Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Algorithmique et combinatoire des monoïdes“

International audience In this article we study a class of monoids that includes Garside monoids, and give a simple combinatorial proof of a formula for the formal sum of all elements of the monoid. This leads to a formula for the growth function of the monoid in the homogeneous case, and can also be lifted to a resolution of the monoid algebra. These results are then applied to known monoids related to Coxeter systems: we give the growth function of the Artin-Tits monoids, and do the same for the dual braid monoids. In this last case we show that the monoid algebras of the dual braid monoids of type A and B are Koszul algebras. Nous étudions une classe de monoïdes incluant les monoïdes de Garside, et donnons une preuve combinatoire simple d'une formule pour la somme formelle de leurs éléments. Cela mène à une formule pour la fonction de croissance du monoïde dans le cas homogène, et peut être aussi relevé en une résolution de l'algèbre de monoïdes. Ces résultats sont ensuite appliqués aux monoïdes liés aux systèmes de Coxeter : nous donnons la fonction de croissance des monoïdes d'Artin-Tits ainsi que des monoïdes duaux ; pour ces derniers nous montrons que leur algèbre de monoïde en types A et B est une algèbre de Koszul.

International audience This article presents a methodology that automatically derives a combinatorial specification for the permutation class $\mathcal{C} = Av(B)$, given its basis $B$ of excluded patterns and the set of simple permutations in $\mathcal{C}$, when these sets are both finite. This is achieved considering both pattern avoidance and pattern containment constraints in permutations.The obtained specification yields a system of equations satisfied by the generating function of $\mathcal{C}$, this system being always positive and algebraic. It also yields a uniform random sampler of permutations in $\mathcal{C}$. The method presented is fully algorithmic. Cet article présente une méthodologie qui calcule automatiquement une spécification combinatoire pour la classe de permutations $\mathcal{C} = Av(B)$, étant donnés une base $B$ de motifs interdits et l’ensemble des permutations simples de $\mathcal{C}$, lorsque ces deux ensembles sont finis. Ce résultat est obtenu en considérant à la fois des contraintes de motifs interdits et de motifs obligatoires dans les permutations. La spécification obtenue donne un système d’équations satisfait par la série génératrice de la classe $\mathcal{C}$, système qui est toujours positif et algébrique. Elle fournit aussi un générateur aléatoire uniforme de permutations dans $\mathcal{C}$. La méthode présentée est complètement algorithmique.

