Rule-based quality heuristics formalization and identification

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Développement logiciel par transformation de modèles

La recherche en génie logiciel a depuis longtemps tenté de mieux comprendre le processus de développement logiciel, minimalement, pour en reproduire les bonnes pratiques, et idéalement, pour pouvoir le mécaniser. On peut identifier deux approches majeures pour caractériser le processus. La première approche, dite transformationnelle, perçoit le processus comme une séquence de transformations préservant certaines propriétés des données à l’entrée. Cette idée a été récemment reprise par l’architecture dirigée par les modèles de l’OMG. La deuxième approche consiste à répertorier et à codifier des solutions éprouvées à des problèmes récurrents. Les recherches sur les styles architecturaux, les patrons de conception, ou les cadres d’applications s’inscrivent dans cette approche. Notre travail de recherche reconnaît la complémentarité des deux approches, notamment pour l’étape de conception: dans le cadre du développement dirigé par les modèles, nous percevons l’étape de conception comme l’application de patrons de solutions aux modèles reçus en entrée. Il est coutume de définir l’étape de conception en termes de conception architecturale, et conception détaillée. La conception architecturale se préoccupe d’organiser un logiciel en composants répondant à un ensemble d’exigences non-fonctionnelles, alors que la conception détaillée se préoccupe, en quelque sorte, du contenu de ces composants. La conception architecturale s’appuie sur des styles architecturaux qui sont des principes d’organisation permettant d’optimiser certaines qualités, alors que la conception détaillée s’appuie sur des patrons de conception pour attribuer les responsabilités aux classes. Les styles architecturaux et les patrons de conception sont des artefacts qui codifient des solutions éprouvées à des problèmes récurrents de conception. Alors que ces artefacts sont bien documentés, la décision de les appliquer reste essentiellement manuelle. De plus, les outils proposés n’offrent pas un support adéquat pour les appliquer à des modèles existants. Dans cette thèse, nous nous attaquons à la conception détaillée, et plus particulièrement, à la transformation de modèles par application de patrons de conception, en partie parce que les patrons de conception sont moins complexes, et en partie parce que l’implémentation des styles architecturaux passe souvent par les patrons de conception. Ainsi, nous proposons une approche pour représenter et appliquer les patrons de conception. Notre approche se base sur la représentation explicite des problèmes résolus par ces patrons. En effet, la représentation explicite du problème résolu par un patron permet : (1) de mieux comprendre le patron, (2) de reconnaître l’opportunité d’appliquer le patron en détectant une instance de la représentation du problème dans les modèles du système considéré, et (3) d’automatiser l’application du patron en la représentant, de façon déclarative, par une transformation d’une instance du problème en une instance de la solution. Pour vérifier et valider notre approche, nous l’avons utilisée pour représenter et appliquer différents patrons de conception et nous avons effectué des tests pratiques sur des modèles générés à partir de logiciels libres.

Scheduled service network design for integrated planning of rail freight transportation

