VISI401 CMI : bibliographie scientifique

Responsable: Jacques-Olivier Lachaud

Ce module amène l'étudiant à effectuer des recherches bibliographiques sur un sujet donné, et à synthétiser ses résultats sous la forme d'un exposé construit.

L'étudiant, à partir d'un sujet et d'un ou plusieurs articles initiaux, doit approfondir le sujet, appréhender son historique, ses évolutions, et son état actuel.

A côté des ressources fournies par les bibliothèques, quelques pointeurs très utiles pour faire des recherches bibliographiques:

• Scholar Google (libre)
• ResearchGate (libre)
• MashSciNet (plus math)
• Springer (accès via USMB)
• Elsevier Sciencedirect (accès via USMB)
• SciHub lorsqu'on ne trouve pas

La synthèse bibliographique se fait en interaction avec le tuteur par des visites régulières et/ou des compte-rendus d'avancement par email. La synthèse finale fait l'objet d'un exposé final (15-20 minutes + questions) et d'un document de présentation.

sujets 2019-2020

Crypto-système de Merkle-Hellman et algorithme de Shamir

• Tuteur : Pierre Hyvernat
• Résumé : Le système de Merkle-Hellman est un système cryptographique de type "clé publique / clé privée". Il a été inventé juste en 1978, après le système RSA (encore utilisé). Ce système a l'avantage d'être un peu plus simple, mais le **gros** désavantage d'avoir été craqué par A. Shamir en 1984. L'objectif est de comprendre le système, et la faille qu'il contenait. Cela permettra de comprendre l'algorithme de Shamir...
• Bibliographie initiale :
  1. Shamir, Adi (1984). "A polynomial-time algorithm for breaking the basic Merkle - Hellman cryptosystem". IEEE Transactions on Information Theory. 30 (5): 699–704. doi:10.1109/SFCS.1982.5 [PDF]

Reconstruction de surfaces à partir de nuages de points et de normales

• Tuteur : Jacques-Olivier Lachaud
• Résumé : Les lasers d'acquisition de données 3d permettent de fabriquer des données qui approchent le bord d'un objet 3D. Ces données sont souvent sous la forme d'un nuage de points, doublé d'un vecteur associé à chaque point et qui indique la direction normale à la surface de l'objet. On parle de données de Hermite. Il existe des algorithmes dédiés, très efficaces et robustes, pour reconstruire une surface qui passe par ces points. L'objectif est de comprendre les deux principales méthodes, l'une appelée reconstruction de Poisson, l'autre relié à la notion d'indice (ou winding number), leurs qualités et leur défaut.
• Bibliographie initiale:
  • KAZHDAN, Michael, BOLITHO, Matthew, et HOPPE, Hugues. Poisson surface reconstruction. In : Proceedings of the fourth Eurographics symposium on Geometry processing. 2006 [PDF]
  • BARILL, Gavin, DICKSON, Neil G., SCHMIDT, Ryan, et al. Fast winding numbers for soups and clouds. ACM Transactions on Graphics (TOG), 2018, vol. 37, no 4, p. 43. [[1]]

Algorithmes de super-résolution par apprentissage

• Tuteur : Jacques-Olivier Lachaud
• Résumé : La super-résolution consiste à, étant donné une image M x N, de fabriquer une image "zoomée" de taille kM x kN, où l'information inventée est "crédible". Le problème est évidemment mal posé mathématiquement, et du coup on rajoute de l'information a priori : continuité des couleurs, continuité des structures géométriques, modèles probabilistes, moyennes non-locales (auto-similarités), etc. Avec l'avènement du deep learning, des méthodes à base d'apprentissage ont vu le jour. En gros, un réseau de neurones (CNN) apprend sur plein d'images en "dézoomant" les images en entrées (facile, on sous-échantillonne), puis on utilise la fonction construite pour faire la super-résolution.
• L'objectif est de regarder les méthodes de super-résolution, notamment celles par apprentissage et de voir leurs qualités et défauts. On pourra aussi les comparer avec des méthodes purement géométriques de super-résolution, ou des méthodes de moyennes non-locales.
• Ce sujet a été discuté avec Romain Théodet et conduit à un stage au LAMA pour combiner méthode géométrique et méthode par deep learning pour la super-résolution.
• Bibliographie initiale :
  • SHI, Wenzhe, CABALLERO, Jose, HUSZÁR, Ferenc, et al. Real-time single image and video super-resolution using an efficient sub-pixel convolutional neural network. In : Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition. 2016. p. 1874-1883 [PDF]?
  • Lachaud, J.-O. and Kerautret, B., Geometric Total Variation for image vectorization, zooming and pixel art depixelizing, In : Proceedings of 5th Asian Conference on Pattern Recognition, 2019 Fichier:Paper-GTV.pdf
  • [Démos en ligne d'algorithmes de super-résolution]

