Artificial evolution on network structures : how time and space influence dynamics

Abstract The main objective of this work is to show how the choice of the temporal dimension and of the spatial structure of the population influences an artificial evolutionary process. In the field of Artificial Evolution we can observe a common trend in synchronously evolv¬ing panmictic populations, i.e., populations in which any individual can be recombined with any other individual. Already in the '90s, the works of Spiessens and Manderick, Sarma and De Jong, and Gorges-Schleuter have pointed out that, if a population is struc¬tured according to a mono- or bi-dimensional regular lattice, the evolutionary process shows a different dynamic with respect to the panmictic case. In particular, Sarma and De Jong have studied the selection pressure (i.e., the diffusion of a best individual when the only selection operator is active) induced by a regular bi-dimensional structure of the population, proposing a logistic modeling of the selection pressure curves. This model supposes that the diffusion of a best individual in a population follows an exponential law. We show that such a model is inadequate to describe the process, since the growth speed must be quadratic or sub-quadratic in the case of a bi-dimensional regular lattice. New linear and sub-quadratic models are proposed for modeling the selection pressure curves in, respectively, mono- and bi-dimensional regu¬lar structures. These models are extended to describe the process when asynchronous evolutions are employed. Different dynamics of the populations imply different search strategies of the resulting algorithm, when the evolutionary process is used to solve optimisation problems. A benchmark of both discrete and continuous test problems is used to study the search characteristics of the different topologies and updates of the populations. In the last decade, the pioneering studies of Watts and Strogatz have shown that most real networks, both in the biological and sociological worlds as well as in man-made structures, have mathematical properties that set them apart from regular and random structures. In particular, they introduced the concepts of small-world graphs, and they showed that this new family of structures has interesting computing capabilities. Populations structured according to these new topologies are proposed, and their evolutionary dynamics are studied and modeled. We also propose asynchronous evolutions for these structures, and the resulting evolutionary behaviors are investigated. Many man-made networks have grown, and are still growing incrementally, and explanations have been proposed for their actual shape, such as Albert and Barabasi's preferential attachment growth rule. However, many actual networks seem to have undergone some kind of Darwinian variation and selection. Thus, how these networks might have come to be selected is an interesting yet unanswered question. In the last part of this work, we show how a simple evolutionary algorithm can enable the emrgence o these kinds of structures for two prototypical problems of the automata networks world, the majority classification and the synchronisation problems. Synopsis L'objectif principal de ce travail est de montrer l'influence du choix de la dimension temporelle et de la structure spatiale d'une population sur un processus évolutionnaire artificiel. Dans le domaine de l'Evolution Artificielle on peut observer une tendence à évoluer d'une façon synchrone des populations panmictiques, où chaque individu peut être récombiné avec tout autre individu dans la population. Déjà dans les année '90, Spiessens et Manderick, Sarma et De Jong, et Gorges-Schleuter ont observé que, si une population possède une structure régulière mono- ou bi-dimensionnelle, le processus évolutionnaire montre une dynamique différente de celle d'une population panmictique. En particulier, Sarma et De Jong ont étudié la pression de sélection (c-à-d la diffusion d'un individu optimal quand seul l'opérateur de sélection est actif) induite par une structure régulière bi-dimensionnelle de la population, proposant une modélisation logistique des courbes de pression de sélection. Ce modèle suppose que la diffusion d'un individu optimal suit une loi exponentielle. On montre que ce modèle est inadéquat pour décrire ce phénomène, étant donné que la vitesse de croissance doit obéir à une loi quadratique ou sous-quadratique dans le cas d'une structure régulière bi-dimensionnelle. De nouveaux modèles linéaires et sous-quadratique sont proposés pour des structures mono- et bi-dimensionnelles. Ces modèles sont étendus pour décrire des processus évolutionnaires asynchrones. Différentes dynamiques de la population impliquent strategies différentes de recherche de l'algorithme résultant lorsque le processus évolutionnaire est utilisé pour résoudre des problèmes d'optimisation. Un ensemble de problèmes discrets et continus est utilisé pour étudier les charactéristiques de recherche des différentes topologies et mises à jour des populations. Ces dernières années, les études de Watts et Strogatz ont montré que beaucoup de réseaux, aussi bien dans les mondes biologiques et sociologiques que dans les structures produites par l'homme, ont des propriétés mathématiques qui les séparent à la fois des structures régulières et des structures aléatoires. En particulier, ils ont introduit la notion de graphe sm,all-world et ont montré que cette nouvelle famille de structures possède des intéressantes propriétés dynamiques. Des populations ayant ces nouvelles topologies sont proposés, et leurs dynamiques évolutionnaires sont étudiées et modélisées. Pour des populations ayant ces structures, des méthodes d'évolution asynchrone sont proposées, et la dynamique résultante est étudiée. Beaucoup de réseaux produits par l'homme se sont formés d'une façon incrémentale, et des explications pour leur forme actuelle ont été proposées, comme le preferential attachment de Albert et Barabàsi. Toutefois, beaucoup de réseaux existants doivent être le produit d'un processus de variation et sélection darwiniennes. Ainsi, la façon dont ces structures ont pu être sélectionnées est une question intéressante restée sans réponse. Dans la dernière partie de ce travail, on montre comment un simple processus évolutif artificiel permet à ce type de topologies d'émerger dans le cas de deux problèmes prototypiques des réseaux d'automates, les tâches de densité et de synchronisation.

