Dissertationen zum Thema „Jeux sur graphes“

Cette thèse porte sur un certain nombre de problèmes algorithmiques motivés par la planification temporelle automatisée et la vérification formelle des systèmes réactifs et finis. Nous nous sommes concentrés sur les méthodes théoriques des jeux pour obtenir de nouvelles connaissances, des limites de complexité améliorées et des algorithmes plus rapides pour les modèles suivants: réseaux temporels hyper, réseaux conditionnels Simples / Hyper temporels, jeux de mise à jour, jeux Muller McNaughton et jeux Mean Payoff<br>This dissertation deals with a number of algorithmic problems motivated by automated temporal planning and formal verification of reactive and finite state systems. We focused on game theoretical methods to obtain novel insights, improved complexity bounds, and faster algorithms for the following models: Hyper Temporal Networks, Conditional Simple/Hyper Temporal Networks, Update Games, Muller McNaughton Games, and Mean Payoff Games

Les problèmes de recherche sur un graphe peuvent être exprimés sous la forme d’un jeu où un ensemble de chercheurs tentent de capturer un ensemble de fugitifs. Lorsqu’un tel jeu est joué en alternance par les deux ensembles de joueurs, nous parlons alors de jeux des policiers et des voleurs (« Cops and Robbers games ») ou plus simplement de jeux policiers-voleurs. Nowakowski et Winkler [28], et indépendamment Quilliot [45], ont introduit la première version des jeux policiers-voleurs dans laquelle un seul policier tente de capturer un seul voleur, les deux se déplaçant à tour de rôle vers des sommets adjacents de leurs positions courantes. Ils ont notamment proposé une jolie caractérisation des graphes gagnants pour le policier qui est basée sur l’existence d’un démantèlement particulier des sommets du graphe ; un démantèlement consistant à retirer un à un les sommets du graphe suivant une certaine règle. Cette caractérisation par démantèlement est par ailleurs intéressante puisqu’elle donne directement un algorithme polynomial de type diminuer pour régner pour résoudre le problème du policier et du voleur. Dans ce mémoire, nous proposons une nouvelle version d’un jeu policier-voleur dans laquelle le voleur se déplace arbitrairement vite dans le graphe et dans laquelle le policier possède une zone de surveillance qui limite le voleur dans ses déplacements. Nous caractérisons les graphes gagnants pour le policier dans ce nouveau jeu en utilisant un concept de démantèlement d’un graphe, similaire à celui de Nowakowski et Winkler [28], Quilliot [45], mais adapté aux conditions de notre nouveau jeu. Nous devons notamment généraliser la définition d’un graphe classique à celle d’un graphe clandestin, qui possède un ensemble de sommets clairs et un ensemble de sommets sombres, afin d’obtenir notre caractérisation par démantèlement. Nous donnons par ailleurs un algorithme qui permet de bâtir une stratégie monotone gagnante pour le policier en nous assurant que le policier sécurise de plus en plus de sommets à chaque tour.<br>Graph searching problems can be expressed as a game where a group of searchers is trying to capture a group of fugitives on a graph. When players move alternately in such a game, we are then referring to games of Cops and Robbers. Nowakowski and Winkler [28], and independently Quilliot [45], introduced the very first version of cops and robbers games in which a single cop tries to capture a single robber, both players moving alternately from their current positions to neighboring vertices. They notably proposed a very nice characterization of graphs that are winning for the cop, which is based on a particular dismantling scheme of the graph’s vertices; a dismantling scheme consisting in removing one by one each vertex of the graph by following a given rule. This dismantling-like characterization is furthermore interesting since it directly yields a divide-and-conquer algorithm that is polynomial, to solve the cop and robber problem. In this master thesis, we propose a new version of cops and robbers games in which the robber is able to move arbitrarily fast in the graph and in which the cop has a watching area that limits the robber’s moving capabilities. We characterize the cop-winning graphs for this new game by using some dismantling scheme similar to the one given by Nowakowski and Winkler [28], Quilliot [45], but that better fits our new game’s conditions. To obtain this dismantling-like characterization, we particularly need to generalize the definition of a classical graph to an undergrounded graph, whose vertices are split in a set of light vertices and a set of dark vertices. We also give an algorithm that provides a monotonous cop-winning strategy by making sure the cop is securing more and more vertices at each turn.