Autour de la question de la sensibilité des fonctions Booléennes

• Tuteur : Sébastien Tavenas
• Résumé : On souhaite s’intéresser aux problèmes résolus par des algorithmes qui répondent par Vrai/Faux. Ces problèmes ont des entrées dans {0,1}^n (entrées codées en binaire) et une sortie dans {0,1) (Vrai ou Faux). Il est donc naturel de s’intéresser aux propriétés de ces fonctions Booléennes. Un certain nombre de paramètres intéressants ont été identifiés, comme la complexité du certificat (nombre minimal de bits nécessaires pour connaître la valeur de sortie), le degré (degré d’un polynôme qui correspond à la fonction sur les entrées Booléennes), la sensibilité (lnombre de bits qui, s’ils sont modifiés, impliquent une modification de la sortie), et bien d’autres (taille d’un arbre de décision, complexité en requêtes classiques ou quantiques, taille des coefficients de Fourier,…). En 1992, Nisan et Szegedy ont montré que tous ces paramètres sont reliés entre eux : si on connait l’un d’eux, par exemple le degré, on sait alors que n’importe quel autre de ces paramètres, par exemple la taille de l’arbre de décision, est limité à un certain intervalle de valeurs. Tous, sauf un : la sensibilité. Aucune méthode de preuve semblait impliquer que ce paramètre ne pouvait pas être beaucoup plus petit que les autres. Nisan et Szegedy posèrent alors la question de savoir si la sensibilité d’une fonction Bolléenne était reliée ou non aux autres paramètres classiques.
• Cet été, en 2019, un chercheur, Hao Huang, a montré dans une preuve de deux pages que la sensibilité ne pouvait pas être significativement plus petite que les autres paramètres, résolvant le problème posé 27 ans auparavant. Cette "sensitivity" conjecture a été attaquée en vain par de nombreux chercheurs renommés. Or, la nouvelle preuve est si simple qu’un chercheur l’a résumé en un [tweet].
• L'objectif est de comprendre quels sont les paramètres classiques des fonctions Booléennes et des liens entre eux avant de s'intéresser à la preuve de la conjecture. On pourra essayer de construire des fonctions extrémales (ie, avec des paramètres extrémaux dans leur plage de valeurs).
• Bibliographie initiale :
  • Le papier original où la question a été posée : N. Nisan, M. Szegedy. [On the degree of Boolean functions as real polynomials.] Comput. Complexity, 4 (1992), 462–467.
  • Une référence sur l'analyse des fonctions Booléennes : Ryan O’Donnell. [Analysis of Boolean Functions], Cambridge University Press, 2014 

  • La preuve de la conjecture : Hao Huang. [Induced subgraphs of hypercubes and a proof of the Sensitivity Conjecture]. Annals of Mathematics, 190 (2019), 949-955

Structures de données purement fonctionnelles

• Tuteur : Tom Hirschowitz
• Résumé : L'algorithmique est souvent enseignée sur des langages principalement impératifs tels que C. Les structures de données utilisées ne sont pas toujours évidentes à traduire vers les langages fonctionnels tels que OCaml. L'étudiant s'initiera aux structures de données fonctionnelles et aux concepts liés tels que la persistence, en suivant le livre « Purely functional data structures » d'Okasaki.
• Liens
  • [La thèse d'Okasaki (PDF)]

travaux réalisés 2018-2019

Les exposés auront lieu le lundi 27 mai de 9h à 11h en salle 115 du chablais. Prévoyez 15-20min suivi de questions.

