Réseaux complexes

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La résilience des réseaux complexes

La résilience des réseaux complexes

Éventuellement, nos travaux pourront conclure vers le développement de stratégies d’inter- vention pour rétablir les fonctions d’origine du système. Les objets à l’étude sont les réseaux complexes dynamiques tels que décrits dans les sections précédentes. Les perturbations seront toujours structurelles et prendront la forme d’un retrait de liens. Cette forme de perturbation a été choisie, car elle est commune à plusieurs scénarios. Pensons aux écosystèmes où on répand un pesticide sur certaines plantes et qui a pour effet de couper des liens dans le réseau trophique, ou même à une lésion physique dans un système neuronal. Nous aurons l’occasion de découvrir plusieurs autres exemples au cours de cet exposé. Détecter une perturbation structurelle – Une tâche essentielle en résilience des systèmes, notamment dans le cadre des changements climatiques, est d’être capable de détecter le plus rapidement possible l’existence d’agents perturbants dans un système. Pour s’y prendre, il faut se baser sur des jeux de données décrivant des réseaux complexes. Le défi est de taille considérant parfois les faibles volumes de données disponibles et la complexité des objets. Une avenue intéressante pour la détection des perturbations sur les réseaux complexes dyna- miques est d’étudier les séries temporelles de l’activité des noeuds. De manière similaire à la détection par électroencéphalographie des crises épileptiques, l’activité sur le réseau peut être un indicateur de perturbations.
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Analyse de réseaux complexes réels via des méthodes issues de la matrice de Google

Analyse de réseaux complexes réels via des méthodes issues de la matrice de Google

montrent l'importance capitale du commerce international pour la santé économique et le dé- veloppement des pays [ 65 ]. La banque de données Comtrade est une collection des transactions commerciales mettant en jeu plus de 294 pays pour plus de 10 000 produits. La théorie des réseaux complexes et les récents outils mathématiques utilisés pour l'analyse de leurs struc- tures [ 66 ] sont applicables à l'étude du commerce international. Par exemple dans [ 67 , 68 ], l'utilisation de la matrice de Google, ainsi que des algorithmes PageRank et CheiRank [ 22 , 23 ], permettent une analyse du réseau du commerce international sur plusieurs périodes. Ces mé- thodes ont été utilisées dans l'étude d'autres réseaux dirigés [ 69 ]. La construction de la matrice de Google associée au commerce international permet une étude équitable en mettant tous les pays sur un même pied d'égalité. En eet, la matrice de Google étant un opérateur de Perron, chaque colonne est normalisée. Ainsi, les pays riches et les pays pauvres sont pris en compte de la même manière, leurs capacités totales d'importation et d'exportation respectives étant normalisées. L'utilisation des vecteurs PageRank et CheiRank, relatifs au réseau du commerce international, donne une mesure de l'importance économique pour l'importation et pour l'ex- portation. La complexité d'un tel réseau requiert l'analyse des liens directs et indirects entre pays. La méthode de la matrice de Google réduite, introduite dans [ 30 ], appliquée au réseau d'articles Wikipédia [ 31 , 46 ] et aux interactions entres protéines [ 45 ], est ecace. Cette mé- thode (voir section 2.7 ), permet d'extraire le sous-réseau constitué des n÷uds d'intérêts avec leurs liens directs ainsi que d'extraire les liens indirects entre ces n÷uds. Dans l'étude présentée ici, nous avons utilisé cette dernière méthode pour mesurer l'impact économique du pétrole et du gaz issus d'exportateurs n'appartenant pas à l'Union européenne sur les pays membres de l'Union européenne des 27 (UE27), membres de l'Union européenne avant l'intégration de la Croatie. Nous nous sommes concentrés sur les sous-réseaux de transactions commerciales entre les pays de l'UE27 et des grands exportateurs hors UE tels que, la Russie (RU), les États-Unis (US), l'Arabie Saoudite (SA) et la Norvège (NO). Nous avons utilisé ces sous-réseaux an de mesurer l'impact économique de l'UE27 face à un changement du prix du pétrole et du gaz en provenance de ces exportateurs. Dans cette étude, nous analysons le commerce international à l'échelle de 277 pays, pour 61 produits et pour les années 2004, 2008, 2012 et 2016. L'étude est présentée comme suit. En premier, nous allons voir la méthode de construction de la matrice
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Apprentissage de plongements lexicaux par une approche
réseaux complexes

