Caractérisation des performances limites des jeux non-coopératifs avec observation imparfaite. Application à la téléphonie mobile 5G.

Chao ZHANG
Soutenance de thèse de doctorat le 21 Décembre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

A large part of the results reported in this thesis is based on an observation which has never been made for wireless communications and power control in particular: transmit power levels and more generally transmit covariance matrices can be exploited to embed information such as coordination information and available interference-dependent feedback samples can be exploited as a communication channel. First, we show that the famous iterative water-filling algorithm does not exploit the available information sufficiently well in terms of sum-utility. Indeed, we show that global channel state information can be acquired from the sole knowledge of an SINR-type feedback. A natural question then arises. Is it possible to design a distributed power control algorithm which exploits as well as possible the available information? To answer this question, we derive the characterization of the utility region for the considered problem and show how to exploit this characterization not only to measure globally efficiency but also to obtain globally efficient one-shot power control functions. Motivated by the success of our approach for single-band and multi-band interference networks, we asked ourselves whether it could be exploited for MIMO networks. We have identified at least one very relevant scenario. Indeed, we show that opportunistic interference alignment can be implemented by only assuming interference-plus-noise covariance feedback at the secondary transmitter. Then, in the last chapter, we generalize the problem of quantization, the motivation for this being given by some observations made in the previous chapters. First, we assume that the quantizer and de-quantizer are designed to maximize a general utility function instead of the conventional distortion function. Second, we assume that the quantizer and de-quantizer may have different utility functions. This raises non-trivial technical problems, our claim is to make a very first step in solving them.

Mots-clés :  Théorie des Jeux, communication sans fil, allocation des ressources

Composition du jury proposé

M. Samson LASAULCE     L2S     Directeur de thèse
M. David GESBERT     EURECOM     Rapporteur
M. Eduard JORSWIECK     TU Dresden     Rapporteur
M. Mérouane  DEBBAH     Huawei     Examinateur
M. Yezekael HAYEL     University of Avignon     Examinateur
M. Luca SANGUINETTI     University of Pisa     Examinateur
Mme Veronica BELMEGA     University of Cergy-Pontoise     Examinateur
Mme Mylène PISCHELLA     CNAM     Examinateur

S³ seminar : Fourier transforms of polytopes and their role in Number Theory and Combinatorics

Séminaire le 21 Décembre 2017, 11h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Sinai Robins, (University of Sao Paulo, Sao Paulo, Brasil and Brown University, Providence, USA)


We introduce the topic of the Fourier transform of a Euclidean polytope, first by examples and then by more general formulations.  Then we point out how we can use this transform (and the frequency space) to analyze the following problems:
1.  Compute lattice point enumeration formulas for polytopes
2.  Relate the transforms of polytopes to tilings of Euclidean space by translations of a polytope

We will give a flavor of how such applications arise, and we point to some conjectures and applications.

S³ seminar : On the polynomial part of a restricted partition function

Séminaire le 21 Décembre 2017, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Karl Dilcher, (Dalhousie University, Halifax, Canada)


We prove an explicit formula for the polynomial part of a restricted
partition function, also known as the first Sylvester wave. This is achieved by way of some identities for higher-order Bernoulli polynomials, one of which is analogous to Raabe's well-known multiplication formula for the ordinary Bernoulli polynomials. As a consequence of our main result we obtain an asymptotic expression of the first Sylvester wave as the coefficients of the restricted partition grow arbitrarily large.
(Joint work with Christophe Vignat).

Interactions de la coopération, des techniques ARQ et du codage canal dans le contexte de la communication sans fil.

Faton Maliqi
Soutenance de thèse de doctorat le 19 Décembre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

De nos jours, les communications mobiles sont caractérisées par une demande croissante de services basés sur Internet. Les services vidéo représentent une grande partie du trafic Internet aujourd'hui. Selon Cisco, 75% du trafic mondial de données mobiles sera constitué par données video d'ici 2020. Cette demande toujours croissante a été le principal moteur du développement du réseau cellulaire numérique 4G, où les services numériques à commutation de paquet sont la principale brique de conception. En particulier, le système global doit assurer à la fois hauts et bas débit de transmission, et fournir des garanties de temps réel, par exemple dans le cas du streaming vidéo ou des jeux en ligne. Cela a motivé, dans la dernière décennie, un intérêt renouvelé dans la technologie d'accès radio.

Le canal sans fil est affecté par divers phénomènes physiques, comme les Chemins multiples, le shadowing, l'évanouissement, l'interférence, etc. Dans les technologies les plus récentes, ces effets sont contrastés en utilisant le protocole ARQ (Automatic Repeat reQuest), qui consiste à retransmettre le même signal depuis la source. Le protocole ARQ est généralement combiné avec des codes de canal au niveau de la couche physique, qui est connu comme HARQ (Hybrid ARQ). Une autre technique pour améliorer la communication entre une source et une destination est la communication coopérative, où un relais est utilisé comme nœud intermédiaire. La communication coopérative et le HARQ, si appliquées individuellement, améliorent considérablement les performances du système de communication. Une question ouverte est de savoir si leur combinaison apporterait la somme des ameliorations singulières, ou si ne serait que marginalement bénéfique.