Sex-chromosome evolution of Palearctic tree frogs in space and time

Sexual reproduction is nearly universal in eukaryotes and genetic determination of sex prevails among animals. The astonishing diversity of sex-determining systems and sex chromosomes is yet bewildering. Some taxonomic groups possess conserved and dimorphic sex chromosomes, involving a functional copy (e.g. mammals' X, birds' Z) and a degenerated copy (mammals' Y, birds' W), implying that sex- chromosomes are expected to decay. In contrast, others like amphibians, reptiles and fishes yet maintained undifferentiated sex chromosomes. Why such different evolutionary trajectories? In this thesis, we empirically test and characterize the main hypotheses proposed to prevent the genetic decay of sex chromosomes, namely occasional X-Y recombination and frequent sex-chromosome transitions, using the Palearctic radiation of Hyla tree frogs as a model system. We take a phylogeographic and phylogenetic approach to relate sex-chromosome recombination, differentiation, and transitions in a spatial and temporal framework. By reconstructing the recent evolutionary history of the widespread European tree frog H. arborea, we showed that sex chromosomes can recombine in males, preventing their differentiation, a situation that potentially evolves rapidly. At the scale of the entire radiation, X-Y recombination combines with frequent transitions to prevent sex-chromosome degeneration in Hyla: we traced several turnovers of sex-determining system within the last 10My. These rapid changes seem less random than usually assumed: we gathered evidences that one chromosome pair is a sex expert, carrying genes with key role in animal sex determination, and which probably specialized through frequent reuse as a sex chromosome in Hyla and other amphibians. Finally, we took advantage of secondary contact zones between closely-related Hyla lineages to evaluate the consequences of sex chromosome homomorphy on the genetics of speciation. In comparison with other systems, the evolution of sex chromosomes in Hyla emphasized the existence of consistent evolutionary patterns within the chaotic diversity of flexibility of cold-blooded vertebrates' sex-determining systems, and provides insights into the evolution of recombination. Beyond sex-chromosome evolution, this work also significantly contributed to speciation, phylogeography and applied conservation research. -- La reproduction sexuée est quasi-universelle chez les eucaryotes et le sexe est le plus souvent déterminé génétiquement au sein du règne animal. L'incroyable diversité des systèmes de reproduction et des chromosomes sexuels est particulièrement étonnante. Certains groupes taxonomiques possèdent des chromosomes sexuels dimorphiques et très conservés, avec une copie entièrement fonctionnelle (ex : le X des mammifères, le Z des oiseaux) et une copie dégénérée (ex : le Y des mammifères, le W des oiseaux), suggérant que les chromosomes sexuels sont voués à se détériorer. Cependant les chromosomes sexuels d'autres groupes tels que les amphibiens, les reptiles et les poissons sont pour la plupart indifférenciés. Comment expliquer des trajectoires évolutives si différentes? Au cours de cette thèse, nous avons étudié empiriquement les processus évolutifs pouvant maintenir les chromosomes sexuels intacts, à savoir la recombinaison X-Y occasionnel ainsi que les substitutions fréquentes de chromosomes sexuels, en utilisant les rainettes Paléarctiques du genre Hyla comme modèle d'étude. Nous avons adopté une approche phylogéographique et phylogénétique pour appréhender les événements de recombinaison, de différenciation et de transitions de chromosomes sexuels dans un contexte spatio-temporel. En retraçant l'histoire évolutive récente de la rainette verte H. arborea, nous avons mis en évidence que les chromosomes sexuels pouvaient recombiner chez les mâles, empêchant ainsi leur différenciation, et que ce processus avait le potentiel d'évoluer très rapidement. A l'échelle plus globale de la radiation, il apparait que les phénomènes de recombinaison X-Y soient également accompagnés de substitutions de chromosomes sexuels, et participent de concert au maintien de chromosomes sexuels intacts dans les populations: le système de détermination du sexe des rainettes a changé plusieurs fois au cours des 10 derniers millions d'années. Ces transitions fréquentes ne semblent pas aléatoires: nous avons identifié une paire de chromosomes qui présente des caractéristiques présageant d'une spécialisation dans le déterminisme du sexe (notamment car elle possède des gènes importants pour cette fonction), et qui a été réutilisée plusieurs fois comme tel chez les rainettes ainsi que d'autres amphibiens. Enfin, nous avons étudié l'hybridation entre différentes espèces dans leurs zones de contact, afin d'évaluer si l'absence de différenciation entre X et Y jouaient un rôle dans les processus génétiques de spéciation. Outre son intérêt pour la compréhension de l'évolution des chromosomes sexuels, ce travail contribue de manière significative à d'autres domaines de recherche tels que la spéciation, la phylogéographie, ainsi que la biologie de la conservation.