Cette thèse présente le résultat de recherches sur deux thèmes combinatoires distincts: le calcul effectif des matrices de Cartan en théorie des représentations des monoïdes et l'exploration des propriétés des éléments minimaux dans les arrangements de Shi des groupes de Coxeter. Bien que disparates, ces deux domaines de recherche partagent l'utilisation de méthodes combinatoires et d'exploration informatique, soit en tant que fin en soi pour le premier domaine, soit comme aide à la recherche pour le second. Dans la première partie de la thèse, nous développons des méthodes pour le calcul effectif des tables de caractères et des matrices de Cartan dans la théorie des représentations des monoïdes. À cette fin, nous présentons un algorithme basé sur nos résultats pour le calcul efficace des points fixes sous une action similaire à une conjugaison, dans le but de mettre en œuvre la formule de [Thiéry '12] pour la matrice de Cartan. Après une introduction largement auto-contenue aux notions nécessaires, nous présentons nos résultats sur le comptage des points fixes, ainsi qu'une nouvelle formule pour la table de caractères des monoïdes finis. Nous évaluons les performances des algorithmes résultants en termes de temps d'exécution et d'utilisation mémoire. Nous observons qu'ils sont plus efficaces par plusieurs ordres de grandeur que les algorithmes non spécialisés pour les monoïdes. Nous espérons que l'implémentation (publique) résultant de ces travaux contribuera à la communauté des représentations des monoïdes en permettant des calculs auparavant difficiles. La deuxième partie de la thèse se concentre sur les propriétés des éléments minimaux dans les arrangements de Shi. Les arrangements de Shi ont été introduits dans [Shi '87] et sont l'objet de la Conjecture 2 dans [Dyer, Hohlweg '14]. Initialement motivés par cette conjecture, après une introduction aux notions nécessaires, nous présentons deux résultats. Premièrement, une démonstration directe dans le cas des groupes de rang 3. Deuxièmement, dans le cas particulier des groupes de Weyl, nous donnons une description des éléments minimaux des régions de Shi en étendant une bijection issue de [Athanasiadis, Linusson '99] et [Armstrong, Reiner, Rhoades '15] entre les fonctions de parking et les régions de Shi permettant d'effectuer le calcul pratique des éléments minimaux. Comme application, à partir des propriétés de ce calcul, nous donnons une démonstration de la conjecture pour les groupes de Weyl indépendante de leur classification. Ces résultats révèlent une interaction intrigante entre les partitions non-croisées et non-embrassées dans le cas des groupes de Weyl classiques
This thesis presents an investigation into two distinct combinatorial subjects: the effective computation of Cartan matrices in monoid representation theory and the exploration of properties of minimal elements in Shi arrangements of Coxeter groups. Although disparate, both of these research focuses share a commonality in the utilization of combinatorial methods and computer exploration either as an end in itself for the former or as a help to research for the latter. In the first part of the dissertation, we develop methods for the effective computation of character tables and Cartan matrices in monoid representation theory. To this end, we present an algorithm based on our results for the efficient computations of fixed points under a conjugacy-like action, with the goal to implement Thiéry's formula for the Cartan matrix from [Thiéry '12]. After a largely self-contained introduction to the necessary background, we present our results for fixed-point counting, as well as a new formula for the character table of finite monoids. We evaluate the performance of the resulting algorithms in terms of execution time and memory usage and find that they are more efficient than algorithms not specialized for monoids by orders of magnitude. We hope that the resulting (public) implementation will contribute to the monoid representation community by allowing previously impractical computations. The second part of the thesis focuses on the properties of minimal elements in Shi arrangements. The Shi arrangements were introduced in [Shi '87] and are the object of Conjecture 2 from [Dyer, Hohlweg '14]. Originally motivated by this conjecture, we present two results. Firstly, a direct proof in the case of rank 3 groups. Secondly, in the special case of Weyl groups, we give a description of the minimal elements of the Shi regions by extending a bijection from [Athanasiadis, Linusson '99] and [Armstrong, Reiner, Rhoades '15] between parking functions and Shi regions. This allows for the effective computation of the minimal elements. From the properties of this computation, we provide a type-free proof of the conjecture in Weyl groups as an application. These results reveal an intriguing interplay between the non-nesting and non-crossing worlds in the case of classical Weyl groups