Apprentissage de plongements lexicaux par une approche réseaux complexes

Dans le domaine des réseaux complexes, ces matrices de co-occurrences sont appelées graphes ou réseaux. L’étude du langage naturel par le prisme des réseaux complexes n’est pas une science nouvelle. L’état de l’art du domaine utilise également de grands corpus pour construire des réseaux G = (V, E) tels que chaque nœud u ∈ V du réseau représente un terme du vocabulaire, et un lien (u, v) ∈ E entre deux nœuds représente une co-occurrence dans le corpus entre deux termes. Ces réseaux peuvent être dirigés, ou valués, on se dote alors d’une fonction w qui associe un poids à chaque lien w : E → IR.
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La structure communautaire comme paradigme d'organisation des réseaux complexes

La structure communautaire comme paradigme d'organisation des réseaux complexes

Avant-propos Comme vous serez à même de le constater, ce mémoire tient autant du carnet de voyage que de la thèse scientifique. Le premier chapitre constitue une sorte de résumé des différents concepts et lectures qui ont su frapper mon imaginaire lorsque j'ai entrepris mon exploration des réseaux complexes. Bien que tous les résultats présentés aient été produits pour ce mémoire, ils sont en fait repro- duits ou inspirés de la littérature. Les trois chapitres suivants sont des retranscriptions de trois des articles que j'ai eu le plaisir de rédiger pendant ma maîtrise. A noter que les articles vous seront présentés ici dans le désordre et accompagnés de mises en contexte ; dans l'espoir de raconter une histoire plus passionnante. En tant que premier auteur, j'ai été initiateur et res- ponsable de chaque étape des travaux qui y sont détaillés. Mis à part quelques changements dans la mise en page et une modification mineure au texte, ils sont présentés tel que publiés dans leur journal respectif. À l'exception du troisième article, qui se trouve au Chapitre 4 et qui est en fait le premier que j'ai écrit, où une erreur qui avait réussi à se glisser dans la version finale est ici corrigée. Le chapitre de conclusion jette pour sa part un dernier regard sur le chemin parcouru avant de se tourner vers le futur.
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De la détection de la structure communautaire des réseaux complexes

De la détection de la structure communautaire des réseaux complexes

Il s’agit d’une version préliminaire d’un article initialement préparé pour la conférence COM- PLEX 2012 (Santa-Fe, New-Mexico). 2.2 Résumé Les algorithmes de détection communautaire visent à assigner les noeuds et les liens d’un ré- seau complexe à des communautés significatives (e.g. groupes, modules fonctionnels). Leur dévelop- pement a mené à une meilleure compréhension de l’organisation des réseaux complexes. Ici, nous avançons que la plupart des algorithmes de détection identifient correctement les communautés pro- éminentes des réseaux de grandes tailles, mais que ce succès n’est pas reproduit à toutes les échelles. Par conséquent, ces algorithmes laissent une portion importante des noeuds et liens mal ou non assi- gnés. Nous montrons que les communautés denses sont à l’origine de ce problème, car elles agissent comme un écran qui cachent les petites communautés. Nous proposons un méta-algorithme de détec- tion en cascade polyvalent qui élimine ce problème. Nous illustrons notre approche en l’appliquant à deux algorithmes populaires, que nous utilisons ensuite pour identifier la structure communautaire de plusieurs réseaux réels. Les algorithmes modifiés nous permettent d’identifier des communautés jus- qu’alors ignorées par les algorithmes originaux, ce qui mène à une réduction importante de la fraction de liens non-assignés.
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De la structure croissante des réseaux complexes : approche de la géométrie des réseaux

De la structure croissante des réseaux complexes : approche de la géométrie des réseaux

