Solutions optimales des problèmes de recouvrement sous contraintes sur le degré des nœuds

Optimal solutions of problems of finding spanning tree with constraints on the degree of the nodes

• Auteur / Autrice : Massinissa Merabet
• Direction : Miklós Molnár, Sylvain Durand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Miklós Molnár, Sylvain Durand, Cristina Bazgan, David Coudert, Jean-Claude König, Christian Laforest
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cristina Bazgan, David Coudert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arbres (théorie des graphes) -- Informatique

Explorations de graphes

Optimisation combinatoire

Mots clés libres

Théorie de graphes

Problèmes de recouvrement

Problème de Steiner sous contraintes sur le degré des nœuds

Hiérarchies et arbres de recouvrement

Optimisation combinatoire

Graph theory

Spanning problems

Steiner problem with constraints on the degree of the nodes

Hierarchies and spanning tree

Combinatorial optimization

Résumé

Le travail que nous développons dans le cadre de cette thèse s'articule autour des problèmes de recherche de structure de recouvrement de graphes sous contrainte sur le degré des sommets. Comme l'arbre de recouvrement couvre les sommets d'un graphe connexe avec un minimum de liens, il est généralement proposé comme solution à ce type de problèmes. Cependant, pour certaines applications telles que le routage dans les réseaux optiques, les solutions ne sont pas nécessairement des sous-graphes. Nous supposons dans cette thèse que la contrainte sur le degré est due à une capacité limitée instantanée des sommets et que la seule exigence sur le recouvrement est sa connexité. Dans ce cas, la solution peut être différente d'un arbre. Nous reformulons ces problèmes de recouvrement en nous appuyant sur une extension du concept d'arbre appelée hiérarchie de recouvrement. Notre objectif principal est de démontrer son intérêt vis-à-vis de l'arbre en termes de faisabilité et de coût du recouvrement. Nous considérons deux types de contraintes sur le degré : des bornes sur le degré des sommets ou une borne sur le nombre de sommets de branchement et cherchons dans les deux cas un recouvrement de coût minimum. Nous illustrons aussi l'applicabilité des hiérarchies en étudiant un problème prenant davantage en compte la réalité du routage optique. Pour ces différents problèmes NP-difficiles, nous montrons, tant sur le coût des solutions optimales que sur la garantie de performance des solutions approchées, l'intérêt des hiérarchies de recouvrement. Ce constat se voit conforté par des expérimentations sur des graphes aléatoires.

The work conducted in this thesis is focused on the minimum spanning problems in graphs under constraints on the vertex degrees. As the spanning tree covers the vertices of a connected graph with a minimum number of links, it is generally proposed as a solution for this kind of problems. However, for some applications such as the routing in optical networks, the solution is not necessarily a sub-graph. In this thesis, we assume that the degree constraints are due to a limited instantaneous capacity of the vertices and that the only pertinent requirement on the spanning structure is its connectivity. In that case, the solution may be different from a tree. We propose the reformulation of this kind of spanning problems. To find the optimal coverage of the vertices, an extension of the tree concept called hierarchy is proposed. Our main purpose is to show its interest regarding the tree in term of feasibility and costs of the coverage. Thus, we take into account two types of degree constraints: either an upper bound on the degree of vertices and an upper bound on the number of branching vertices. We search a minimum cost spanning hierarchy in both cases. Besides, we also illustrate the applicability of hierarchies by studying a problem that takes more into account the reality of the optical routing. For all those NP-hard problems, we show the interest of the spanning hierarchy for both costs of optimal solutions and performance guarantee of approximate solutions. These results are confirmed by several experimentations on random graphs.