La combinatoire algébrique est le champ de recherche qui utilise des méthodes combinatoires et des algorithmes pour étudier les problèmes algébriques, et applique ensuite des outils algébriques à ces problèmes combinatoires. L’un des thèmes centraux de la combinatoire algébrique est l’étude des permutations car elles peuvent être interprétées de bien des manières (en tant que bijections, matrices de permutations, mais aussi mots sur des entiers, ordre totaux sur des entiers, sommets du permutaèdre…). Cette riche diversité de perspectives conduit alors aux généralisations suivantes du groupe symétrique. Sur le plan géométrique, le groupe symétrique engendré par les transpositions élémentaires est l’exemple canonique des groupes de réflexions finis, également appelés groupes de Coxeter. Sur le plan monoïdal, ces même transpositions élémentaires deviennent les opérateurs du tri par bulles et engendrent le monoïde de 0-Hecke, dont l’algèbre est la spécialisation à q=0 de la q-déformation du groupe symétrique introduite par Iwahori. Cette thèse se consacre à deux autres généralisations des permutations. Dans la première partie de cette thèse, nous nous concentrons sur les matrices de permutations partielles, en d’autres termes les placements de tours ne s’attaquant pas deux à deux sur un échiquier carré. Ces placements de tours engendrent le monoïde de placements de tours, une généralisation du groupe symétrique. Dans cette thèse nous introduisons et étudions le 0-monoïde de placements de tours comme une généralisation du monoïde de 0-Hecke. Son algèbre est la dégénérescence à q=0 de la q-déformation du monoïde de placements de tours introduite par Solomon. On étudie par la suite les propriétés monoïdales fondamentales du 0-monoïde de placements de tours (ordres de Green, propriété de treillis du R-ordre, J-trivialité) ce qui nous permet de décrire sa théorie des représentations (modules simples et projectifs, projectivité sur le monoïde de 0-Hecke, restriction et induction le long d’une fonction d’inclusion).Les monoïdes de placements de tours sont en fait l’instance en type A de la famille des monoïdes de Renner, définis comme les complétés des groupes de Weyl (c’est-à-dire les groupes de Coxeter cristallographiques) pour la topologie de Zariski. Dès lors, dans la seconde partie de la thèse nous étendons nos résultats du type A afin de définir les monoïdes de 0-Renner en type B et D et d’en donner une présentation. Ceci nous conduit également à une présentation des monoïdes de Renner en type B et D, corrigeant ainsi une présentation erronée se trouvant dans la littérature depuis une dizaine d’années. Par la suite, nous étudions comme en type A les propriétés monoïdales de ces nouveaux monoïdes de 0-Renner de type B et D : ils restent J-triviaux, mais leur R-ordre n’est plus un treillis. Cela ne nous empêche pas d’étudier leur théorie des représentations, ainsi que la restriction des modules projectifs sur le monoïde de 0-Hecke qui leur est associé. Enfin, la dernière partie de la thèse traite de différentes généralisations des permutations. Dans une récente séries d’articles, Châtel, Pilaud et Pons revisitent la combinatoire algébrique des permutations (ordre faible, algèbre de Hopf de Malvenuto-Reutenauer) en terme de combinatoire sur les ordres partiels sur les entiers. Cette perspective englobe également la combinatoire des quotients de l’ordre faible tels les arbres binaires, les séquences binaires, et de façon plus générale les récents permutarbres de Pilaud et Pons. Nous généralisons alors l’ordre faibles aux éléments des groupes de Weyl. Ceci nous conduit à décrire un ordre sur les sommets des permutaèdres, associaèdres généralisés et cubes dans le même cadre unifié. Ces résultats se basent sur de subtiles propriétés des sommes de racines dans les groupes de Weyl qui s’avèrent ne pas fonctionner pour les groupes de Coxeter qui ne sont pas cristallographiques
Algebraic combinatorics is the research field that uses combinatorial methods and algorithms to study algebraic computation, and applies algebraic tools to combinatorial problems. One of the central topics of algebraic combinatorics is the study of permutations, interpreted in many different ways (as bijections, permutation matrices, words over integers, total orders on integers, vertices of the permutahedron…). This rich diversity of perspectives leads to the following generalizations of the symmetric group. On the geometric side, the symmetric group generated by simple transpositions is the canonical example of finite reflection groups, also called Coxeter groups. On the monoidal side, the simple transpositions become bubble sort operators that generate the 0-Hecke monoid, whose algebra is the specialization at q=0 of Iwahori’s q-deformation of the symmetric group. This thesis deals with two further generalizations of permutations. In the first part of this thesis, we first focus on partial permutations matrices, that is placements of pairwise non attacking rooks on a n by n chessboard, simply called rooks. Rooks generate the rook monoid, a generalization of the symmetric group. In this thesis we introduce and study the 0-Rook monoid, a generalization of the 0-Hecke monoid. Its algebra is a proper degeneracy at q = 0 of the q-deformed rook monoid of Solomon. We study fundamental monoidal properties of the 0-rook monoid (Green orders, lattice property of the R-order, J-triviality) which allow us to describe its representation theory (simple and projective modules, projectivity on the 0-Hecke monoid, restriction and induction along an inclusion map).Rook monoids are actually type A instances of the family of Renner monoids, which are completions of the Weyl groups (crystallographic Coxeter groups) for Zariski’s topology. In the second part of this thesis we extend our type A results to define and give a presentation of 0-Renner monoids in type B and D. This also leads to a presentation of the Renner monoids of type B and D, correcting a misleading presentation that appeared earlier in the litterature. As in type A we study the monoidal properties of the 0-Renner monoids of type B and D : they are still J-trivial but their R-order are not lattices anymore. We study nonetheless their representation theory and the restriction of projective modules over the corresponding 0-Hecke monoids. The third part of this thesis deals with different generalizations of permutations. In a recent series of papers, Châtel, Pilaud and Pons revisit the algebraic combinatorics of permutations (weak order, Malvenuto-Reutenauer Hopf algebra) in terms of the combinatorics of integer posets. This perspective encompasses as well the combinatorics of quotients of the weak order such as binary trees, binary sequences, and more generally the recent permutrees of Pilaud and Pons. We generalize the weak order on the elements of the Weyl groups. This enables us to describe the order on vertices of the permutahedra, generalized associahedra and cubes in the same unified context. These results are based on subtle properties of sums of roots in Weyl groups, and actually fail for non-crystallographic Coxeter groups