Time and space: genetic structure of the common sea urchin paracentrotus lividus in the south-eastern iberian coast

Spatio-temporal variability in settlement and recruitment, high mortality during the first life-history stages, and selection may determine the genetic structure of cohorts of long-lived marine invertebrates at small scales. We conducted a spatial and temporal analysis of the common Mediterranean Sea urchin Paracentrotus lividus to determine the genetic structure of cohorts at different scales. In Tossa de Mar (NW Mediterranean), recruitment was followed over 5 consecutive springs (2006-2010). In spring 2008, recruits and two-year-old individuals were collected at 6 locations along East and South Iberian coasts separated from 200 to over 1,100 km. All cohorts presented a high genetic diversity based on a fragment of mtCOI. Our results showed a marked genetic homogeneity in the temporal monitoring and a low degree of spatial structure in 2006. In 2008, coupled with an abnormality in the usual circulation patterns in the area, the genetic structure of the southern populations studied changed markedly, with arrival of many private haplotypes. This fact highlights the importance of point events in renewing the genetic makeup of populations, which can only be detected through analysis of the cohort structure coupling temporal and spatial perspectives.

Change points detection in crime-related time series: an on-line fuzzy approach based on a shape space representation

The extension of traditional data mining methods to time series has been effectively applied to a wide range of domains such as finance, econometrics, biology, security, and medicine. Many existing mining methods deal with the task of change points detection, but very few provide a flexible approach. Querying specific change points with linguistic variables is particularly useful in crime analysis, where intuitive, understandable, and appropriate detection of changes can significantly improve the allocation of resources for timely and concise operations. In this paper, we propose an on-line method for detecting and querying change points in crime-related time series with the use of a meaningful representation and a fuzzy inference system. Change points detection is based on a shape space representation, and linguistic terms describing geometric properties of the change points are used to express queries, offering the advantage of intuitiveness and flexibility. An empirical evaluation is first conducted on a crime data set to confirm the validity of the proposed method and then on a financial data set to test its general applicability. A comparison to a similar change-point detection algorithm and a sensitivity analysis are also conducted. Results show that the method is able to accurately detect change points at very low computational costs. More broadly, the detection of specific change points within time series of virtually any domain is made more intuitive and more understandable, even for experts not related to data mining.