Un type important de contraintes extérieures est lié à la localisation géographique des nœuds, c’est- à-dire leur position sur la Terre. Ces contraintes sont dites spatiales. Elles apparaissent sous généra- lement sous la forme d’un coût associé à la longueur des liens, comme pour la formation de synapses dans le cerveau [ 26 ], ou d’un proximité nécessaire pour établir une connexion, comme pour les ré- seaux ad-hoc de wifi [ 77 ]. Cependant elles sont généralement toutes liées à une minimisation de la distance géographique entre les nœuds. Avec du recul, on peut se convaincre facilement que des contraintes spatiales sont présentes dans un grand nombre de réseaux complexes : les infrastruc- tures urbaines (grilles électriques [ 4 ], réseaux routiers [ 28 ]), les réseaux de transport (réseaux de lignes aériennes [ 60 , 78 ]) et les réseaux neuronaux [ 26 ] sont tous des exemples typiques de réseaux réels soumis à des contraintes spatiales. Ces réseaux font partie de l’ensemble des réseaux spatiaux. Même si le cadre théorique des réseaux spatiaux fut d’abord développé pour étudier l’effet de l’espace géographique sur la structure, on peut également l’utiliser pour décrire des réseaux sans coordonnées spatiales a priori. On parle alors d’espace de plongement caché 7 (embedding) que les nœuds occupent
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Un processus empirique à valeurs mesures pour un système de particules en interaction appliqué aux réseaux complexes

Un processus empirique à valeurs mesures pour un système de particules en interaction appliqué aux réseaux complexes

Chapitre 5 Conclusion et perspectives On a introduit dans cette thèse un nouveau cadre de modélisation des réseaux sociaux basé sur les processus aléatoires à valeurs mesures. L’état du modèle est caractérisé en temps continu par des mesures atomiques représentant les membres du réseau par leurs positions dans un espace latent. La dynamique du réseau est caractérisée par trois mesures aléatoires de Poisson représentant les événements d’arrivée et de départ. En particulier, les arrivées obéissent à un mécanisme d’attachement préférentiel, i.e. les nouveaux membres ont tendance à se connec- ter aux membres les plus connectés. Ce mécanisme est caractérisé dans notre modèle par l’événement de recrutement par affinité. L’attachement préférentiel est une caractéristique importante de nombreux réseaux réels, en particulier des réseaux sociaux. Celle-ci permet d’engendrer des réseaux invariant d’échelle, c’est-à-dire des graphes dont le degré des nœuds suit une loi de puissance. En particulier, les réseaux invariants d’échelle sont caractérisés par la présence de nœuds centraux (hubs) dont le degré dépasse largement le degré moyen dans le graphe. Une telle structure correspond notamment aux réseaux sociaux numériques composés de quelques nœuds centraux (célébrités, personnages publiques, etc.) connectés à des milliers voir à des millions d’autres individus, et du reste des membres ayant quelques connections. Par ailleurs, dans les réseaux numériques, il arrive qu’un nouveau nœud émerge rapidement, voir instantanément comme nœud central. Notre modèle permet un tel mécanisme où un nouvel individu peut choisir une position latente dans une zone à forte densité, ce qui lui permet d’être instantanément connecté à tous les membres qui se trouvent à une distance inférieure au rayon d’affinité et donc de devenir un nœud central. Ainsi, ce mécanisme offre la possibilité d’apparitions de nœuds centraux (hubs) indépendamment de leurs anciennetés 1 .
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L’imagerie fonctionnelle des neurones individuels au sein de réseaux complexes

L’imagerie fonctionnelle des neurones individuels au sein de réseaux complexes

L’étude MEMRI que nous avons menée a permis de faire passer la MRM de l’obser- vation de structures statiques à l’ob- servation des propriétés fonctionnelles dynamiques des réseaux neuronaux et de neurones individuels. Pour cela, nous avons utilisé le mollusque marin aplysie (Figure 1), dont le système nerveux est composé d’un nombre réduit de neurones qui sont les plus gros du règne animal (quelques centaines de micromètres) [7] . Chez ce modèle animal simple, les neurones formant les réseaux respon- sables de la genèse de son comportement

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Dynamiques neuro-gliales locales et réseaux complexes pour l'étude de la relation entre structure et fonction cérébrales.

Dynamiques neuro-gliales locales et réseaux complexes pour l'étude de la relation entre structure et fonction cérébrales.

