hays–Gaifman, les grammaires de liens, les grammaires projectives de Lombardo–Lesmo et plusieurs autres grammaires de dépendance. En particulier, ces grammaires expriment les dépendances non-projectives (discontinues) et génèrent des langages contextuels
non algébriques. Nous avons démontré qu’avec des conditions réalistes (qui correspondent à l’hypothèse
que la mémoire dynamique humaine, utilisée pour gérer les syntagmes discontinus, est bornée), ces grammaires de dépendance sont transformées en grammaires hors contexte équivalentes [39]. En collaboration avec M. Dekhtyar, nous avons formalisé ces grammaires catégorielles de dépendance par un calcul
sous commutatif de types polarisés du premier ordre ce qui a permis d’élaborer un algorithme d’analyse des grammaires catégorielles de dépendance en temps polynomial très efficace comparé aux autres
algorithmes d’analyse en dépendance [35]. Dans la même optique, nous avons introduit une nouvelle
classe de grammaires de dépendance : les grammaires de structures de dépendance. Ces grammaires à
règles de substitution sont utiles pour définir les grammaires de dépendance à grande échelle. Dans [27],
ces grammaires sont définies et plusieurs conditions nécessaires et suffisantes d’équivalences fortes et
faibles avec les grammaires catégorielles de dépendance sont proposées même si ces deux modèles sont
complémentaires.
Propriétés formelles
Les études sur les propriétés des langages formels ont porté sur le calcul de la complexité d’algorithmes, sur la mise en évidence de relations entre formalismes et sur la démonstration de l’inclusion de
classes de langages.
Les quatre articles publiés durant la période 2003–2006 en collaboration avec Michael Dekhtyar et
Mars Valiev abordent la complexité de la vérification de propriétés exprimées en logiques temporelles
(P T L, CT L, CT L∗ , µ-calcul) du comportement coopératif d’agents intelligents [60, 84, 14, 10]. Les
bornes exactes de la complexité de ces problèmes en fonction des contraintes structurelles et sémantiques
ont été établies. Nous avons aussi démontré que sous certaines contraintes réaliste, on peut vérifier
en temps polynomial les propriétés de comportement d’un système multi-agent exprimées en sous ensembles larges des logiques temporelles du premier ordre.
344
En ce qui concerne les grammaires catégorielles, nous avons étudié certains problèmes ouverts
concernant l’inclusion de classes de grammaires ainsi que les liens de ces grammaires avec d’autres
formalismes. Dans [30], nous avons montré que les grammaires de Lambek non-associatives k-valuées
forment une hiérarchie stricte de classes de langages. Nous avons aussi proposé une transformation des
grammaires de lien vers les grammaires catégorielles dans le but d’utiliser les grammaires disponibles
dans le domaine des grammaires catégorielles [46].
Un autre modèle que nous étudions concerne les grammaires de prégroupe. En utilisant une notion
de composition partielle, nous avons introduit un nouvel algorithme pour l’analyse syntaxique de ces
grammaires [80]. Cette technique est aussi utilisable pour le calcul de Lambek dans une version plus
complexe [79, 12].
11.5.2 Analyse et acquisition lexicale
Participants : Béatrice Daille, Emmanuel Desmontils, Chantal Enguehard, Fabrice Even, Nordine
Fourour, Christine Jacquin, Laura Monceaux, Emmanuel Morin, Freddy Perraud, Annie Tartier.
Dans les domaines techniques, le recensement du vocabulaire spécialisé reste un problème majeur,
tout comme l’identification des relations qui peuvent le structurer. La reconnaissance et le typage des
entités nommées qui réfèrent à des concepts uniques et partagés sont également essentiels.
Les approches d’acquisition et de structuration de la terminologie sont souvent moins complémentaires
qu’elles le paraissent et relèvent de finalités distinctes. L’acquisition vise à collecter des listes de termes
pour recenser un lexique spécialisé alors que la structuration s’intéresse à l’organisation de ces données,
à leurs relations hiérarchiques ou non, et aux types des liens. Afin d’offrir une meilleure complémentarité
entre ces deux aspects, nous étudions des techniques d’acquisition de connaissances sémantiques à partir
de textes s’appuyant conjointement sur la collecte de termes et de relations sémantiques élémentaires,
et sur leur corrélation dans une recherche de variantes complexes. D’un point de vue multilingue, nous
nous intéressons à la constitution de terminologies spécialisées à partir de corpus comparables.