• Tristan Porteries (PDF): problèmes avec mémoire restreint, tuteur S. Tavenas
• R. Wagner: Reconstruction de surfaces à partir de nuages de points, tuteur J.-O. Lachaud
• Nils Ruet (PDF): LISP, tuteur P. Hyvernat
• Rémy Bouvier (PDF): dancing links, tuteur P. Hyvernat

sujets 2018-2019

Les sujets 1-3 sont encadrés par J.-O. Lachaud, les sujets 4-5 par P. Hyvernat, le sujet 6 par S. Tavenas. Un encadrant encadre au max 2 étudiants.

1. Débruitage de surfaces maillées (mesh denoising): Etant donné une surface triangulées, dont la position des sommets est "bruité" (en général par les moyens d'acquisitions utilisés pour la fabriquer), ces algorithmes tentent de retrouver la surface initiale, en supposant par exemple qu'elle était lisse ou lisse par morceaux.
   • Bilateral mesh denoising, S Fleishman, I Drori, D Cohen-Or - ACM transactions on graphics (TOG), 2003 - dl.acm.org
   • Mesh denoising via L0 minimization, L He, S Schaefer - ACM Transactions on Graphics (TOG), 2013 - dl.acm.org
   • Variational mesh denoising using total variation and piecewise constant function space, H Zhang, C Wu, J Zhang, J Deng - IEEE transactions on …, 2015 - ieeexplore.ieee.org
2. Approximation de formes: il s'agit de fabriquer, à partir d'une surface maillée précise, une nouvelle surface composée de beaucoup moins de sommets qui l'approche et qui conserve ses caractéristiques principales. Cela sert aussi en compression de formes.
   • Progressive meshes, H Hoppe - Proceedings of the 23rd annual conference on SIGGRAPH, 1996 - dl.acm.org
   • Variational shape approximation, D Cohen-Steiner, P Alliez, M Desbrun - ACM Transactions on Graphics …, 2004 - dl.acm.org
3. Reconstruction de surfaces à partir de nuages de points: il s'agit de trouver comment fabriquer une surface qui approche un ensemble de points dans l'espace.
   • Delaunay triangulation based surface reconstruction.F Cazals, J Giesen - Effective computational geometry for curves and …, 2006 - Springer
   • State of the art in surface reconstruction from point clouds, M Berger, A Tagliasacchi, L Seversky, P Alliez… - EUROGRAPHICS star …, 2014 - hal.inria.fr
   • Bayesian point cloud reconstruction, P Jenke, M Wand, M Bokeloh… - Computer Graphics …, 2006 - Wiley Online Library
4. "dancing links" : l'algorithme X de Knuth est un algorithme élégant et "efficace" pour chercher une solution au problème combinatoire de la couverture exacte. Cet algorithme peut s'appliquer à des problèmes aussi divers que la résolution de sudoku ou le pavage par polyominos. Ce problème fait partie de la classe des problèmes NP-complets qui sont intrinsequement difficiles
   • "Dancing links" : description de l'algorithme X de Knuth et de quelques applications Millennial Perspectives in Computer Science : Proceedings of the 1999 Oxford-Microsoft Symposium in Honour of Sir Tony Hoare, Palgrave, coll. « Cornerstones of Computing », 2000
5. Le langage LISP est un des plus vieux langages de programmation encore (un peu) utilisé. (LISP: 1958, C: 1972, Python: 1989). Il s'agit d'un langage fonctionnel avec une syntaxe très simple. La programmation fonctionnelle s'est ensuite developpé dans plusieurs directions, notamment avec la notion de typage fort (Hindley-Milner) utilisé par les langages de la famille ML (SML, Caml)
   • John McCarthy Recursive Functions of Symbolic Expressions and Their Computation by Machine, Part I description du langage LISP
   • Robin Milner, A Theory of Type Polymorphism in Programming : description de l'algorithme de typage d'un langage fonctionnel
6. Une question naturelle est de savoir quels sont les problèmes qui peuvent être résolus avec un espace mémoire restreint. Plus formellement, on notera L l'ensemble des problèmes que l'on peut résoudre en utilisant seulement un espace mémoire logarithmique. On s'intéresse à cette classe de problèmes, et plus particulièrement aux problèmes de connectivité dans un graphe.
   • Sylvain Périfel Complexité algorithmique : Un livre récent qui survole une grosse partie de la complexité algorithmique. Le chapitre 4 concerne la complexité en espace.
   • Omer Reingold Undirected Connectivity in Log-Space

travaux réalisés 2017-2018

Les exposés auront lieu le vendredi 25 mai 2018, à 9h. Prévoyez 15-20min suivi de questions.