Dans la suite de ce chapitre, nous consid´erons un mod`ele de r´eseau neuro-glial pour lequel une des r´egions (ou nœuds), que nous nommerons par la suite « la r´egion 1 », a une activit[r]

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Inférence et réseaux complexes

Inférence et réseaux complexes

Dans cette thèse, nous avons montré à l’aide de problèmes concrets que l’inférence statis- tique devra faire partie—et fait même déjà partie—de cette nouvelle vague. Du point de vue structurel, nous avons conclu que le modèle stochastique par blocs (SBM) est une clé de lec- ture nécessaire à la bonne compréhension de la structure de tout réseau (partie I), d’une part parce qu’il est universel (Chap. 2 ) et d’autre part parce qu’il est cohérent (Chap. 3 ). Pour ce faire, nous avons adopté une approche statistique rigoureuse, plutôt que l’approche algo- rithmique ad hoc plus traditionnelle. On a ainsi pu illustrer la puissance du paradigme de l’inférence réseau. Du point de vue temporel, nous avons montré qu’on peut comprendre la reconstruction du passé comme un problème d’estimation bayésien (partie II). Nous avons utilisé le modèle de l’attachement préférentiel comme modèle génératif (Chap. 4 ), ce qui nous a permis de récupérer l’histoire de réseaux autant artificiels que réels. Finalement, au- delà des réseaux, nous avons démontré qu’on peut combiner une généralisation des réseaux, homologie, et test d’hypothèses pour analyser la structure des systèmes complexes et quan- tifier leur niveau d’organisation (Chap. 5 ).
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Dynamiques stochastiques sur réseaux complexes

Dynamiques stochastiques sur réseaux complexes

P.-A. No¨el, A. Allard, L. H´ebert-Dufresne, V. Marceau and L. J. Dub´e D´epartement de Physique, de G´enie Physique et d’Optique, Universit´e Laval, Qu´ebec On consid` ere la dynamique sur r´ eseaux du point de vue des processus sto- chastiques de Markov. On d´ ecrit partiellement l’´ etat du syst` eme ` a l’aide de motifs et inf` ere toutes donn´ ees manquantes ` a l’aide de l’information dis- ponible. Cette approche polyvalente est particuli` erement bien adapt´ ee ` a la mod´ elisation des processus de propagation et/ou de la dynamique des popu- lations. En particulier, la g´ en´ eralit´ e de notre cadre syst´ ematique et le fait que ses suppositions soient explicitement donn´ ees, sugg` ere qu’il pourrait ˆ etre uti- lis´ e comme une base commune pour comparer des mod` eles d’´ epid´ emies exis- tants trop complexes pour une comparaison directe, tel que des simulations informatiques bas´ ees sur des agents. On fournit plusieurs exemples pour les cas particuliers des dynamiques susceptible-infectieux-susceptible (SIS) et susceptible-infectieux-retir´ e (SIR) (par exemple la propagation d’´ epid´ e- mies) et on observe plusieurs situations o` u des r´ esultats pr´ ecis peuvent ˆ etre obtenus ` a un faible coˆ ut algorithmique. Notre perspective r´ ev` ele un subtil ´ equilibre entre les exigences complexes d’un mod` ele r´ ealiste et ses supposi- tions de base.
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Graphes, réseaux, réseaux sociaux : vocabulaire et notation

Graphes, réseaux, réseaux sociaux : vocabulaire et notation

Version 1 - Septembre 2010 Toute personne désireuse de s’attaquer à l’analyse de réseaux se heurte à deux problèmes liés au vocabulaire utilisé. Le premier problème concerne les préférences disciplinaires : selon que l’on lit un physicien, un sociologue, un mathématicien ou un géographe, soit les mêmes termes n’ont pas le même sens, soit, ce qui est plus courant, plusieurs termes différents en désigne un même objet. Le deuxième problème est lié à la langue. Certains termes anglais ont été adaptés en français de façon parfois maladroite (demi degré intérieur pour in-degree par exemple). Pour corser le tout, un graphe est par défaut orienté pour les mathématiciens francophones (voir Bergé, 1973[1]) et non orienté pour les mathématiciens anglophones (West, 2001[6]). . . Le choix fait ici est de systématiquement indiquer entre parenthèses et en italiques le ou les équivalent(s) anglophones aux termes définis, sauf lorsqu’il est quasi équivalent au terme français 1 .
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Complexes moment-angle et variétés complexes