Les travaux en acquisition et analyse lexicale sont utilisés dans trois applications relevant du domaine de
la recherche d’information : extraction d’information, système de question-réponse et recherche d’information en langue arabe.
Termes
Acquisition de terminologie
Le logiciel ACABIT est un extracteur de termes qui a pour objectif de préparer la tâche du terminologue en lui proposant une liste ordonnée de candidats-termes pour un corpus préalablement étiqueté et
lemmatisé [2]. Il peut traiter des données textuelles volumineuses (corpus de plus d’1 million de mots) et
fonctionne sur le français, sur l’anglais et à récemment été adapté au Japonais [51]. L’une des spécificités
d’ACABIT est la prise en compte des variations des termes complexes : flexionnelles, syntaxique et morphosyntaxiques. Une typologie exhaustive des variations utiles pour l’extraction terminologique et les
méthodes informatiques nécessaires ont été présentées dans [4, 102, 82]. Ces variations ont été utilisées
pour structurer la terminologie extraite à l’aide de liens sémantiques [33].
Le logiciel ANA est également un extracteur de termes [6]. Il n’est pas fondé sur une approche statistique
mais utilise des heuristiques afin de s’adapter aux textes à explorer. Il est donc facilement adaptable pour
différentes langues et est capable de traiter des textes de basse qualité.
345
Structuration de terminologie
Afin d’offrir une meilleure complémentarité entre acquisition sémantique et acquisition terminologique, nous avons proposé une nouvelle méthode pour la structuration automatique de termes polylexicaux qui s’appuie, non sur des régularités syntaxiques, mais sur des liens entre mots simples extraits
automatiquement à partir de corpus. Notre approche combine l’extraction de relations sémantiques entre
termes simples à partir de corpus et la reconnaissance de variantes sémantiques de termes complexes
afin d’étendre les relations entre mots simples à des relations plus spécialisées entre termes complexes.
De cette manière, seule une partie des relations entre termes simples se retrouve sur les termes complexes. Par exemple, la relation entre les termes fruit et raisin peut être transférée vers un autre domaine
conceptuel qui correspond à une partie différente de la taxinomie (comme pour la relation entre jus de
fruit et jus de raisin du domaine des jus), ou spécialisée en une relation identique mais pour des concepts
plus spécifiques (comme pour la relation entre fruit sec et raisin sec qui demeure dans le domaine des
fruits). Les relations ainsi extraites ne permettent pas de construire directement un réseau syntagmatique
ou paradigmatique dénotant de classes de concepts ou de relations du domaine d’étude. Néanmoins, ces
relations entre termes complexes, de par leur spécificité, sont des données précieuses pour tout accès à
l’information en domaine de spécialité [11, 105].
Extraction de terminologies bilingues
Nous nous intéressons à l’extraction de termes complexes bilingues pour des domaines spécialisés
dans des textes comparables. Ce travail, plus délicat que celui de l’extraction de termes simples bilingues,
doit répondre à des caractéristiques précises. D’une part, les termes simples et complexes ne se traduisent
pas systématiquement par un terme de même longueur suivant une hypothèse de traduction mot à mot
(par exemple le terme essence d’ombre est traduit en anglais par shade tolerant species). D’autre part,
la traduction d’un terme complexe n’est pas toujours obtenue par la traduction de ces composants (par
exemple, le terme plantation énergétique est traduit en anglais par fuel plantation, où fuel n’est pas
la traduction de énergétique). Enfin, les variations des termes doivent être prises en compte dans le
processus de traduction (par exemple, les termes français aménagement de la forêt et aménagement
forestier sont traduits par le même terme anglais forest management). Dans le cade de ce travail, nous
avons ainsi proposé et évalué une m

Rapport d`activité 2003–2006 - Lina

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