Dans la littérature on peut trouver de nombreuses études sur la combinaison de ces deux techniques, mais dans notre thèse, nous nous concentrons principalement sur cette interaction à niveau de la couche physique (PHY) et de la couche de contrôle d'accès (MAC). Nous utilisons des exemples de protocoles sur un réseau composé de trois noeuds (source, destination et relais). Pour l'analyse théorique nous nous concentrons sur les Chaînes de Markov à états finis (FSMC). Nous abordons le cas ou le relai fonctionne en mode Decode-and-Forward (DCF), très commun dans la littérature, mais notre analyse se concentre de manière plus accentuée sur le cas où le relai fonctionne en mode Demodulate-and-Forward (DMF), en raison de sa simplicité d'implémentation et de son efficacité. Ce cas est beaucoup plus rarement abordé dans la littérature disponible, à cause de la complexité supérieure demandée par son analyse.

Habituellement, l'interaction entre les deux techniques a été étudiée dans le cas de protocoles déterministes, mais dans notre analyse, nous nous concentrerons sur les protocoles déterministes et probabilistes. Jusqu'à présent, les protocoles probabilistes, où le noeud retransmetteur est choisi selon un modèle probabiliste, ont été principalement proposés pour des couches supérieures du système de communication. Au contraire, cette thèse étudie des protocoles probabilistes sur la couche PHY et sur la couche MAC, qui permets de mieux analyser et optimiser les performances. Le protocole probabiliste ne contient que deux paramètres, qui peut être optimisé pour de meilleures performances. Ces paramètres peuvent être calculés pour imiter le comportement d'un protocole déterministe donné, et ses performances optimisées ne peuvent que s'améliorer par rapport à celui-ci. De plus, les performance du protocole probabiliste est comparées aux résultats présent en littérature, et la comparaison montre que notre protocole fonctionne mieux.

Enfin, la question de la sélection des relais est également abordée. Nous proposons un critère pour opérer le choix du relais à utiliser, en cas de plusieurs candidats. La performance obtenue par ce critère est comparée a celle obtenue avec les critères de référence dans la littérature.

Composition du jury proposé

M. Pierre DUHAMEL, L2S/CNRS/CentraleSupélec, Directeur de thèse
Mme. Francesca BASSI, ESME-Sudria, L2S Invitée, co-encadrante
M. Ilir LIMANI, Université de Pristina, Co-directeur de thèse
Mme. Marie Laure BOUCHERET, ENSEEIHT Toulouse, Rapporteur
M. Didier LE RUYET, CNAM, Rapporteur
M. Philippe CIBLAT, Télécom ParisTech, Examinateur
Mme. Elena-Veronica BELMEGA, Université Cergy-Pontoise, Examinateur

S³ seminar : Non-negative orthogonal greedy algorithms for sparse approximation

Séminaire le 8 Décembre 2017, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Thanh NGUYEN (CRAN, L2S)


Sparse approximation under non-negativity constraints naturally arises in several applications. Many sparse solvers can be directly extended to the non-negative setting. It is not the case of Orthogonal Matching Pursuit (OMP), a well-known sparse solver, which gradually updates the sparse solution support by selecting a new dictionary atom at each iteration. When dealing with non-negative constraints, the orthogonal projection computed at each OMP iteration is replaced by a non-negative least-squares (NNLS) subproblem whose solution is not explicit. Therefore, the usual recursive (fast) implementations of OMP do not apply. A Non-negative version of OMP (NNOMP) was proposed in the recent literature together with several variations. In my talk, I will first recall the principle of greedy algorithms, in particular NNOMP, and then, I will introduce our proposed improvements, based on the use of the active-set algorithm to address the NNLS subproblems. The structure of the active-set algorithm is indeed intrisically greedy. Moreover, the active-set algorithm can be called with a warm start, allowing us to fastly solve the NNLS subproblems. (Joint work with Charles Soussen (L2S), Jérôme Idier (LS2N), and El-Hadi Djermoune (CRAN).)

Localisation de sources distribuées cohérentes - Méthodes paramétriques et approches inverses

José PICHERAL
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 6 Décembre 2017, 14h00 à

Liste des membres du jury

Yide WANG

Pascal CHEVALIER

Jérôme ANTONI

Sylvie MARCOS

Jean-Hugh THOMAS

Philippe FOSTER

Parcimonie et imagerie électromagnétique dans des situations non-linéaires

Hidayet Zaimaga
Soutenance de thèse de doctorat le 4 Décembre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

L'imagerie électromagnétique est le problème de la détermination de la distribution de matériaux à partir de champs diffractés mesurés venant du domaine les contenant et sous investigation. Résoudre ce problème inverse est une tâche difficile car il est mal posé en raison de la présence d'opérateurs intégraux (de lissage) utilisés dans la représentation des champs diffractés en terme de propriétés des matériaux, et ces champs sont obtenus à un ensemble fini et non nécessairement optimal de points via des mesures bruitées. En outre, le problème inverse est non linéaire simplement en raison du fait que les champs diffractés sont des fonctions non linéaires des propriétés des matériaux. Le travail décrit traite du caractère mal posé de ce problème d'imagerie électromagnétique en utilisant des techniques de régularisation basées sur la parcimonie, qui supposent que les diffracteurs n`affectent de fait qu'une petite fraction du domaine d'investigation.