Characterizing major avalanche episodes in space and time in the twentieth and early twentyfirst centuries in the Catalan Pyrenees

With the aim of better understanding avalanche risk in the Catalan Pyrenees, the present work focuses on the analysis of major (or destructive) avalanches. For such purpose major avalanche cartography was made by an exhaustive photointerpretation of several flights, winter and summer field surveys and inquiries to local population. Major avalanche events were used to quantify the magnitude of the episodes during which they occurred, and a Major Avalanche Activity Magnitude Index (MAAMI) was developed. This index is based on the number of major avalanches registered and its estimated frequency in a given time period, hence it quantifies the magnitude of a major avalanche episode or winter. Furthermore, it permits a comparison of the magnitude between major avalanche episodes in a given mountain range, or between mountain ranges, and for a long enough period, it should allow analysis of temporal trends. Major episodes from winter 1995/96 to 2013/14 were reconstructed. Their magnitude, frequency and extent were also assessed. During the last 19 winters, the episodes of January 22-23 and February 6-8 in 1996 were those with highest MAAMI values,followed by January 30-31, 2003, January 29, 2006, and January 24-25, 2014. To analyze the whole twentieth century, a simplified MAAMI was defined in order to attain the same purpose with a less complete dataset. With less accuracy, the same parameters were obtained at winter time resolution throughout the twentieth century. Again, 1995/96 winter had the highest MAAMI value followed by 1971/72, 1974/75 and 1937/38 winter seasons. The analysis of the spatial extent of the different episodes allowed refining the demarcation of nivological regions, and improving our knowledge about the atmospheric patterns that cause major episodes and their climatic interpretation. In some cases, the importance of considering a major avalanche episode as the result of a previous preparatory period, followed by a triggering one was revealed.