Cette thèse étudie une approche intégrant la gestion de l’horaire et la conception de réseaux de services pour le transport ferroviaire de marchandises. Le transport par rail s’articule autour d’une structure à deux niveaux de consolidation où l’affectation des wagons aux blocs ainsi que des blocs aux services représentent des décisions qui complexifient grandement la gestion des opérations. Dans cette thèse, les deux processus de consolidation ainsi que l’horaire d’exploitation sont étudiés simultanément. La résolution de ce problème permet d’identifier un plan d’exploitation rentable comprenant les politiques de blocage, le routage et l’horaire des trains, de même que l’habillage ainsi que l’affectation du traffic. Afin de décrire les différentes activités ferroviaires au niveau tactique, nous étendons le réseau physique et construisons une structure de réseau espace-temps comprenant trois couches dans lequel la dimension liée au temps prend en considération les impacts temporels sur les opérations. De plus, les opérations relatives aux trains, blocs et wagons sont décrites par différentes couches. Sur la base de cette structure de réseau, nous modélisons ce problème de planification ferroviaire comme un problème de conception de réseaux de services. Le modèle proposé se formule comme un programme mathématique en variables mixtes. Ce dernie r s’avère très difficile à résoudre en raison de la grande taille des instances traitées et de sa complexité intrinsèque. Trois versions sont étudiées : le modèle simplifié (comprenant des services directs uniquement), le modèle complet (comprenant des services directs et multi-arrêts), ainsi qu’un modèle complet à très grande échelle. Plusieurs heuristiques sont développées afin d’obtenir de bonnes solutions en des temps de calcul raisonnables. Premièrement, un cas particulier avec services directs est analysé. En considérant une cara ctéristique spécifique du problème de conception de réseaux de services directs nous développons un nouvel algorithme de recherche avec tabous. Un voisinage par cycles est privilégié à cet effet. Celui-ci est basé sur la distribution du flot circulant sur les blocs selon les cycles issus du réseau résiduel. Un algorithme basé sur l’ajustement de pente est développé pour le modèle complet, et nous proposons une nouvelle méthode, appelée recherche ellipsoidale, permettant d’améliorer davantage la qualité de la solution. La recherche ellipsoidale combine les bonnes solutions admissibles générées par l’algorithme d’ajustement de pente, et regroupe les caractéristiques des bonnes solutions afin de créer un problème élite qui est résolu de facon exacte à l’aide d’un logiciel commercial. L’heuristique tire donc avantage de la vitesse de convergence de l’algorithme d’ajustement de pente et de la qualité de solution de la recherche ellipsoidale. Les tests numériques illustrent l’efficacité de l’heuristique proposée. En outre, l’algorithme représente une alternative intéressante afin de résoudre le problème simplifié. Enfin, nous étudions le modèle complet à très grande échelle. Une heuristique hybride est développée en intégrant les idées de l’algorithme précédemment décrit et la génération de colonnes. Nous proposons une nouvelle procédure d’ajustement de pente où, par rapport à l’ancienne, seule l’approximation des couts liés aux services est considérée. La nouvelle approche d’ajustement de pente sépare ainsi les décisions associées aux blocs et aux services afin de fournir une décomposition naturelle du problème. Les résultats numériques obtenus montrent que l’algorithme est en mesure d’identifier des solutions de qualité dans un contexte visant la résolution d’instances réelles.

TactoColor : conception et évaluation d’une interface d’exploration spatiale du web pour malvoyants.

Nous nous intéressons, dans le cadre de cette recherche, à l’accès à l’internet des personnes malvoyantes. Plusieurs types d’outils destinés à ce public sont disponibles sur le marché, comme les lecteurs et les agrandisseurs d’écran, en fonction de l’acuité visuelle de la personne. Bien que ces outils soient utiles et régulièrement utilisés, les malvoyants (ainsi que les aveugles) évoquent souvent leur aspect frustrant. Plusieurs raisons sont citées, comme le manque d’organisation spatiale du contenu lu avec les lecteurs d’écran ou le fait de ne solliciter qu’un seul sens. La présente recherche consiste à adapter pour les malvoyants un système en développement le TactoWeb (Petit, 2013) qui permet une exploration audio-tactile du Web. TactoWeb a été conçu pour les handicapés ayant une cécité complète et n’offre donc aucune propriété visuelle. Nous proposons ici une adaptation du système pour les handicapés n’ayant qu’une déficience visuelle partielle. Nous espérons fournir à cette population des outils performants qui leur permettront de naviguer sur l’internet de façon efficace et agréable. En effet, grâce à une exploration non-linéaire (qui devrait améliorer l’orientation spatiale) et une interface multimodale (qui sollicite la vue, l’ouïe et le toucher), nous pensons réduire fortement le sentiment de frustration qu’évoquent les malvoyants. Nous avons posé l’hypothèse qu’une exploration non-linéaire et trimodale d’un site internet avec TactoColor est plus satisfaisante et efficace qu’une exploration non-linéaire bimodale avec TactoWeb (sans retour visuel). TactoColor a été adapté pour les malvoyants en ajoutant des indices visuels traduisant les composantes de la page (liens, menus, boutons) qui devraient rendre l’exploration plus aisée. Pour vérifier notre hypothèse, les deux versions du logiciel ont été évaluées par des malvoyants. Ainsi, les participants ont commencé soit avec TactoWeb, soit avec TactoColor afin de ne pas favoriser une des versions. La qualité de la navigation, son efficacité et son efficience ont été analysées en se basant sur le temps nécessaire à l’accomplissement d’une tâche, ainsi que la facilité ou la difficulté évoquée par le participant. Aussi, à la fin de chaque session, nous avons demandé leur avis aux participants, grâce à un questionnaire d’évaluation, ce qui nous a permis d’avoir leur retour sur notre logiciel après leur brève expérience. Tous ces relevés nous ont permis de déterminer que l’ajout des couleurs entraine une exploration plus rapide des pages web et une meilleure orientation spatiale. Par contre les performances très différentes des participants ne permettent pas de dire si la présence des couleurs facilite la complétion des tâches.