L'objectif principal est d'étudier de manière approfondie la régularisation de parcimonie pour les problèmes inverses non linéaires. Par conséquent, nous nous concentrons sur la méthode de Tikhonov non linéaire normalisée qui résout directement le problème de minimisation non linéaire en utilisant les itérations de Landweber, où une fonction de seuillage est appliquée à chaque étape pour promouvoir la contrainte de parcimonie. Ce schéma est accéléré à l'aide d'une méthode de descente de plus grande pente projetée et remplace l'opération de seuillage pour faire respecter cette contrainte. Cette approche a également été implémentée dans un domaine d'ondelettes qui permet une représentation précise de la fonction inconnue avec un nombre réduit de coefficients. En outre, nous étudions une méthode corrélée à la parcimonie qui offre de multiples solutions parcimonieuses qui partagent un support commun non nul afin de résoudre le problème non linéaire concerné.

Mots-clés :   imagerie électromagnétique, non-linéarité, parcimonie, décomposition en ondelettes

Composition du jury proposé
M. Oliver DORN        Université de Manchester     Rapporteur
Mme Amélie LITMAN        Université de Marseille     Rapportrice
Mme Mai NGUYEN-VERGER        Université de Cergy-Pontoise     Examinatrice
M. Dominique LESSELIER        CNRS, L2S     Examinateur
M. Andrea Massa        Université de Trente, DIGITEO Chair     Directeur de thèse
M. Marc LAMBERT        CNRS, GeePs     Co-Directeur de thèse
Mme Aurélia Fraysse        Université Paris-Sud     Encadrante, Invitée

Reconstruction d'image en tomographie 3D pour des applications en contrôle Non Destructif (CND)

Li WANG
Soutenance de thèse de doctorat le 1 Décembre 2017, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

La tomographie en 2D et 3D est largement utilisée dans l’imagerie médicale ainsi que dans le Contrôle Non Destructif (CND) pour l’industrie. Dans toutes les deux applications, il est nécessaire de réduire le nombre de projections. Dans certains cas, la reconstruction doit être faite avec un nombre d’angle de projections limité. Les données mesurées sont toujours avec des erreurs (erreurs de mesure et de modélisation). Nous sommes donc presque toujours dans la situation de problèmes inversés mal posés. Le rôle des méthodes probabilistes et de la modélisation a priori devient crucial. Pour la modélisation a priori, en particulier dans les applications NDT, l’objet à l’examen est composé de plusieurs matériaux homogènes, avec plusieurs blocs continus séparés par des discontinuités et des contours. Ce type d’objet est dit continu par morceaux. L’objet de cette thèse est sur la reconstruction des objets continu ou constante par morceaux, ou plus généralement homogène par morceaux. En résumé, deux méthodes principales sont proposées dans le contexte de l’inférence bayésienne. La première méthode consiste à reconstruire l’objet en imposant que sa transformée de Haar soit parcimonieuse. Un modèle bayésien hiérarchique est proposé. Dans cette méthode, les variables et les paramètres sont estimés et les hyper-paramètres sont initialisés selon la définition des modèles antérieurs. La deuxième méthode reconstruit les objets en estimant simultanément les contours. L’objet continu par morceaux est modélisé par un modèle markovien non-homogène, qui dépend du gradient de l’objet, et le gradient dépend aussi de l’estimation de l’objet. Cette méthode est également semi-supervisé, avec les paramètres estimés automatiquement. Ces méthodes sont adaptées aux reconstructions de grande taille de données 3D, dans lesquelles le processeur GPU est utilisé pour accélérer les calculs. Les méthodes sont validées avec des données simulées et des données réelles, et sont comparées avec plusieurs méthodes classiques.

Mots-clés :  Contrôle Non Destructif, Tomographie, Problème Inverse, Méthode Bayesian

Composition du jury proposé
M. Ali MOHAMMAD-DJAFARI     université Paris-Saclay     Directeur de these
M. Nicolas GAC     Université Paris-Saclay     CoDirecteur de these
M. Bruno SIXOU     Institut national des Sciences appliquées de Lyon     Rapporteur
M. Jan SIJBERS     University of Antwerp, Belgium     Rapporteur
M. Thomas RODET     SATIE, ENS Cachan     Examinateur
M. Udo VON TOUSSAINT     Max-Planck-Institut fuer Plasmaphysik, Germany     Examinateur

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Necessary and sufficient condition for exponential synchronization of nonlinear systems

Séminaire le 30 Novembre 2017, 11h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Vincent Andrieu (CNRS Researcher, LAGEP-CNRS, Université de Lyon 1, France)


Based on recent works on transverse exponential stability, some necessary and sufficient conditions for the existence of a (locally) exponential synchronizer are established. We show that the existence of a structured synchronizer is equivalent to the existence of a stabilizer for the individual linearized systems (on the synchronization manifold) by a linear state feedback. This, in turns, is also equivalent to the existence of a symmetric covariant tensor field which satisfies a kind of Lyapunov inequality. Based on this property, we provide the construction of such synchronizer. We discuss then the possibility to achieve global synchronization.

Bio. Vincent Andrieu graduated in applied mathematics from “INSA de Rouen”, France, in 2001. After working in ONERA (French aerospace research company), he obtained a PhD degree from “Ecole des Mines de Paris” in 2005. In 2006, he had a research appointment at the Control and Power Group, Dept. EEE, Imperial College London. In 2008, he joined the CNRS-LAAS lab in Toulouse, France, as a “CNRS-chargé de recherche”. Since 2010, he has been working in LAGEP-CNRS, Université de Lyon 1, France. In 2014, he joined the functional analysis group from Bergische Universitäte Wuppertal in Germany, for two sabbatical years. His main research interests are in the feedback stabilization of controlled dynamical nonlinear systems and state estimation problems. He is also interested in practical application of these theoretical problems, and especially in the field of aeronautics and chemical engineering.