Code-Switching Between Cultures And Languages : Creative connectivity

Problème: Ma thèse porte sur l’identité individuelle comme interrogation sur les enjeux personnels et sur ce qui constitue l’identification hybride à l’intérieur des notions concurrentielles en ce qui a trait à l’authenticité. Plus précisément, j’aborde le concept des identifications hybrides en tant que zones intermédiaires pour ce qui est de l’alternance de codes linguistiques et comme négociation des espaces continuels dans leur mouvement entre les cultures et les langues. Une telle négociation engendre des tensions et/ou apporte le lien créatif. Les tensions sont inhérentes à n’importe quelle construction d’identité où les lignes qui définissent des personnes ne sont pas spécifiques à une culture ou à une langue, où des notions de l’identité pure sont contestées et des codes communs de l’appartenance sont compromis. Le lien créatif se produit dans les exemples où l’alternance de code linguistique ou la négociation des espaces produit le mouvement ouvert et fluide entre les codes de concurrence des références et les différences à travers les discriminations raciales, la sexualité, la culture et la langue. Les travaux que j’ai sélectionnés représentent une section transversale de quelques auteurs migrants provenant de la minorité en Amérique du Nord qui alternent les codes linguistiques de cette manière. Les travaux détaillent le temps et l’espace dans leur traitement de l’identité et dans la façon dont ils cernent l’hybridité dans les textes suivants : The Woman Warrior de Maxine Hong Kingston (1975-76), Hunger of Memory de Richard Rodriguez (1982), Comment faire l’amour avec un nègre sans se fatiguer de Dany Laferrière (1985), Borderlands/La Frontera de Gloria Anzalduá (1987), Lost in Translation de Eva Hoffman (1989), Avril ou l’anti-passion de Antonio D’Alfonso (1990) et Chorus of Mushrooms de Hiromi Goto (1994). Enjeux/Questions La notion de l’identification hybride est provocante comme sujet. Elle met en question l’identité pure. C’est un sujet qui a suscité beaucoup de discussions tant en ce qui a trait à la littérature, à la politique, à la société, à la linguistique, aux communications, qu’au sein même des cercles philosophiques. Ce sujet est compliqué parce qu’il secoue la base des espaces fixes et structurés de l’identité dans sa signification culturelle et linguistique. Par exemple, la notion de patrie n’a pas les représentations exclusives du pays d’origine ou du pays d’accueil. De même, les notions de race, d’appartenance ethnique, et d’espaces sexuels sont parfois négativement acceptées si elles proviennent des codes socialement admis et normalisés de l’extérieur. De tels codes de la signification sont souvent définis par l’étiquette d’identification hétérosexuelle et blanche. Dans l’environnement généralisé d’aujourd’hui, plus que jamais, une personne doit négocier qui elle est, au sens de son appartenance à soi, en tant qu’individu et ce, face aux modèles locaux, régionaux, nationaux, voire même globaux de la subjectivité. Nous pouvons interpréter ce mouvement comme une série de couches superposées de la signification. Quand nous rencontrons une personne pour la première fois, nous ne voyons que la couche supérieure. D’ailleurs, son soi intérieur est caché par de nombreuses couches superposées (voir Joseph D. Straubhaar). Toutefois, sous cette couche supérieure, on retrouve beaucoup d’autres couches et tout comme pour un oignon, on doit les enlever une par une pour que l’individualité complète d’une personne soit révélée et comprise. Le noyau d’une personne représente un point de départ crucial pour opposer qui elle était à la façon dont elle se transforme sans cesse. Sa base, ou son noyau, dépend du moment, et comprend, mais ne s’y limite pas, ses origines, son environnement et ses expériences d’enfance, son éducation, sa notion de famille, et ses amitiés. De plus, les notions d’amour-propre et d’amour pour les autres, d’altruisme, sont aussi des points importants. Il y a une relation réciproque entre le soi et l’autre qui établit notre degré d’estime de soi. En raison de la mondialisation, notre façon de comprendre la culture, en fait, comment on consomme et définit la culture, devient rapidement un phénomène de déplacement. À l’intérieur de cette arène de culture généralisée, la façon dont les personnes sont à l’origine chinoises, mexicaines, italiennes, ou autres, et poursuivent leur évolution culturelle, se définit plus aussi facilement qu’avant. Approche Ainsi, ma thèse explore la subjectivité hybride comme position des tensions et/ou des relations créatrices entre les cultures et les langues. Quoique je ne souhaite aucunement simplifier ni le processus, ni les questions de l’auto-identification, il m’apparaît que la subjectivité hybride est aujourd’hui une réalité croissante dans l’arène généralisée de la culture. Ce processus d’échange est particulièrement complexe chez les populations migrantes en conflit avec leur désir de s’intégrer dans les nouveaux espaces adoptés, c’est-à-dire leur pays d’accueil. Ce réel désir d’appartenance peut entrer en conflit avec celui de garder les espaces originels de la culture définie par son pays d’origine. Ainsi, les références antérieures de l’identification d’une personne, les fondements de son individualité, son noyau, peuvent toujours ne pas correspondre à, ou bien fonctionner harmonieusement avec, les références extérieures et les couches d’identification changeantes, celles qu’elle s’approprie du pays d’accueil. Puisque nos politiques, nos religions et nos établissements d’enseignement proviennent des représentations nationales de la culture et de la communauté, le processus d’identification et la création de son individualité extérieure sont formées par le contact avec ces établissements. La façon dont une personne va chercher l’identification entre les espaces personnels et les espaces publics détermine ainsi le degré de conflit et/ou de lien créatif éprouvé entre les modes et les codes des espaces culturels et linguistiques. Par conséquent, l’identification des populations migrantes suggère que la « community and culture will represent both a hybridization of home and host cultures » (Straubhaar 27). Il y a beaucoup d’écrits au sujet de l’hybridité et des questions de l’identité et de la patrie, toutefois cette thèse aborde la valeur créative de l’alternance de codes culturels et linguistiques. Ce que la littérature indiquera Par conséquent, la plate-forme à partir de laquelle j’explore mon sujet de l’hybridité flotte entre l’interprétation postcoloniale de Homi Bhabha concernant le troisième espace hybride; le modèle d’hétéroglossie de Mikhail Bakhtine qui englobent plusieurs de mes exemples; la représentation de Roland Barthes sur l’identité comme espace transgressif qui est un modèle de référence et la contribution de Chantal Zabus sur le palimpseste et l’alternance de codes africains. J’utilise aussi le modèle de Sherry Simon portant sur l’espace urbain hybride de Montréal qui établit un lien important avec la valeur des échanges culturels et linguistiques, et les analyses de Janet Paterson. En effet, la façon dont elle traite la figure de l’Autre dans les modèles littéraires au Québec fournisse un aperçu régional et national de l’identification hybride. Enfin, l’exploration du bilinguisme de Doris Sommer comme espace esthétique et même humoristique d’identification situe l’hybridité dans une espace de rencontre créative. Conséquence Mon approche dans cette thèse ne prétend pas résoudre les problèmes qui peuvent résulter des plates-formes de la subjectivité hybride. Pour cette raison, j’évite d’aborder toute approche politique ou nationaliste de l’identité qui réfute l’identification hybride. De la même façon, je n’amène pas de discussion approfondie sur les questions postcoloniales. Le but de cette thèse est de démontrer à quel point la subjectivité hybride peut être une zone de relation créatrice lorsque l’alternance de codes permet des échanges de communication plus intimes entre les cultures et les langues. C’est un espace qui devient créateur parce qu’il favorise une attitude plus ouverte vis-à-vis les différents champs qui passent par la culture, aussi bien la langue, que la sexualité, la politique ou la religion. Les zones hybrides de l’identification nous permettent de contester les traditions dépassées, les coutumes, les modes de communication et la non-acceptation, toutes choses dépassées qui emprisonnent le désir et empêchent d’explorer et d’adopter des codes en dehors des normes et des modèles de la culture contenus dans le discours blanc, dominant, de l’appartenance culturelle et linguistique mondialisée. Ainsi, il appert que ces zones des relations multi-ethniques exigent plus d’attention des cercles scolaires puisque la population des centres urbains à travers l’Amérique du Nord devient de plus en plus nourrie par d’autres types de populations. Donc, il existe un besoin réel d’établir une communication sincère qui permettrait à la population de bien comprendre les populations adoptées. C’est une invitation à stimuler une relation plus intime de l’un avec l’autre. Toutefois, il est évident qu’une communication efficace à travers les frontières des codes linguistiques, culturels, sexuels, religieux et politiques exige une négociation continuelle. Mais une telle négociation peut stimuler la compréhension plus juste des différences (culturelle ou linguistique) si des institutions académiques offrent des programmes d’études intégrant davantage les littératures migrantes. Ma thèse vise à illustrer (par son choix littéraire) l’identification hybride comme une réalité importante dans les cultures généralisées qui croissent toujours aujourd’hui. Les espaces géographiques nous gardent éloignés les uns des autres, mais notre consommation de produits exotiques, qu’ils soient culturels ou non, et même notre consommation de l’autre, s’est rétrécie sensiblement depuis les deux dernières décennies et les indicateurs suggèrent que ce processus n’est pas une tendance, mais plutôt une nouvelle manière d’éprouver la vie et de connaître les autres. Ainsi les marqueurs qui forment nos frontières externes, aussi bien que ces marqueurs qui nous définissent de l’intérieur, exigent un examen minutieux de ces enjeux inter(trans)culturels, surtout si nous souhaitons nous en tenir avec succès à des langues et des codes culturels présents, tout en favorisant la diversité culturelle et linguistique. MOTS-CLÉS : identification hybride, mouvement ouvert, alternance de code linguistique, négociation des espaces, tensions, connectivité créative