Rapport M/L de disques de galaxies issus de modèles CSPE et contrôle des contraintes mécaniques dans la conception de revêtements optiques

La thèse qui suit est organisée en deux volets: un premier volet portant sur les modèles de masse de galaxies et un second volet sur la conception de revêtements optiques et le contrôle de leurs propriétés mécaniques. Les modèles de masse présentés dans cette thèse ont été réalisés sur un sous-échantillon de dix galaxies de l'étude SINGS comprenant neuf galaxies normales et une galaxie naine. Ce travail visait à fixer le rapport masse-luminosité du disque à tout rayon en utilisant les résultats de modèles d'évolution galactique chimio-spectrophotométriques ajustés spécifiquement à chaque galaxie grâce à son profil de photométrie multi-bandes. Les résultats montrent que les disques stellaires tels que normalisés par les rapports masse-luminosité issus des modèles ont des masses cohérentes dans toutes les bandes étudiées de l'ultra-violet, du visible ainsi que du proche infrarouge (bandes FUV à IRAC2). Ces disques peuvent être considérés comme maximaux par rapport aux données cinématiques des galaxies étudiées. Ceci est dû au fait que le rapport M/L est plus élevé au centre que sur les bords. Les disques étant maximaux et physiquement justifiés, on ne peut dès lors ignorer les effets de composants tels que les bulbes ou les barres et les corrections nécessaires doivent être apportées aux profils de luminosité et de vitesses de rotation de la galaxie. Dans les travaux de la seconde partie, le logiciel en développement libre OpenFilters a été modifié afin de tenir compte des contraintes mécaniques dans la conception numérique de revêtements optiques. Les contraintes mécaniques dans les couches minces ont un effet délétère sur leurs performances optiques. Un revêtement destiné à rendre réflectives les lames d'un étalon Fabry-Perot utilisé en astronomie a été conçu et fabriqué afin d'évaluer les performances réelles de la méthode. Ce cas a été choisi à cause de la diminution de la finesse d'un étalon Fabry-Perot apporté par la courbure des lames sous l'effet des contraintes. Les résultats montrent que les mesures concordent avec les modèles numériques et qu'il est donc possible à l'aide de ce logiciel d'optimiser les revêtements pour leur comportement mécanique autant que pour leurs propriétés optiques.