• ray-tracing au path-tracing, Raphael Tournafond (PDF)
• "dancing links" et NP complétude, Ambroise Decouttere (PDF)

sujets 2017-2018

1. Du ray-tracing au path-tracing: il s'agit de comprendre l'évolution des algorithmes de rendu (dits "réalistes") et de mettre en avant les principales évolutions.
   • An introduction to ray tracing AS Glassner - 1989 - books.google.com
   • Energy redistribution path tracing, D Cline, J Talbot, P Egbert - ACM Transactions on Graphics (TOG), 2005 - dl.acm.org
   • et pour une introduction douce au ray-tracing: TP2 de http://www.lama.univ-savoie.fr/~lachaud/Cours/INFO805/Tests/html/index.html
2. Débruitage de surfaces maillées (mesh denoising): Etant donné une surface triangulées, dont la position des sommets est "bruité" (en général par les moyens d'acquisitions utilisés pour la fabriquer), ces algorithmes tentent de retrouver la surface initiale, en supposant par exemple qu'elle était lisse ou lisse par morceaux.
   • Bilateral mesh denoising, S Fleishman, I Drori, D Cohen-Or - ACM transactions on graphics (TOG), 2003 - dl.acm.org
   • Mesh denoising via L0 minimization, L He, S Schaefer - ACM Transactions on Graphics (TOG), 2013 - dl.acm.org
   • Variational mesh denoising using total variation and piecewise constant function space, H Zhang, C Wu, J Zhang, J Deng - IEEE transactions on …, 2015 - ieeexplore.ieee.org
3. Approximation de formes: il s'agit de fabriquer, à partir d'une surface maillée précise, une nouvelle surface composée de beaucoup moins de sommets qui l'approche et qui conserve ses caractéristiques principales. Cela sert aussi en compression de formes.
   • Progressive meshes, H Hoppe - Proceedings of the 23rd annual conference on SIGGRAPH, 1996 - dl.acm.org
   • Variational shape approximation, D Cohen-Steiner, P Alliez, M Desbrun - ACM Transactions on Graphics …, 2004 - dl.acm.org
4. Reconstruction de surfaces à partir de nuages de points: il s'agit de trouver comment fabriquer une surface qui approche un ensemble de points dans l'espace.
   • Delaunay triangulation based surface reconstruction.F Cazals, J Giesen - Effective computational geometry for curves and …, 2006 - Springer
   • State of the art in surface reconstruction from point clouds, M Berger, A Tagliasacchi, L Seversky, P Alliez… - EUROGRAPHICS star …, 2014 - hal.inria.fr
   • Bayesian point cloud reconstruction, P Jenke, M Wand, M Bokeloh… - Computer Graphics …, 2006 - Wiley Online Library
5. "dancing links" et NP complétude : l'algorithme X de Knuth est un algorithme élégant et "efficace" pour chercher une solution au problème combinatoire de la couverture exacte. Cet algorithme peut s'appliquer à des problèmes aussi divers que la résolution de sudoku ou le pavage par polyominos. Ce problème fait partie de la classe des problèmes NP-complets qui sont intrinsequement difficiles
   • "Dancing links" : description de l'algorithme X de Knuth et de quelques applications Millennial Perspectives in Computer Science : Proceedings of the 1999 Oxford-Microsoft Symposium in Honour of Sir Tony Hoare, Palgrave, coll. « Cornerstones of Computing », 2000
   • Classic Nintendo Games are (Computationally) Hard : preuve que Super Mario et d'autres jeux video classiques sont NP-complets Theoretical Computer Science, volume 586, 2015, pages 135–160.
6. Le langage LISP est un des plus vieux langages de programmation encore (un peu) utilisé. (LISP: 1958, C: 1972, Python: 1989). Il s'agit d'un langage fonctionnel avec une syntaxe très simple. La programmation fonctionnelle s'est ensuite developpé dans plusieurs directions, notamment avec la notion de typage fort (Hindley-Milner) utilisé par les langages de la famille ML (SML, Caml)
   • John McCarthy Recursive Functions of Symbolic Expressions and Their Computation by Machine, Part I description du langage LISP
   • Robin Milner, A Theory of Type Polymorphism in Programming : description de l'algorithme de typage d'un langage fonctionnel