Complexes moment-angle et variétés complexes

4.1 Complexes simpliciaux La fonction BaseChaines donne la liste des générateurs des chaînes simpliciales d’un complexe donné. Les fonctions Homologie et HomologieReduite calculent l’ho- mologie réduite ou non à coefficients entiers d’un complexe. Le résultat obtenu est la liste des nombres de Betti du complexe ainsi que la liste de ses nombres de torsion. CohomologieReduite donne la cohomologie réduite du complexe, présen- tée sous la même forme. GenerateursCycles explicite une famille génératrice des cycles (i.e. les éléments du noyau de l’opérateur de bord) et BaseHomologieReduite calcule des représentant d’une base de l’homologie, dans le cas où il n’y a pas de torsion.
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Développement d'un dispositif d'extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la production de réseaux fluidiques complexes par moulage rapide

Développement d'un dispositif d'extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la production de réseaux fluidiques complexes par moulage rapide

Le dispositif d’extrusion tridimensionnelle qui a été développé au cours de ce projet a permis de fabriquer des structures de sucre vitrifié d’une précision et d’une complexité à ce jou[r]

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Assemblage des complexes ribonucléoprotéiques

Assemblage des complexes ribonucléoprotéiques

viral proteins) et sa cible RRE (Rev response element), ou entre les RRM 1-2 de la nucléoline et sa cible NRE [23] , ont pu être déterminées. Ces liaisons ont été ensuite confir- mées par des analyses structurales des deux complexes. Contrairement aux tests génétiques précédents qui ont lieu in vivo - donc dans un environnement complexe - la technique du phage display permet in vitro d’isoler aussi de nouvelles cibles d’ARN et de déterminer les acides ami- nés impliqués dans la reconnaissance spécifique et la force de l’interaction. Le principe de cette technique est de lier physiquement une protéine à sa séquence codante grâce à un phage qui expose à sa surface une protéine codée par un plasmide qu’il contient (protéine en fusion avec la protéine d’attachement du bactériophage M13, par exemple). On peut ainsi introduire diverses mutations dans la protéine à tester et réaliser une banque de bacté-
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Etude de mécanismes moléculaires et de lois physiques qui régissent l'auto-organisation des microtubules en réseaux ordonnés et complexes in vitro

Etude de mécanismes moléculaires et de lois physiques qui régissent l'auto-organisation des microtubules en réseaux ordonnés et complexes in vitro

Introduction de mon travail de thèse Le cytosquelette de MTs joue un rôle essentiel dans la morphogenèse cellulaire. Nous venons de voir dans le chapitre introduction que ces réseaux sont restructurés par la cellule tant au cours de la morphogenèse que durant le cycle cellulaire afin de répondre à ses besoins, le tout étant finement régulé par de nombreuses MAPs. Comme je l’ai décrit précédemment, ces réseaux de MTs peuvent être organisés soit à partir d’un centre organisateur de MTs, soit de façon acentrosomale (ils sont alors dans ce dernier cas majoritairement organisés en faisceaux). Dans ce contexte, une partie de mon travail de thèse a été d’étudier les mécanismes qui permettent la formation de faisceaux à partir de MTs individuels. Cette étude a débuté sur la base d’observations du comportement dynamique de MTs dans des cellules de plantes (Shaw et al., 2003, Dixit et Cyr 2005). Ces observations ont montré que des faisceaux de MTs se forment après la rencontre entre MTs mobiles et résidents dans le cortex cellulaire, et leurs co-alignements. La MAP65-1 est co-localisée avec ces MTs corticaux (Van Damme et al., 2004, Lucas et al., 2011), et elle ponte les MTs in vitro (Wicker-Planquart et al., 2004, Smertenko et al., 2004). Le but de mon étude a été d’étudier son implication dans les évènements de co-alignement observés in vivo. Pour répondre à cette question j’ai amélioré un protocole expérimental mis au point au laboratoire (Fache et al., 2010), permettant de générer des rencontres de MTs dynamiques in vitro et d’observer la constitution d’un réseau en temps réel et en microscopie TIRF. L’observation de déformations importantes des MTs pour se co-aligner m’a amené à émettre l’hypothèse selon laquelle les MAP65s pourraient moduler les propriétés mécaniques des MTs. En effet, les MTs sont des filaments très rigides (cf. chapitre V) et les déformations de MTs individuels et de faisceaux que nous avons observés pourraient s’expliquer par une augmentation de la flexibilité induite par la MAP65-1 et Ase1. J’ai donc dans une deuxième étape, développé une méthode pour mesurer la longueur de persistance de MTs et de faisceaux de MTs.
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Électrofilage de complexes de polymères