Méthode de génération de colonnes pour les problèmes de conception de réseaux avec coûts d’ajout de capacité

Les problèmes de conception de réseaux ont reçu un intérêt particulier et ont été largement étudiés de par leurs nombreuses applications dans différents domaines, tels que les transports et les télécommunications. Nous nous intéressons dans ce mémoire au problème de conception de réseaux avec coûts d’ajout de capacité. Il s’agit d’installer un ensemble d’équipements sur un réseau en vue de satisfaire la demande, tout en respectant les contraintes de capacité, chaque arc pouvant admettre plusieurs équipements. L’objectif est de minimiser les coûts variables de transport des produits et les coûts fixes d’installation ou d’augmentation de capacité des équipements. La méthode que nous envisageons pour résoudre ce problème est basée sur les techniques utilisées en programmation linéaire en nombres entiers, notamment celles de génération de colonnes et de coupes. Ces méthodes sont introduites dans un algorithme général de branch-and-bound basé sur la relaxation linéaire. Nous avons testé notre méthode sur quatre groupes d’instances de tailles différentes, et nous l’avons comparée à CPLEX, qui constitue un des meilleurs solveurs permettant de résoudre des problèmes d’optimisation, ainsi qu’à une méthode existante dans la littérature combinant des méthodes exactes et heuristiques. Notre méthode a été plus performante que ces deux méthodes, notamment pour les instances de très grandes tailles.

Conception et développement d'un environnement informatisé d'expérimentations contrôlées et assistées à distance par ordinateur (Ex@O)

La démarche scientifique (ou expérimentale) en milieu scolaire nécessite des savoir-faire expérimentaux qui ne s’acquièrent habituellement qu’en présentiel, c’est-à-dire en laboratoire institutionnel où l’enseignant ou le technicien sont présents et peuvent, à tout moment, assister pleinement l’apprenant dans sa démarche d’investigation scientifique et technologique. Ils peuvent l’orienter, le diriger, susciter sa réflexion, faire des démonstrations réelles ou contrôler son expérimentation en lui montrant comment paramétrer les outils d’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO). Pour répondre aux besoins de la formation à distance, cette recherche de développement en didactique des sciences et de la technologie propose de mettre à la disposition des apprenants et des enseignants un environnement de laboratoire informatisé, contrôlé et assisté à distance. Cet environnement, axé sur un microlaboratoire d’ExAO (MicrolabExAO), que nous avons nommé Ex@O pour le distinguer, a été testé de manière fonctionnelle, puis évalué en situation réelle par des étudiants-maîtres et des élèves de l’éducation des adultes qui ont pratiqué et expérimenté la démarche scientifique, en situation de laboratoire réel, mais à distance. Pour ce faire, nous avons couplé le logiciel MicrolabExAO à un logiciel de prise en main à distance avec outils audio et vidéo (Teamviewer). De plus, nous avons créé et inséré, dans le logiciel MicrolabExAO, une aide en ligne pour télécharger et faciliter la prise en main à distance. Puisque cet environnement Ex@O permet de multiplier les contacts des apprenants avec une expérimentation concrète, ce prototype répond bien à l’un des objectifs du Programme de formation de l’école québécoise (PFEQ) qui est de rendre l’apprenant plus actif dans ses apprentissages. Et parce que ce premier prototype d’environnement Ex@O permet d’effectuer des activités en laboratoire à distance, nous avons pu vérifier qu’il met aussi l’accent, non seulement sur les savoirs, mais également sur les savoir-faire expérimentaux en sciences et technologie, traditionnellement développés dans les locaux des laboratoires institutionnels. Notons ici que la démarche expérimentale s’acquiert très majoritairement en laboratoire en pratiquant, souvent et régulièrement, le processus inductif et déductif propre à cette démarche. Cette pratique de la démarche expérimentale, à distance, avec la technologie Ex@O qui l’accompagne, nous a permis de vérifier que celle-ci était possible, voire comparable à la réalisation, pas-à-pas, d’un protocole expérimental effectué dans un laboratoire institutionnel.