La modélisation 3D s’appuie sur deux principales familles de méthodes. L’une de ces familles de méthodes, appelée souvent courbes et surfaces, se fonde sur une représentation des objets à modéliser par des fonctions (le plus souvent polynomiales). L’autre famille de représentations consiste à discrétiser les objets en cellules (sommets, segments, polygones, polyèdres. . ). Nous étudions ici les problèmes liés à ce dernier type de représentation discrète des objets, ainsi que ses relations avec les « courbes et surfaces ». En utilisant le formalisme offert par la Topologie, une branche moderne des mathématiques, nous allons étudier les problèmes suivants : Définir des structures de données efficaces pour représenter la décomposition des objets en éléments discretsGénérer et éditer interactivement des objets, de manière à respecter des données ainsi que des contraintes globales concernant la forme des objets. - Constuire une paramétrisation sous contraintes d’une surface triangulée, afin de pouvoir facilement lui associer des valeurs. Le premier point sera traité en utilisant certains résultats de topologie combinatoire, et les deux derniers seront étudiés en termes d’homéomorphisme et de transformation continue. Nous présenterons également plusieurs applications de ces méthodes, permettant de résoudre des problèmes de modélisation en géologie numérique. Par exemple, nous montrerons comment modéliser de manière précise les variations de porosité de la roche à l’intérieur d’un réservoir naturel. Des applications possibles de nos méthodes à l’image de synthèse et au placage de textures seront également évoquées

Cette thèse traite de l'algorithmique d'énumération. Après avoir présenté les concepts particuliers des algorithmes d'énumération, nous nous intéressons plus particuliérement à deux problèmes, l'énumération des cliques maximales et l'énumération des bicliques maximales d'un graphe. Pour ce dernier problème, trois variantes seront traitées : énumération des bicliques maximales induites, non induites et pour le cas particulier des graphes biparti. Cette thèse propose des liens entre les algorithmes existants pour ces problèmes. On s'intéresse à l'énumération des éléments d'une base minimun d'implications. Comme il n'existe pas à l'heure actuelle d'algorithme d'énumération polynomial pour ce problème, les approches présentées ici utilisent un autre angle d'approche : trouver une base minimun plus petite, ou plus rapide à calculer, permettant de reconstruire la base minimum initiale en temps polynomial. Dans ce but, deux résultats sont présentés : les éléments clones d'une relation et la famille des systèmes de fermeture partageant une certaine partie d'une base minimun