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Observer design for nonlinear systems

Séminaire le 30 Novembre 2017, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Pauline Bernard (PhD, PSL Reserch University, Systems and Control Center, MINES ParisTech)


Unlike for linear systems, no systematic method exists for the design of observers for nonlinear systems. However, observer design may be more or less straightforward depending on the coordinates we choose to express the system dynamics. In particular, some specific structures, called normal forms, have been identified for allowing a direct and easier observer construction. It follows that a common way of addressing the problem consists in looking for a reversible change of coordinates transforming the expression of the system dynamics into one of those normal forms, design an observer in those coordinates, and finally deduce an estimate of the system state in the initial coordinates via inversion of the transformation. This talk gives contributions to each of those three steps.
First, we show the interest of a new triangular normal form with continuous (non-Lipschitz) nonlinearities. Indeed, we have noticed that systems which are observable for any input but with an order of differential observability larger than the system dimension, may not be transformable into the standard Lipschitz triangular form, but rather into an "only  continuous" triangular form. In this case, the famous high gain observer no longer is sufficient, and we propose to use  homogeneous observers instead.
Another canonical form of interest is the Hurwitz linear form which admits a trivial observer. The question of transforming a nonlinear system into such a form has only been addressed for autonomous systems with the so-called Lunberger or Kazantzis-Kravaris observers. This design consists in solving a PDE and we show here how it can be extended to time-varying/controlled systems.
As for the inversion of the transformation, this step is far from trivial in practice, in particular when the domain and image spaces have different dimensions. When no explicit expression for a global inverse is available, numerical inversion usually relies on the resolution of a minimization problem with a heavy computational cost. That is why we have developed a method to avoid the explicit inversion of the transformation by bringing the observer dynamics (expressed in the canonical form coordinates) back into the initial system coordinates. This is done by dynamic extension, i.e. by adding some new coordinates to the system and transforming an injective immersion into a surjective diffeomorphism.

Bio. Pauline Bernard graduated from MINES ParisTech in 2014 with a Master degree in Applied Mathematics and Automatic Control. In 2017, she obtained her Ph.D. in Mathematics and Automatic Control at PSL Reserch University, prepared at the Systems and Control Center, MINES ParisTech under the supervision of Laurent Praly and Vincent Andrieu.

Séminaire d’Automatique du plateau de Saclay : Stability analysis of discrete-time infinite-horizon control with discounted cost.

Séminaire le 27 Novembre 2017, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Romain Postoyan (CNRS researcher, Centre de Recherche en Automatique de Nancy)


We analyse the stability of general nonlinear discrete-time systems controlled by an optimal sequence of inputs that minimizes an infinite-horizon discounted cost. First, assumptions related to the controllability of the system and its detectability with respect to the stage cost are made. Uniform semiglobal and practical stability of the closed-loop system is then established, where the adjustable parameter is the discount factor. Stronger stability properties are thereupon guaranteed by gradually strengthening the assumptions. Next, we show that the Lyapunov function used to prove stability is continuous under additional conditions, implying that stability has a certain amount of nominal robustness. The presented approach is flexible and we show that robust stability can still be guaranteed when the sequence of inputs applied to the system is no longer optimal but near-optimal. We also analyse stability for cost functions in which the importance of the stage cost increases with time, opposite to discounting. Finally, we exploit stability to derive new relationships between the optimal value functions of the discounted and undiscounted problems, when the latter is well-defined.

This is a joint work with Lucian Busoniu (TU Cluj, Romania), D. Nesic (University of Melbourne, Australia) and J. Daafouz (CRAN, Université de Lorraine).

Bio. Romain Postoyan received the master degree (``diplôme d'ingénieur'') in Electrical and Control Engineering from ENSEEIHT (France) in 2005. He obtained the M.Sc. by Research in Control Theory & Application from Coventry University (United Kingdom) in 2006 and the Ph.D. in Control Theory from Université Paris-Sud (France) in 2009. In 2010, he was a research assistant at the University of Melbourne (Australia). Since 2011, he is a CNRS researcher at the Centre de Recherche en Automatique de Nancy (France). He serves as an Associate Editor at the Conference Editorial Board of the IEEE Control Systems Society and for the journals: Automatica, IEEE Control Systems Letters, and IMA Journal of Mathematical Control and Information.

S³ seminar : A Random Block-Coordinate Douglas-Rachford Splitting Method with Low Computational Complexity for Binary Logistic Regression

Séminaire le 24 Novembre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Émilie Chouzenoux (CVN, CentraleSupélec/INRIA, Université Paris-Est Marne-La-Vallée)


In this talk, I will present a new optimization algorithm for sparse logistic regression based on a stochastic version of the Douglas-Rachford splitting method. The algorithm sweeps the training set by randomly selecting a mini-batch of data at each iteration, and it allows us to update the variables in a block coordinate manner. Our approach leverages the proximity operator of the logistic loss, which is expressed with the generalized Lambert W function. Experiments carried out on standard datasets demonstrate the efficiency of our approach w.r.t. stochastic gradient-like methods. (joint work with Luis M. Briceño-Arias, Afef Cherni, Giovanni Chierchia and Jean-Christophe Pesquet)

Analyse de stabilité des systèmes à des coefficients qui dépendent du retard.

