Résolution de systèmes bivariés et topologie de courbes planes

Solving algebraic bivariate systems and topology of plane curves

• Auteur / Autrice : Yacine Bouzidi
• Direction : Sylvain Lazard, Marc Pouget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/03/2014
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Monique Teillaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Rouillier, Michaël Sagraloff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Buse, Éric Schost

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courbes planes

Géométrie -- Informatique

Géométrie algorithmique

Mots clés libres

Résolutions de systèmes bivariés

Topologie de courbe

Représentation Univariée Rationnelle

Solving bivariate systems

Topology of curves

Rational Univariate Representation

Résumé

Un problème fondamental en géométrie algorithmique est celui du calcul de la topologie d'une courbe plane donnée par son équation implicite. Ce problème peut être vu comme celui du calcul d'un graphe qui approche la courbe et qui possède la même topologie que cette dernière. Une étape importante dans les algorithmes calculant la topologie d'une courbe plane concerne le calcul des points singuliers et points extrêmes (en x) de celle-ci. Ce problème se ramène naturellement à celui de la résolution de systèmes bivariés définis par la courbe et ses dérivées par rapport aux variables qui la définissent. Cette thèse porte sur l'étude, l'élaboration et l'implantation d'algorithmes robustes et efficaces pour la résolution de systèmes définis par des polynômes en deux variables à coefficients entiers. Plus précisément, nous nous somme intéressé au calcul d'une Représentation Univariée Rationnelle des solutions. Une telle représentation est constitué d'un polynôme univarié et de deux fonctions rationnelles qui envois les racines du polynôme univarié sur les coordonnées des points solutions du système. Nous présentons dans un premier temps un algorithme théorique pour calculer la RUR d'un système bivarié qui améliore la meilleure borne de complexité connue d'un facteur d^2, ou d désigne le degré des polynômes de départ, et qui permet d'obtenir une nouvelle borne sur la taille des polynômes de cette RUR. Dans un second temps, nous présentons un algorithme de calcul de RUR efficace en pratique. Cet algorithme, basé sur certain choix aléatoires et sur l'utilisation du calcul multi-modulaire est probabiliste. Nous en présentons une première version Monte-Carlo, puis nous montrons comment tester la correction du résultat ce qui fourni un algorithme Las-Vegas. Cet algorithme est efficace à la fois en théorie et en pratique à en juger par l'analyse de complexité en moyenne et les nombreux tests effectués

A fundamental problem in computational geometry is the computation of the topology of an algebraic plane curve given by its implicit equation, that is, the computation of a graph lines that approximates the curve while preserving its topology. A critical step in many algorithms computing the topology of a plane curve is the computation of the set of singular and extreme points (wrt x) of this curve, which is equivalent to the computation of the solutions of bivariate systems defined by the curve and some of its partial derivatives. In this presentation, we study form theoretical and practical perspectives the problem of solving systems of bivariate polynomials with integer coefficients. More precisely, we investigate the computation of a Rational Univariate Representation (RUR) of the solutions of a bivariate system, that is, a one-to-one mapping that sends the roots of a univariate polynomial to the solutions of the bivariate system. We first present a theoretical algorithm for computing the RUR of a bivariate system that improves the best complexity bound for this problem by a factor d^2 where d denote the degree of the input polynomials and allows to derive a new bound on the size of the polynomials of the RUR. We then present an algorithm for computing a RUR that is efficient in practice. This algorithm, based on some random choices and the use of multi-modular computation is probabilistic. We first present a Monte-Carlo variante of this algorithm, and then show how to transforme the latter into a Las-Vegas algorithm by checking the result for correctness. The complexity analysis as well as the experiment we performed show the efficiency of this algorithm