Space and time characterization of laser-induced plasmas for applications in chemical analysis and thin film deposition

Après des décennies de développement, l'ablation laser est devenue une technique importante pour un grand nombre d'applications telles que le dépôt de couches minces, la synthèse de nanoparticules, le micro-usinage, l’analyse chimique, etc. Des études expérimentales ainsi que théoriques ont été menées pour comprendre les mécanismes physiques fondamentaux mis en jeu pendant l'ablation et pour déterminer l’effet de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion, de la nature de gaz ambiant et du matériau de la cible. La présente thèse décrit et examine l'importance relative des mécanismes physiques qui influencent les caractéristiques des plasmas d’aluminium induits par laser. Le cadre général de cette recherche forme une étude approfondie de l'interaction entre la dynamique de la plume-plasma et l’atmosphère gazeuse dans laquelle elle se développe. Ceci a été réalisé par imagerie résolue temporellement et spatialement de la plume du plasma en termes d'intensité spectrale, de densité électronique et de température d'excitation dans différentes atmosphères de gaz inertes tel que l’Ar et l’He et réactifs tel que le N2 et ce à des pressions s’étendant de 10‾7 Torr (vide) jusqu’à 760 Torr (pression atmosphérique). Nos résultats montrent que l'intensité d'émission de plasma dépend généralement de la nature de gaz et qu’elle est fortement affectée par sa pression. En outre, pour un délai temporel donné par rapport à l'impulsion laser, la densité électronique ainsi que la température augmentent avec la pression de gaz, ce qui peut être attribué au confinement inertiel du plasma. De plus, on observe que la densité électronique est maximale à proximité de la surface de la cible où le laser est focalisé et qu’elle diminue en s’éloignant (axialement et radialement) de cette position. Malgré la variation axiale importante de la température le long du plasma, on trouve que sa variation radiale est négligeable. La densité électronique et la température ont été trouvées maximales lorsque le gaz est de l’argon et minimales pour l’hélium, tandis que les valeurs sont intermédiaires dans le cas de l’azote. Ceci tient surtout aux propriétés physiques et chimiques du gaz telles que la masse des espèces, leur énergie d'excitation et d'ionisation, la conductivité thermique et la réactivité chimique. L'expansion de la plume du plasma a été étudiée par imagerie résolue spatio-temporellement. Les résultats montrent que la nature de gaz n’affecte pas la dynamique de la plume pour des pressions inférieures à 20 Torr et pour un délai temporel inférieur à 200 ns. Cependant, pour des pressions supérieures à 20 Torr, l'effet de la nature du gaz devient important et la plume la plus courte est obtenue lorsque la masse des espèces du gaz est élevée et lorsque sa conductivité thermique est relativement faible. Ces résultats sont confirmés par la mesure de temps de vol de l’ion Al+ émettant à 281,6 nm. D’autre part, on trouve que la vitesse de propagation des ions d’aluminium est bien définie juste après l’ablation et près de la surface de la cible. Toutefois, pour un délai temporel important, les ions, en traversant la plume, se thermalisent grâce aux collisions avec les espèces du plasma et du gaz.