Design de nouvelles fonctionnelles en théorie de la fonctionnelle de la densité et conception de polymères pour application à la photovoltaïque organique

La présente thèse porte sur les calculs utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour simuler des systèmes dans lesquels les effets à longue portée sont importants. Une emphase particulière est mise sur les calculs des énergies d’excitations, tout particulièrement dans le cadre des applications photovoltaïques. Cette thèse aborde ces calculs sous deux angles. Tout d’abord, des outils DFT déjà bien établis seront utilisés pour simuler des systèmes d’intérêt expérimental. Par la suite, la théorie sous-jacente à la DFT sera explorée, ses limites seront identifiées et de nouveaux développements théoriques remédiant à ceux-ci seront proposés. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, des calculs numériques utilisant la DFT et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) telles qu’implémentées dans le logiciel Gaussian [1] sont faits avec des fonctionnelles courantes sur des molécules et des polymères d’intérêt expérimental. En particulier, le projet présenté dans le chapitre 2 explore l’utilisation de chaînes latérales pour optimiser les propriétés électroniques de polymères déjà couramment utilisés en photovoltaïque organique. Les résultats obtenus montrent qu’un choix judicieux de chaînes latérales permet de contrôler les propriétés électroniques de ces polymères et d’augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques les utilisant. Par la suite, le projet présenté dans le chapitre 3 utilise la TDDFT pour explorer les propriétés optiques de deux polymères, le poly-3-hexyl-thiophène (P3HT) et le poly-3-hexyl- sélénophène (P3HS), ainsi que leur mélange, dans le but d’appuyer les observations expérimentales indiquant la formation d’exciplexe dans ces derniers. Les calculs numériques effectués dans la première partie de cette thèse permettent de tirer plusieurs conclusions intéressantes, mais mettent également en évidence certaines limites de la DFT et de la TDDFT pour le traitement des états excités, dues au traitement approximatif de l’interaction coulombienne à longue portée. Ainsi, la deuxième partie de cette thèse revient aux fondements théoriques de la DFT. Plus précisément, dans le chapitre 4, une série de fonctionnelles modélisant plus précisément l’interaction coulombienne à longue portée grâce à une approche non-locale est élaborée. Ces fonctionnelles sont basées sur la WDA (weighted density approximation), qui est modifiée afin d’imposer plusieurs conditions exactes qui devraient être satisfaites par le trou d’échange. Ces fonctionnelles sont ensuite implémentées dans le logiciel Gaussian [1] et leurs performances sont évaluées grâce à des tests effectués sur une série de molécules et d’atomes. Les résultats obtenus indiquent que plusieurs de ces fonctionnelles donnent de meilleurs résultats que la WDA. De plus, ils permettrent de discuter de l’importance relative de satisfaire chacune des conditions exactes.

De la fusion du génie logiciel et d'une bibliothèque à source ouverte pour la modélisation/simulation de processus matériel et logiciel

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

De la fusion du génie logiciel et d'une bibliothèque à source ouverte pour la modélisation/simulation de processus matériel et logiciel

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Système d'aide à la planification et à la conception d'une stratégie d'évaluation formative instrumentée

Le logiciel SysML (Système Mastery Learning) est le prototype d'un logiciel pour enseignants qui désirent implanter le Mastery Learning dans leurs cours. Appartenant à la famille des APO (Applications Pédagogiques de l'Ordinateur), ce logiciel de GPAQ (Génie Pédagogique Assisté par Ordinateur) vient répondre à des besoins d'encadrement et d'assistance formulés par les enseignants qui utilisent le Mastery Learning. Ce projet de recherche et de développement visait à produire un logiciel pour assister et encadrer les enseignants dans le processus de planification et de conception d'une stratégie instrumentée d'évaluation formative. Le but de SysML est de réduire la perte de temps lors de la conception des instruments et à rendre ces instruments de meilleure qualité. Le logiciel SysML a été développé suite à une analyse du problème et des besoins des enseignants et est basé sur des modèles pédagogiques éprouvés. Le logiciel est programmé dans l'environnement HyperCard sur ordinateur Macintosh . SysML a été expérimenté par une conseillère pédagogique et trois enseignants du réseau collégial. Les commentaires des expérimentateurs, recueillis lors des entrevues, sont positifs et nous indiquent qu'un tel logiciel serait bienvenu dans le monde de l'éducation. Par ailleurs, SysML ne serait pas limité aux utilisateurs du Mastery Learning mais serait ouvert aux enseignants qui veulent organiser, planifier un cours et une stratégie d'évaluation. L'essentiel du projet de recherche a été la production du logiciel. Tout le travail de recherche est dans le logiciel, ce document n'est que le rapport accompagnateur. On peut avoir une démonstration du fonctionnement du logiciel en s'adressant à l'auteur.