Chi Jin
Soutenance de thèse de doctorat le 21 Novembre 2017, 16h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Des systèmes  avec des coefficients dépendant du retard  ont  été rencontrés dans diverses  applications de la science et de l'ingénierie. Malgré la littérature abondante  sur les systèmes  de temporisation, il y a peu  de résultats concernant l'analyse  de stabilité des systèmes  avec  des coefficients dépendant du retard. Cette  thèse  est  consacrée  à l'analyse de stabilité de cette  classe de systèmes.  Les méthodes d'analyse  de la stabilité sont développées  à partir de l'équation caractéristique correspondante suivant une approche  généralisée  $ tau  $ -décomposition. Étant  donné un intervalle d'intérêt de retard, nous sommes  capables  d'identifier toutes  les valeurs  de retard critique  contenues  dans  cet intervalle pour lesquelles   l'équation  caractéristique admet   des  racines  sur  l'axe  imaginaire du  plan  complexe.   Le critère   de  direction  de  croisement  des   racines  sont   proposées   pour   déterminer  si  ces  racines caractéristique se déplacent vers  le plan  complexe  demi-gauche ou demi-droite lorsque  le paramètre de retard passe par ces valeurs de retard  critique. Le nombre de racines caractéristiques instables  pour un retard donné peut  ainsi être  déterminé. Notre  analyse  comprend les systèmes  avec un seul retard ou  des  retards proportionnés sous  certaines   hypothèses.  Le critère de  direction de  croisement  des racines  développés  dans cette  thèse  peut  être  appliqués  aux multiple racines  caractéristiques, ou aux racines  caractéristiques dont  la position paramétrée par  le retard est  tangent  à l'axe  imaginaire. En tant  qu'application, il est  démontré que  les  systèmes   avec  des  coefficients dépendant  du  retard peuvent provenir de schémas  de contrôle  qui utilisent une sortie  retardée pour approcher ses dérivés pour  la stabilisation. Les méthodes d'analyse  de stabilité développées  dans cette  thèse  sont adaptées et appliquées  pour trouver les intervalles de retard qui atteignent un taux  de convergence demandé du système  en boucle fermée.

Mots clés : Systèmes à retard, Coefficients à retardement, Analyse de stabilité, Conception de contrôle, Approche géométrique, Analyse paramétrique.

Composition du jury

M. Islam BOUSSAADA PSA & Laboratoire des Signaux et Systèmes  (L2S) Université Paris Saclay CentraleSupélec-CNRS-Université Paris Sud  Directeur de thèse

M. Rifat SIPAHI  Mechanical and Industrial Engineering,Northeastern University  Rapporteur

M. Vladimir RASVAN Universitatea din Craiova Rapporteur

M. Yang KUANG College of Liberal Arts and Sciences, Arizona State University Rapporteur

M Gabor STEPAN Department of Applied Mechanics, Budapest University of Technology   and Economies Examinateur

Mme Catherine  BONNET INRIA Saclay - Ile-de-France and L2S,CentraleSupelec Examinateur

M. Silviu Niculescu L2S-CENTRALESUPELEC, CNRS Co-directeur de thèse

M. Keqin GU Southern Illinois University Edwardsville Co-directeur de thèse

Understanding Cell Dynamics in Cancer from Control and Mathematical Biology Standpoints: Particular Insights into the Modeling and Analysis Aspects in Hematopoietic Systems and Leukemia

WALID DJEMA
Soutenance de thèse de doctorat le 21 Novembre 2017, 13h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Medical research is looking for new combined targeted therapies against cancer. Our research project -which involves intensive collaboration with hematologists from Saint-Antoine Hospital in Paris- is imbued within a similar spirit and fits the expectations of a better understanding of the behavior of blood cell dynamics. In fact, hematopoiesis provides a paradigm for studying all the mammalian stem cells, as well as all the mechanisms involved in the cell cycle. We address multiple issues related to the modeling and analysis of the cell cycle, with particular insights into the hematopoietic systems. Stability features of the models are highlighted, since trajectories of the systems reflect the most prominent healthy or unhealthy behaviors of the biological process under study. We indeed perform stability analyses of systems describing healthy and unhealthy situations, with a particular interest in the case of acute myeloblastic leukemia (AML). Thus, we pursue the objectives of understanding the interactions between the various parameters and functions involved in the mechanisms of interest. For that purpose, an advanced stability analysis of the cell fate evolution in treated or untreated leukemia is performed in several modeling frameworks, and our study suggests new anti-leukemic combined chemotherapy. Throughout the thesis, we cover many biological evidences that are currently undergoing intensive biological research, such as: cell plasticity, mutations accumulation, cohabitation between ordinary and mutated cells, control and eradication of cancer cells, cancer dormancy, etc.

Among the contributions of Part I of the thesis, we can mention the extension of both modeling and analysis aspects in order to take into account a proliferating phase in which most of the cells may divide, or die, while few of them may be arrested during their cycle for unlimited time. We also introduce for the first time cell-plasticity features to the class of systems that we are focusing on.

