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Informatique théorique

« L'informatique n'est pas plus la science des ordinateurs que l'astronomie n'est celle des télescopes.  »

Michael R. Fellows et Ian Parberry

(souvent attribué à Edsger Dijkstra)
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L'informatique théorique (aussi appelée informatique mathématique) est l'étude des fondements logiques et mathématiques de l'informatique. Plus généralement, le terme est utilisé pour désigner des domaines ou sous-domaines de recherche centrés sur des vérités universelles (axiomes) en rapport avec l'informatique. L'informatique théorique se caractérise par une approche par nature plus mathématique et moins empirique de l'informatique et ses objectifs ne sont pas toujours directement reliés à des enjeux technologiques. De nombreuses disciplines peuvent être regroupées sous cette dénomination diffuse dont la théorie de la calculabilité, l'algorithmique et la théorie de la complexité, la théorie de l'information, l'étude de la sémantique des langages de programmation, la théorie des graphes, la théorie des automates et des langages formels, etc.


Lumière sur…

Problème du sac à dos

Le problème du sac à dos, aussi noté KP (en anglais, Knapsack Problem) est un problème d’optimisation combinatoire. Il modélise une situation analogue au remplissage d’un sac à dos, ne pouvant supporter plus d’un certain poids, avec tout ou partie d’un ensemble d’objets ayant chacun un poids et une valeur. Les objets mis dans le sac à dos doivent maximiser la valeur totale, sans dépasser le poids maximum.

Le problème du sac à dos est l’un des 21 problèmes NP-complets de Richard Karp, de son article de 1972. Il est intensivement étudié depuis le milieu du siècle dernier. La formulation du problème est fort simple, mais sa résolution est plus complexe. Les algorithmes existants peuvent résoudre des instances pratiques de taille conséquente. Cependant, la structure singulière du problème, et le fait qu’il soit présent en tant que sous-problème d’autres problèmes plus généraux, en font un sujet de choix pour la recherche.

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Le saviez vous ?

La grammairien Panini qui a vécu en Inde au Ve avant J-C avait inventé pour décrire le sanskrit une forme proche des notations de Backus-Naur.

Thèmes

Calculabilité

Modèles de calcul

Automate fini • Automate sur les mots infinis • Transducteur fini • Automate à pile • Automate linéairement borné • Automate cellulaire • Machine de Turing • Lambda-calcul • Fonction récursive • Random access machine • Parallel random access machine 

Problématiques

Thèse de Church • Décidabilité • Problème de l'arrêt • Ensemble récursif • Ensemble récursivement énumérable

Logique mathématique

Calcul des propositions • Calcul des prédicats • Logique d'ordre supérieur • Skolémisation • Théorie des modèles • Théorie des types • Théorème d'incomplétude de Gödel • Correspondance de Curry-Howard

Théorie des graphes

Graphe • Arbre • Arête • Clique • Degré

Familles de graphes

Graphe planaire • Graphe complet • Graphe biparti • Graphe expanseur

Problèmes classiques

Coloration de graphe • Coloration équitable • Problème du voyageur de commerce • Triangulation de graphe • Recherche de chemin • Problème d'affectation • Codes identifiants dans les graphes • Problème de couverture de sommets • Problème SAT • Théorème de Robertson-Seymour

Information et cryptologie

Théorie de l'information

Théorie de l'information • Combinatoire des mots • Codage de l'information • Compression de données

Cryptologie

Cryptologie • Cryptographie • Cryptanalyse • Chiffrement

Mode de calcul

Calcul séquentiel • Calcul parallèle • Ordinateur à ADN • Calculateur quantique

Théorie des langages et systèmes de réécriture

Théorie des langages • Compilation • Expression rationnelle • Théorème de Kleene • Grammaire formelle • Langage rationnel • Langage algébrique • Langage contextuel • Transduction rationnelle

Intelligence artificielle

Généralités

Intelligence artificielle • Histoire de l'intelligence artificielle • Philosophie de l'intelligence artificielle

Recherche locale • Recherche tabou • Recuit simulé

Algorithme génétique • Programmation génétique

Réseau de neurones artificiel • Reconnaissance de formes • Apprentissage non-supervisé • Apprentissage supervisé • Classification automatique • Reconnaissance optique de caractères • Apprentissage profond

Algorithme de colonies de fourmis • Système multi-agents • Optimisation par essaims particulaires

Éthique de l'intelligence artificielle • Intelligence artificielle amicale • Alignement des intelligences artificielles


Optimisation

Algorithme minimax • Élagage alpha-bêta • Dilemme du prisonnier

Retour sur trace (ou backtrack) • Séparation et évaluation (ou Branch & Bound) • Algorithme A* • Programmation par contraintes

Optimisation linéaire : Algorithme du simplexe • Branch and cut
Théorie des graphes : Algorithme de Dijkstra • Algorithme de Kruskal • Algorithme de Prim

Sémantique des programmes

Sémantique dénotationnelle • Sémantique axiomatique • Sémantique opérationnelle • Sémantique des langages de programmation

Algorithmique

Théorème de Cook • Réduction polynomiale • Problèmes NP-complet

Paradigmes algorithmique

Diviser pour régner • Algorithme glouton • Programmation dynamique • Algorithme probabiliste • Algorithme génétique • Heuristique

Problèmes algorithmiques

Théorie des graphes • Géométrie algorithmique • Structure de données • Optimisation

Personnalités

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