Génération de patrons de conception et restructuration de code vers un patron de conception pour Java

(POO) est l’utilisation de patrons de conception (PC). Un PC est un arrangement caractéristique de classes permettant d’offrir une solution éprouvée, tout en obtenant un code réutilisable et compréhensible. Plusieurs PC sont définis, dont 24 par la GoF [12] et plusieurs autres sont apparus par la suite. Le concept de PC est abstrait ce qui peut amener différentes interprétations. Ces différences peuvent aussi causer une mauvaise implémentation qui peut réduire les avantages d’utiliser ce patron. Ce projet consiste à concevoir un outil facilitant l’utilisation des PC. L’outil Génération et Restructuration de Patrons de Conception(GRPC) permet la génération automatique du squelette d’un patron de conception ainsi que la restructuration d’un code en le transformant structure respectant un PC. La génération et la restructuration automatique permettent d’obtenir un code uniforme et de qualité tout en respectant le patron de conception. La compréhension et la maintenance du code sont ainsi améliorées. GRPC est module d’extension pour l’environnement de développement Eclipse écrit en Java. Le code est conçu pour être facilement compréhensible et extensible. Les deux principaux objectifs de GRPC sont de restructurer (refactoring) une section de code vers l’architecture d’un patron de conception et de générer des squelettes de patrons de conception. Une interface graphique permet de guider l’utilisateur et d’aller chercher toutes les informations importantes pour le fonctionnement du logiciel. Elle permet aussi de configurer les éléments du patron de conception. Pour s’assurer de la possibilité d’effectuer une restructuration, chaque patron est associé avec une ou plusieurs règles qui analysent le code pour détecter la présence d’une structure particulière. Des procédures aident les développeurs à ajouter de nouveaux PC dans GRPC. GRPC fournit des fonctionnalités permettant d’implémenter quelques patrons de conception de la POO définis dans le livre Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software.

Conception d’un simulateur de conduite pour véhicule Spyder

Le Spyder conçu par BRP est un véhicule complexe, original et peu connu du grand public à travers le monde. Par conséquent, on souhaite développer un outil facile d’accès pour la découverte, la formation au pilotage et l’aide à la conception du roadster. Le sujet de ce projet de maîtrise est le développement du modèle dynamique du véhicule et l’intégration à une plateforme de simulation existante. Pour y parvenir, on élabore un modèle réaliste du véhicule sous deux versions, sport et tourisme. Après avoir recherché les différents paramètres et caractéristiques du véhicule, on se concentre d’abord sur un modèle simple puis sur un modèle plus complexe comportant différents modules, comme la motorisation et les aides à la conduite. En vue de valider le modèle, on utilisera les résultats de tests et des mesures expérimentales. Après validation, le modèle doit être intégré à la nouvelle plateforme de simulation. Le logiciel, développé en langage C++, est élaboré à partir de la plateforme de base. Des modèles 3D détaillés du Spyder offrent un rendu graphique réaliste pour une meilleure immersion. Le modèle est capable de répondre en temps réel et de manière réaliste et précise sous le contrôle de l’utilisateur. On a donc un outil polyvalent à objectifs multiples : faire connaître le véhicule, aider l’ingénieur dans l’étude du véhicule et former les futurs pilotes de manière plus efficace et moins coûteuse. L’outil de simulation peut être également un moyen d’évaluer facilement des paramètres dont l’appréciation est subjective comme la signature sonore du véhicule.