Topologie et algorithmes sur les cartes combinatoires

A structural and algorithmic study of combinatorial maps and their curves.

• Auteur / Autrice : Vincent Despré
• Direction : Francis Lazarus, András Sebő
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Informatique
• Date : Soutenance le 18/10/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....) - Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Devillers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Bonichon, Stéphan Thomassé, Sergio Cabello
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Goaoc, Stefan Felsner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes

Topologie

Mots clés libres

Graphe

Topologie

Surface

Combinatoire

Graph

Topology

Surface

Combinatoric

Résumé

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux propriétés topologiques des surfaces, i.e. celles qui sont préservées par des déformations continues. Intuitivement, ces propriétés peuvent être imaginées comme étant celles qui décrivent le forme générale des surfaces. Nous utilisons des cartes combinatoires pour décrire les surfaces. Elles ont le double avantage d'être de naturels objets mathématiques et de pouvoir être transformées naturellement en structure de données.Nous étudions trois problèmes différents. Premièrement, nous donnons des algorithmes pour calculer le nombre géométrique d'intersection de courbes dessinées sur des surfaces. Nous avons obtenu un algorithm quadratique pour calculer le nombre minimal d'auto-intersections dans une classe d'homotopie, un algorithme quartique pour construire un représentant minimal et un algorithme quasi-linéaire pour décider si une classe d'homotopie contient une courbe simple. Ensuite, nous donnons des contre-exemples à une conjecture de Mohar et Thomassen au sujet de l'existence de cycles de partage dans les triangulations. Finalement, nous utilisons les travaux récents de Lévèque et Gonçalves à propos des bois de Schnyder toriques pour construire une bijection entre les triangulations du tore et certaines cartes unicellulaires analogue à le célèbre bijection de Poulalhon et Schaeffer pour les triangulations planaires.Plusieurs points de vue sont utilisés au cours de cette thèse. Nous proposons donc un important chapitre préliminaire où nous insistons sur les connections entre ces différents points de vue.

In this thesis, we focus on the topological properties of surfaces, i.e. those that are preserved by continuous deformations. Intuitively, it can be understood as the properties that describe the general shape of surfaces. We describe surfaces as combinatorial maps. They have the double advantage of being well defined mathematical objects and of being straightforwardly transformed into data-structures.We study three distinct problems. Firstly, we give algorihtms to compute geometric intersection numbers of curves on surfaces. We obtain a quadratic algorithm to compute the minimal number of self-intersections in a homotopy class, a quartic one to construct a minimal representative and a quasi-linear one to decide if a homotopy class contains a simple curve. Secondly, we give counter-examples to a conjecture of Mohar and Thomassen about the existence of splitting cycles in triangulations. Finally, we use the recent work of Gonçalves and Lévèque about toiroidal Schnyder woods to describe a bijection between toroidal triangulations and toroidal unicellular maps analogous to the well known bijection of Poulalhon and Schaeffer for planar triangulations.Many different points of view are involved in this thesis. We thus propose a large preliminary chapter where we provide connections between the different viewpoints.