Next, in Part II, stability analyses of some differential-difference cell population models are performed through several time-domain techniques, including tools of Comparative and Positive Systems approaches. Then, a new age-structured model describing the coexistence between cancer and ordinary stem cells is introduced. This model is transformed into a nonlinear time-delay system that describes the dynamics of healthy cells, coupled to a nonlinear differential-difference system governing the dynamics of unhealthy cells. The main features of the coupled system are highlighted and an advanced stability analysis of several coexisting steady states is performed through a Lyapunov-like approach for descriptor-type systems. We pursue an analysis that provides a theoretical treatment framework following different medical orientations, among which: i) the case where therapy aims to eradicate cancer cells while preserving healthy ones, and ii) a less demanding, more realistic, scenario that consists in maintaining healthy and unhealthy cells in a controlled stable dormancy steady-state. Mainly, sufficient conditions for the regional exponential stability, estimate of the decay rate of the solutions, and subsets of the basins of attraction of the steady states of interest are provided. Biological interpretations and therapeutic strategies in light of emerging AML-drugs are discussed according to our findings.

Finally, in Part III, an original formulation of what can be interpreted as a stabilization issue of population cell dynamics through artificial intelligence planning tools is provided. In that framework, an optimal solution is discovered via planning and scheduling algorithms. For unhealthy hematopoiesis, we address the treatment issue through multiple drug infusions. In that case, we determine the best therapeutic strategy that restores normal blood count as in an ordinary hematopoietic system.

Mots-clés :  Analyse de stabilité, PDEs et Systèmes à retards, Théorie de Lyapunov, Modélisation des systèmes biologiques, Analyse des systèmes biologiques, Cancer, Dynamique des populations cellulaires, Hématopoïèse, Leucémie.

Composition du jury proposé
Mme Catherine BONNET     CentraleSupélec     CoDirecteur de thèse
M. Jean CLAIRAUMBAULT     Inria Paris, Sorbonne Paris 6     CoDirecteur de thèse
M. Frédéric MAZENC     Inria Saclay, CNRS, CentraleSupélec     CoDirecteur de thèse
Mme Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE     CNRS, L2S, CentraleSupélec     Examinateur
M. Raphaël  ITZYKSON     Hôpital Saint-Louis Paris     Examinateur
M. Alexander MEDVEDEV     Uppsala University, Sweden     Examinateur
M. Mostafa ADIMY     Inria Grenoble-Rhone Alpes     Rapporteur
M. Pierdomenico  PEPE     University of L'Aquila, Italy     Rapporteur

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Message-passing computation of the harmonic influence in social networks

Séminaire le 21 Novembre 2017, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Paolo Frasca (CNRS Researcher, NeCS team, GIPSA-lab, Grenoble, France).


The harmonic influence is a measure of node influence in social networks that quantifies the ability of a leader node to alter the average opinion of the network, acting against an adversary field node. The definition of harmonic influence assumes linear interactions between the nodes described by an undirected weighted graph; its computation requires to solve, for every node, a discrete Dirichlet problem associated to a grounded Laplacian. In this talk, I will describe a message-passing distributed algorithm that concurrently computes the harmonic influence of all nodes and provide a convergence analysis for it. The algorithm converges asymptotically, under the only assumption of the interaction Laplacian being symmetric. However, the convergence value does not in general coincide with the harmonic influence: simulations show that when the network has a larger number of cycles, the algorithm becomes slower and less accurate, but nevertheless provides a useful approximation. Simulations also indicate that the symmetry condition is not necessary for convergence and that performance (both in terms of speed and asymptotical error) scales well in the number of nodes of the graph.

Bio. Paolo Frasca received the Ph.D. degree in Mathematics for Engineering Sciences from Politecnico di Torino, Torino, Italy, in 2009. Between 2008 and 2013, he has held research and visiting positions at the University of California, Santa Barbara (USA), at the IAC-CNR (Rome, Italy), at the University of Salerno (Italy), and at the Politecnico di Torino. From 2013 to 2016, he has been an Assistant Professor at the University of Twente in Enschede, the Netherlands. In October 2016 he joined the CNRS as Researcher: he is currently affiliated with GIPSA-lab in Grenoble, France.
His research interests are in the theory of network systems and cyber-physical systems, with applications to robotic, sensor, infrastructural, and social networks. On these topics, Dr. Frasca has (co)authored more than fifty journal and conference papers and has given invited talks at several international institutions and events, including the 2015 SICE International Symposium on Control Systems in Tokyo. He is a recipient of the 2013 SIAG/CST Best SICON Paper Prize. He has been a visiting professor at the LAAS, Toulouse, France in 2016 and at the University of Cagliari, Italy in 2017.
Dr. Frasca has served as Associate Editor of several international conferences, including IEEE CDC, ACC, ECC, MTNS, IFAC NecSys, and is currently serving as Associate Editor for the International Journal of Robust and Nonlinear Control, the Asian Journal of Control, and the IEEE Control Systems Letters.

S³: Estimation de l’intensité d’un processus de comptage en grande dimension

Séminaire le 17 Novembre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Sarah Lemler (MICS, CentraleSupélec, Gif)


Nous cherchons à estimer/apprendre le lien entre des covariables en grande dimension et l’intensité
avec laquelle des événements se produisent (décès, crises d’asthme, achats, notes de blogs, sinistres...).

Pour répondre à cette problématique, nous proposons deux approches pour estimer l’intensité
de sauts d’un processus de comptage en présence d’un grand nombre de covariables. D’abord, nous
considérons une intensité non-paramétrique et nous l’estimons par le meilleur modèle de Cox. Nous
considérons alors une procédure Lasso, spécifique à la grande dimension, pour estimer simultanément
les deux paramètres inconnus du meilleur modèle de Cox approximant l’intensité. Nous prouvons
des inégalités oracles non-asymptotiques pour l’estimateur Lasso obtenu.