Cette thèse traite d'algorithmique des ensembles de données en adoptant le point de vue de la combinatoire analytique. On traite ici de trois problèmes qui illustrent cette approche: les listes à sauts associées à de l'analyse asymptotique bivariée, le hachage à essai aléatoire avec pagination et le comptage probabiliste. Les listes à sauts sont une structure de données intermédiaire entre les skiplists et les arbres binaires de recherche. L'étude de cette structure a donné lieu à un problème d'asymptotique bivariée avec coalescence de singularités. Le hachage avec essai aléatoire est un algorithme qui gère les collisions d'une table de hachage. Dans le contexte étudié qui est celui de la pagination, on obtient la moyenne, ainsi que tous les moments successifs du coût de construction. Les algorithmes de comptage probabilistes originaux Loglog et Super Loglog permettent d'estimer le cardinal d'un ensemble en utilisant un kilooctet de mémoire avec une précision d'environ 3%.

Cette thèse porte sur l'étude des classes de permutations à motifs exclus. Une analyse combinatoire des permutations via leur décomposition par substitution permet d'obtenir des résultats algorithmiques. La première partie de la thèse étudie la structure des classes de permutations. Plus précisément on donne un algorithme pour calculer une spécification combinatoire pour une classe de permutations données par sa base de motifs exclus. La spécification est obtenue si et seulement si la classe contient un nombre fini de permutations simples, cette condition étant testée par l'algorithme lui-même. Cet algorithme puise sa source dans les travaux de Albert et Atkinson établissant qu'une classe ayant un nombre fini de permutations simples a une base finie et une série génératrice algébrique. Les méthodes développées utilisent la théorie des langages et des automates, les ensembles partiellement ordonnés, l'introduction de motifs obligatoires. La seconde partie de la thèse donne un algorithme polynomial décidant si une permutation donnée en entrée est triable par deux piles connectées en série. L'existence d'un algorithme polynomial résolvant cette question est un problème longtemps resté ouvert, que l'on clôt dans cette thèse en introduisant une nouvelle notion, le tri par sas, en utilisant un codage des procédures de tri par un bi-coloriage du diagramme des permutations. Puis on résout le problème général en montrant qu'une procédure de tri général correspond à plusieurs étapes de tri par sas
This work is dedicated to the study of pattern closed classes of permutations. Algorithmic results are obtained thanks to a combinatorial study of permutation classes through their substitution decomposition. The first part of the thesis focuses on the structure of permutation classes. More precisely, we give an algorithm which derives a combinatorial specification for a permutation class given by its basis of excluded patterns. The specification is obtained if and only if the class contains a finite number of simple permutations, this condition being tested algorithmically. This algorithm takes its root in the theorem of Albert and Atkinson stating that every permutation class containing a finite number of simple permutations has a finite basis and an algebraic generating function, and its developments by Brignall and al. The methods involved make use of languages and automata theory, partially ordered sets and mandatory patterns. The second part of the thesis gives a polynomial algorithm deciding whether a permutation given as input is sortable trough two stacks in series. The existence of a polynomial algorithm answering this question is a problem that stayed open for a long time, which is solved in this thesis by introducing a new notion, the pushall sorting, which is a restriction of the general stack sorting. We first solve the decision problem in the particular case of the pushall sorting, by encoding the sorting procedures through a bicoloring of the diagrams of the permutations. Then we solve the general base by showing that a sorting procedure in the general case corresponds to several steps of pushall sorting which have to be compatible