Électrofilage de complexes de polymères

4.2 Abstract In this work, we demonstrate that electrospray is a simple and efficient method for preparing pure supramolecular complexes between a polymer and a small molecule. Such complexes are often difficult to prepare by conventional methods because of the kinetically favored crystallization of the small molecules. However, the fast solvent evaporation involved in electrospray can circumvent small molecule crystallization. Pure samples of the poly(ε-caprolactone)-urea complex were successfully prepared for the first time using the electrospray technique. Infrared spectroscopy, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry were used to confirm the purity of the electrosprayed complex and to determine the phase diagram for this system. The electrospray method is similar in concept to the electrospinning approach that we have recently demonstrated, but it promises to be more widely applicable to a range of other systems since finding the right conditions for electrospinning can be challenging.
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Le rôle des réseaux sociaux dans la diffusion d'innovations préventives complexes dans le cadre d'une recherche participative pour réduire l'exposition au mercure en Amazonie

Le rôle des réseaux sociaux dans la diffusion d'innovations préventives complexes dans le cadre d'une recherche participative pour réduire l'exposition au mercure en Amazonie

Equity in the involvement regarding mercury issues was addressed by perforrning a disaggregated analysis of the discussion patterns between the various social groups[r]

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Méthodologie et algorithmes pour la distribution large échelle de co-simulations de systèmes complexes : application aux réseaux électriques intelligents (Smart Grids)

Méthodologie et algorithmes pour la distribution large échelle de co-simulations de systèmes complexes : application aux réseaux électriques intelligents (Smart Grids)

1 Introduction L ’essor des systèmes cyber-physiques (SCP) offre aujourd’hui de nouvelles perspec- tives dans le domaine des réseaux de distribution d’énergie. Ce type de systèmes est difficile à concevoir, et à développer, il couvre plus de domaines et comprend de nombreux simulateurs hétérogènes très interactifs entre eux et qu’il faut rassembler au sein d’un seul environnement d’études. À titre d’exemple, on peut citer les réseaux élec- triques intelligents (Smart Grids). Les simulateurs qui les composent ont été développés par des experts différents, avec des langages et des outils variés. Il serait donc particuliè- rement ardu et coûteux de réintroduire et redévelopper tous ces outils hétérogènes pour les regrouper et les intégrer dans un seul environnement de modélisation, alors qu’il est plus rationnel de réutiliser des simulateurs déjà existants pour traiter des problèmes à des petites et à des grandes échelles. Pour toutes ces raisons, il semble pertinent de se pencher sur une nouvelle technique dite co-simulation qui permet de réutiliser et combi- ner ces mêmes outils hétérogènes. Cette technique n’est toujours pas providentielle et de nombreux défis doivent encore être relevés : (1) interconnecter les modèles événementiels (en particulier les événements de type contrôle-commande) avec des modèles continus (physique des bâtiments, des centrales de production, du réseau électrique...), tout en prenant en compte leurs propres critères (taille, retour en arrière en cas de calculs impré- cis), (2) simuler des gros systèmes qui passeront à l’échelle, et (3) s’assurer de la qualité des résultats.
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Réseaux récurrents et dépistage de la dépression sur les réseaux sociaux

Réseaux récurrents et dépistage de la dépression sur les réseaux sociaux

récurrents sont des modèles de langue s'appuyant sur un RNN pour produire une prédiction de probabilité attribuée à la séquence de mots observée... heureusement, l 'ex plos[r]

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