Dans une seconde partie, nous supposons que l’intensité satisfait un modèle de Cox. Nous proposons
deux procédures en deux étapes pour estimer les paramètres inconnus du modèle de Cox. La
première étape est commune aux deux procédures, il s’agit d’estimer le paramètre de régression en
grande dimension via une procédure Lasso. Le risque de base est ensuite estimé soit par sélection de
modèles, soit par un estimateur à noyau avec une fenêtre choisie par la méthode de Goldenshluger
et Lepski. Nous établissons des inégalités oracles non-asymptotiques pour les deux estimateurs du
risque de base ainsi obtenus. Nous menons une étude comparative de ces estimateurs sur des données
simulées, et enfin, nous appliquons les procédures implémentées à une base de données sur le cancer
du sein.

Systèmes eco-routing adaptatifs de navigation dépendant du temps avec des contraintes

Matej KUBICKA
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Novembre 2017, 15h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

L'éco-routage est une méthode de navigation de véhicule qui choisit les routes tout  en minimisant la consommation de carburant, la consommation d'énergie ou les émissions polluantes pour un voyage vers une destination donnée.  C'est l'une des techniques qui tentent de réduire le coût opérationnel  du véhicule ou l'empreinte environnementale. Ce travail passe en revue  les méthodes actuelles d'éco-routage et propose une nouvelle méthode  conçue pour surmonter leurs lacunes. La plupart des méthodes actuelles attribuent à chaque route du réseau  routier un coût constant qui représente la consommation du véhicule ou  la quantité de polluants émis, puis utilisent un algorithme de routage  optimal pour trouver le chemin qui minimise la somme des coûts. Diverses extensions sont considérées dans la littérature. L'éco-routage  contraint permet d'imposer des limites au temps de déplacement, à la  consommation d'énergie et aux émissions polluantes. L'éco-routage  dépendant du temps permet le routage sur un graphique avec des coûts qui sont des fonctions du temps. L'éco-routage adaptatif permet d'adapter  la solution de routage écologique si elle devient invalide en raison  d'un développement inattendu sur la route. Il existe des méthodes  optimales de routage écologique qui résolvent soit l'éco-routage basé  sur le temps, soit l'éco-routage contraint ou l'éco-routage adaptatif.  Tous comportent des frais généraux de calcul considérablement plus  élevés en ce qui concerne l'éco-routage standard et, selon les  meilleures connaissances de l'auteur, il n'existe pas de méthode publiée qui appuie la combinaison des trois : routage écologique adaptatif  dépendant du temps restreint. Dans ce travail, on argumente que les  coûts de routage utilisé sont très incertains en raison de leur  dépendance à l'égard du trafic immédiat autour du véhicule, du  comportement du conducteur et d'autres perturbations. On soutient en  outre que, étant donné que ces coûts sont incertains, il y a peu  d'avantages à utiliser un routage optimal, car l'optimalité de la  solution ne tient que tant que les coûts de routage sont corrects. Au  lieu de cela, une méthode d'approximation est proposée dans ce travail.  Les frais généraux calculés sont plus faibles sachant que la solution  n'est pas nécessairement optimale. Cela permet l'éco-routage adaptatif  dépendant du temps restreint.

Mots-clés : 

eco-routing,map-matching,systèmes de navigation,

 

Composition du jury proposé
M. Hugues MOUNIER     Université Paris-Sud     Directeur de these
M. René NATOWICZ     ESIEE Paris     Rapporteur
M. Antonio SCIARRETTA     IFP Energies nouvelles     Examinateur
M. Arben CELA     ESIEE Paris     Examinateur
Mme Brigitte D'ANDRéA-NOVEL     Mines ParisTech     Examinateur
Mme Dorothée NORMAND CYROT     L2S-CentraleSupelec     Examinateur
M. Michel BASSET     Laboratoire MIPS     Rapporteur
M. Philippe MOULIN        IFPEN     Invité
M. Silviu-Iulian NICULESCU        L2S-CentraleSupelec     Invité

Apports méthodologiques basés sur la parcimonie pour les problèmes inverses

Aurélia FRAYSSE
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 7 Novembre 2017, 14h00 à

Liste des membres du jury

Alain Abergel, Professeur de l'Université Paris Sud

Jean-François Aujol, Professeur de l'Université de Bordeaux

Laure Blanc-Féraud, Directeur de recherche CNRS, INRIA Sophia-Antipolis

Rémi Gribonval, Directeur de recherche INRIA, INRIA Rennes

Jérôme Idier, Directeur de recherche CNRS, Centrale Nantes

Bruno Torresani, Professeur de l'Université Aix-Marseille

Les activités de recherche présentées dans cette habilitation sont portées par les méthodes temps-fréquence et leur apport méthodologique au traitement du signal et de l'image, plus particulièrement dans le contexte de problèmes inverses mal posés.
Dans ce cadre, je me suis intéressée à deux apports importants de cet outil. Le premier est évidemment la parcimonie, qui est l'un des intérêts majeurs de la décomposition temps-fréquence. Un autre intérêt est porté par l'estimation non paramétrique et le lien entre les signaux naturels et des espaces fonctionnels donnés. Même si dans les faits les signaux ont tous une représentation finie, pouvoir les considérer comme des objets de dimension infinie offre plus de flexibilité et permet de s'affranchir de contraintes telles que le choix de l'échantillonnage ou du nombre de paramètres à considérer.

