Algorithmes exacts pour l'optmisation polynomiale

Exact Algorithms for Polynomial Optimisation

• Auteur / Autrice : Andrew Ferguson
• Direction : Mohab Safey El Din, Jérémy Berthomieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 24/10/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIP6 (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Escoffier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alin Bostan, Hamza Fawzi Altakroury, Fatemeh Mohammadi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cordian Riener, Victor Magron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Géométrie algébrique

Approximation polynomiale

Gröbner, Bases de

Mots clés libres

Bases de Groebner

Algorithmes

Optimisation

Polynômes

Exact

Sommes des carrés

Groebner bases

Algorithms

Optimisation

Résumé

Dans cette thèse, nous nous appuierons sur la méthode dite du point critique pour calculer une représentation exacte de l'infimum d'un polynôme restreint à un ensemble algébrique. Dans un premier temps, nous démontrons une amélioration de la complexité du calcul des valeurs critiques par une étude approfondie des calculs des bases de Gröbner. À l'aide de ces techniques, nous établissons une méthodologie pour étudier de nombreux problèmes connexes, y compris certains qui se posent dans l'approche populaire des sommes de carrés (SOS) de l'optimisation polynomiale. Ensuite, le cadre permettant de traiter les domaines non compacts repose sur des valeurs critiques généralisées qui donnent une généralisation du théorème de la fibration d'Ehresmann aux situations non appropriées. En suivant les travaux de Kurdyka, Orro et Simon, nous concevons des algorithmes efficaces pour calculer ces valeurs en un temps singulièrement exponentiel dans la dimension de l'espace ambiant. Enfin, nous donnons les premiers pas vers une compréhension de la structure algébrique des décompositions SOS de polynômes.

In this thesis, we shall rely on the so-called critical point method to compute an exact representation of the infimum of a polynomial restricted to an algebraic set. Firstly, we demonstrate an improvement in the complexity of computing the critical values by a close study of Gröbner bases computations. Using these techniques, we lay out a methodology to study many related problems, including some that arise in the popular sums of squares (SOS) approach to polynomial optimisation. Then, the framework allowing one to handle non-compact domains relies on generalised critical values which give a generalisation of Ehresmann’s fibration theorem to non-proper situations. Following the works of Kurdyka, Orro and Simon, we design efficient algorithms for computing said values within time singly exponential in the dimension of the ambient space. Finally, we give the first steps towards an understanding of the algebraic structure of SOS decompositions of polynomials.