La combinatoire a permis de résoudre certains problèmes en Mathématiques, en Physique et en Informatique, en retour celles-ci inspirent des questions nouvelles à la combinatoire. Ce mémoire de thèse intitulé "Combinatoire et algorithme des factorisations tangentes à l'identité" regroupe plusieurs travaux sur la combinatoire des déformations du produit de Shuffle. L'objectif de cette thèse est d'écrire des factorisations dont le terme principal est l'identité à travers l'utilisation d'outils portant principalement sur la combinatoire des mots (ordres, graduation etc.). Dans le cas classique, soit F une algèbre libre. En raison du fait que F est une algèbre enveloppante, on a une factorisation exacte de l'identité de End(F) = F*⨶F comme un produit infini d'exponentielles (End(F) étant muni du produit de Shuffle sur la gauche et de la concaténation sur la droite, une représentation fidèle du produit de convolution). La procédure est la suivante : premièrement on commence avec une base de Poincaré-Birkhoff-Witt, deuxièmement on calcule la famille des formes coordonnées et alors les propriétés (combinatoires) non triviales de ces familles en dualité donne la factorisation. Si on part de l'autre côté, l'écriture pour le même produit ne donne exactement l'identité que sous des conditions très restrictives que nous précisons ici. Dans de nombreux autres cas (déformés), la construction explicite des paires de bases en dualité nécessite une étude combinatoire et algorithmique que nous fournissons dans ce mémoire
Combinatorics has solved many problems in Mathematics, Physics and Computer Science, in return these domains inspire new questions to combinatorics. This memoir entitled "Combinatorics and algorithmics of factorization tangent to indentity includes several works on the combinatorial deformations of the shuffle product. The aim of this thesis is to write factorizations wich principal term is the identity through the use of tools relating mainly to combinatorics on the words (orderings, grading etc). In the classical case, let F be the free algebra. Due to the fact that F is an enveloping algebra, one has an exact factorization of the identity of End(F) = F⨶F as an infinite product of exponentials (End(F) being endowed with the shuffle product on the left and the concatenation on the right, a faithful representation of the convolution product) as follows : first on begins with a PBW basis, second one computes the family of coordinate forms and then non-trivial (combinatorial) properties of theses families in duality gives the factorization. Starting from the other side and writing the same product does give exactly identity only under very restrictive conditions that we clarify here. In many other (deformed) cases, the explicit construction of pairs of bases in duality requires combinatorial and algorithmic studies that we provide in this memoir

Ce travail porte sur les propriétés algébriques des groupes de tresses d'Artin et des systèmes autodistributifs à gauche, des objets intimement liés. La première partie est une analyse syntaxique de la forme normale de Bressaud pour les tresses. Le principal résultat est une traduction en termes de systèmes de réécriture de l'existence de la forme normale, initialement établie par des méthodes géométriques. La seconde partie est centrée sur la conjecture de plongement pour l'autodistributivité, un des énoncés ouverts principaux du domaine. On discute les multiples approches (y compris calculatoires) pouvant mener à cette conjecture, et on établit des résultats positifs partiels
In this work, we investigate algebraic properties for Artin's braid groups and self-distributive systems on the left, two objets which are linked. The first part is a syntactic analysis of Bressaud's normal formal for braids. The principal result is a translation in terms of rewriting systems of the existence of Bressaud's normal form, initially established by geometric methods. The second part deals with the embedding conjecture for self-distributivity, one of the principal open statements of the field. We discuss the various ways (including the computing ones) which could lead to this conjecture, and we establish some partial positive results

Cette thèse utilise la théorie des bases cristallines De Kashiwara pour étudier des problèmes algorithmiques et combinatoires liés aux algèbres quantiques de type B, C et D. Nous obtenons tout d'abord, pour tout poids dominant lambda, un algorithme général de calcul de la base globale d'un Uq (sp2n) module de dimension finie et de plus haut poids lambda. Nous avons de plus une description explicite de la base canonique lorsque lambda est un poids dominant. Nous donnons ensuite une présentation de monoi͏̈des, analogues pour les types B, C et D, au monoi͏̈de plaxique de Lascoux et Schützenberger. Nous décrivons alors les algorithmes d'insertion correspondant à ces monoi͏̈des. Dans le cas du type C, nous démontrons que nos relations plaxiques sont compatibles avec l'algorithme de glissement de Sheats ce qui nous permet d'obtenir un Jeu de Taquin complet pour les types B et C. Finallement, nous obtenons une généralisation de la correspondance de Robinson-Schensted aux autres types classiques qui prend en compte les représentations spinorielles des cas orthogonaux.