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Distributed Abstractions for Multi-Agent Systems Based on Robust Multi-Agent Control

Séminaire le 7 Novembre 2017, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Dimitris Boskos (Postdoctoral researcher, Department of Automatic Control, School of Electrical Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden)


High level task planning for multi-agent systems constitutes a research area which has gained an emerging attention during the last two decades. While the agents' coordination is in principle based on the design of continuous interaction protocols, the derivation of high level plans requires a discrete representation of their dynamic behavior, also called abstraction, in order to leverage algorithmic tools for the plan synthesis.    

In this talk we discuss the derivation of such abstractions for agents with continuous dynamics, comprising of feedback interconnection terms and additive bounded inputs, which provide the ability for high level planning under the coupled constraints. These dynamics are also motivated by multi-agent coordination protocols which are robust with respect to the additional input part. We will present such a cooperative control framework, which guarantees that network connectivity is robustly maintained with respect to bounded additive inputs. Furthermore, a modification of the feedback design ensures forward invariance of the agents' trajectories inside a convex workspace, without affecting the inputs' robustness bounds.

In order to derive the agents' distributed symbolic models, we determine space-time discretizations which establish that each agent's abstraction has at least one outgoing transition from every discrete state. The symbolic model of each agent is based on the knowledge of its neighbors' discrete positions and the transitions are performed through hybrid control laws, which can drive the agent to its possible successor states. As an extension of these results we also consider a varying degree of decentralization and build each abstract model based on discrete information up to a tunable distance in the communication graph. Finally, we discuss the derivation of online  abstractions, by discretizing over approximations of the agents' reachable sets over a bounded time horizon.

Bio. Dimitris Boskos was born in Athens, Greece in 1981. He has received the Diploma in Mechanical Engineering from the National Technical University of Athens (NTUA), Greece, in 2005, the M.Sc. in Applied Mathematics from the NTUA in 2008 and the Ph.D. in Applied mathematics from the NTUA in 2014. Since August 2014, he is a Postdoctoral Researcher at the Department of Automatic Control, School of Electrical Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden. His research interests include distributed control of multi-agent systems, formal verification and observer design for nonlinear systems.

Robustesse de la commande prédictive explicite

Rajesh KODURI
Soutenance de thèse de doctorat le 28 Octobre 2017, 13h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Mesny

Composition du jury proposé

M. Pedro RODRIGUEZ-AYERBE    CentraleSupélec   Directeur de these

Mme Alexandra  GRANCHAROVA  University of Chemical Technology and Metallurgy, Bulgaria  Rapporteur

M. Sorin OLARU  CentraleSupélec  CoDirecteur de these

M. Georges  BITSORIS  University of Patras  Rapporteur

M. Mounier HUGUES  CentraleSupélec  Examinateur

M. Carlos Eduardo Trabuco DOREA  Universidade Federal do Rio Grande do Norte  Examinateur

M. Shyam  KAMAL  Indian Institute of Technology, BHU  Examinateur

Mots-clés :

Robustesse,prédictive,commande,explicite,

Résumé : 

Les techniques de conception de lois de commande pour les systèmes linéaires ou hybrides avec contraintes conduisent souvent à des partitions de l'espace d'état avec des régions polyédriques convexes. Ceci correspond à des lois de commande par retour d'état affine (PWA) par morceaux associées à une partition polyédrale de l'espace d'état. De telles lois de commande peuvent être effectivement mises en œuvre sur des plateformes matérielles pour des applications de commande en temps réel. Cependant, la robustesse des solutions explicites dépend de la précision du modèle mathématique des systèmes dynamiques. Les incertitudes dans le modèle du système posent de sérieux défis en ce qui concerne la stabilité et la mise en œuvre des lois de commande affines par morceaux. Motivé par les défis auxquels font face les solutions explicites par rapport aux incertitudes dans les modèles des systèmes dynamiques, cette thèse est principalement axée sur leur analyse et à leur retouche. La première partie de cette thèse vise à calculer les marges de robustesse pour une loi de commande PWA nominale donnée obtenue pour un système de temps discret linéaire. Les marges de robustesse classiques, c'est-à-dire la marge de gain et la marge de phase, considèrent la variation de gain et la variation de phase du modèle pour lequel la stabilité de la boucle fermée est préservée. La deuxième partie de la thèse vise à considérer des perturbations dans la représentation des sommets des régions polyédriques. Les partitions de l’espace d'état quantifiées perdent une partie des propriétés importantes des contrôleurs explicites: « non-chevauchement », « convexité » et/ou « invariance ». Deux ensembles différents appelés sensibilité aux sommets et marge de sensibilité sont déterminés pour caractériser les perturbations admissibles, en préservant respectivement la propriété de non-chevauchement et d'invariance du contrôleur. La troisième partie vise à analyser la complexité des solutions explicites en termes de temps de calcul et de mémoire. Une première comparaison entre les évaluations séquentielles et parallèles des fonctions PWA par l'algorithme ADMM (Alternating Direction Method of Multiplier) est faite. Ensuite, la complexité computationnelle des évaluations parallèles des fonctions PWA pour l'algorithme de couverture progressive (PHA) sur l'unité centrale de traitement (CPU) et l'unité de traitement graphique (GPU) est comparée.

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