Data Security in Fault Tolerant Hard Real Time Systems- Use of Time Dependant Multiple Random Cipher Code

The present research problem is to study the existing encryption methods and to develop a new technique which is performance wise superior to other existing techniques and at the same time can be very well incorporated in the communication channels of Fault Tolerant Hard Real time systems along with existing Error Checking / Error Correcting codes, so that the intention of eaves dropping can be defeated. There are many encryption methods available now. Each method has got it's own merits and demerits. Similarly, many crypt analysis techniques which adversaries use are also available.

An Error-Localization, Validation and Optimization Tool for Embedded Code Augmentation: an Architecture Oriented Approach

Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.This dissertation contributes to an architecture oriented code validation, error localization and optimization technique assisting the embedded system designer in software debugging, to make it more effective at early detection of software bugs that are otherwise hard to detect, using the static analysis of machine codes. The focus of this work is to develop methods that automatically localize faults as well as optimize the code and thus improve the debugging process as well as quality of the code.Validation is done with the help of rules of inferences formulated for the target processor. The rules govern the occurrence of illegitimate/out of place instructions and code sequences for executing the computational and integrated peripheral functions. The stipulated rules are encoded in propositional logic formulae and their compliance is tested individually in all possible execution paths of the application programs. An incorrect sequence of machine code pattern is identified using slicing techniques on the control flow graph generated from the machine code.An algorithm to assist the compiler to eliminate the redundant bank switching codes and decide on optimum data allocation to banked memory resulting in minimum number of bank switching codes in embedded system software is proposed. A relation matrix and a state transition diagram formed for the active memory bank state transition corresponding to each bank selection instruction is used for the detection of redundant codes. Instances of code redundancy based on the stipulated rules for the target processor are identified.This validation and optimization tool can be integrated to the system development environment. It is a novel approach independent of compiler/assembler, applicable to a wide range of processors once appropriate rules are formulated. Program states are identified mainly with machine code pattern, which drastically reduces the state space creation contributing to an improved state-of-the-art model checking. Though the technique described is general, the implementation is architecture oriented, and hence the feasibility study is conducted on PIC16F87X microcontrollers. The proposed tool will be very useful in steering novices towards correct use of difficult microcontroller features in developing embedded systems.

Risk of foot and mouth disease associated with proximity in space and time to infected premises and the implications for control policy during the 2001 epidemic in Cumbria

An analysis was made that calculated the risk of disease for premises in the most heavily affected parts of the county of Cumbria during the foot-and-mouth disease epidemic in the UK in 2001. In over half the cases the occurrence of the disease was not directly attributable to a recently infected premises being located within 1.5 km. Premises more than 1.5 km from recently infected premises faced sufficiently high infection risks that culling within a 1.5 km radius of the infected premises alone could not have prevented the progress of the epidemic. A comparison of the final outcome in two areas of the county, south Penrith and north Cumbria, indicated that focusing on controlling the potential spread of the disease over short distances by culling premises contiguous to infected premises, while the disease continued to spread over longer distances, may have resulted in excessive numbers of premises being culled. Even though the contiguous cull in south Penrith appeared to have resulted in a smaller proportion of premises becoming infected, the overall proportion of premises culled was considerably greater than in north Cumbria, where, because of staff and resource limitations, a smaller proportion of premises contiguous to infected premises was culled