Nous considérons des graphes orientés pondérés dont l’énergie est paramétrée. Nous proposons dans un premier temps un algorithme qui, étant donné un graphe et un de ses sommets, renvoie des arbres, chaque arbre représentant les plus courtschemins depuis la source vers tous les autres sommets du graphe pour une zone particulière de l’espace des paramètres. De plus l’union de ces zones couvre l’espace des paramètres. Nous considérons ensuite l’accessibilité dans les graphes à énergie multidimensionnelle, avec un type de contraintes plus absolues qui imposent que l’énergie reste entre des bornes. Nous montrons la décidabilité et la complexité du problème quel que soit le nombre de paramètres et de dimensions lorsque les paramètres prennent des valeurs entières. Nous montrons également l’indécidabilité de ce problème avec au moins un paramètre lorsque la dimension est supérieure ou égale à deux. Nous étudions enfin des jeux de parité à un et deux joueurs sur les graphes paramétrés dont l’objectif est la conjonction d’une condition qualitative sur la parité et d’une condition quantitative : l’énergiedoit rester positive. Nous montrons la décidabilité et prouvons des bornes de la complexité du problème de la recherche d’une stratégie gagnante dans les cas à un et à deux joueurs<br>We are considering weighted oriented graphs with parametrized energy. Firstly we propose an algorithm that, given a graph and one of its vertices, returns trees, every tree representing shortest-paths from the source to every other vertex for a particular zone of the parameter space. Moreover, union of these zones is a covering of the parameter space. Then we consider reachability in graphs with multi-dimensional energy, with stricter constraints that enforce the energy to stay between bounds. We prove decidabilty and complexity of this problem regardless of the dimension and the number of parameters when parameters take integer values. We alsoprove the undecidability of this problem when there is at least one parameter and the dimension is at least two. Finally we study paritygames on parametrized graphs with one and two players whose objective is the conjunction of a qualitative condition on the parity andquantitative one : energy must stay positive. We show the decidability and prove bounds on the complexity of the problem of searchinga winning strategy in both cases with one and two players

Les jeux sur graphes à deux joueurs et à somme nulle constituent un modèle central en informatique théorique. De tels jeux modélisent une interaction potentiellement infinie entre un système dit réactif et son environnement. Le système est considéré comme un joueur et souhaite garantir une spécification (traduite en un objectif de jeu). Son environnement est considéré comme un joueur antagoniste. Le but est de synthétiser automatiquement un contrôleur pour le système qui garantit la spécification peu importe le comportement de l'environnement, ce qui correspond à construire une stratégie gagnante dans le jeu dérivé.Une question cruciale dans cette problématique de synthèse est celle de la complexité des stratégies : si des stratégies gagnantes existent, à quel point peuvent-elles être simples et à quel point doivent-elles être complexes ? Une mesure standard de complexité des stratégies est la quantité de mémoire nécessaire pour implémenter des stratégies gagnantes pour un objectif donné. En d'autres termes, quelle quantité d'information faut-il retenir au sujet du passé pour prendre des décisions optimales concernant le futur ? Des preuves de l'existence de bornes sur les besoins en mémoire ont historiquement eu un impact important. Par exemple, de telles bornes ont mené à des preuves de décidabilité de théories monadiques du second ordre, et sont au cœur de nombreux algorithmes efficaces pour la synthèse. Les objectifs déterminés à mémoire finie (c'est-à-dire ceux qui admettent des stratégies gagnantes se limitant à une mémoire finie) sont particulièrement pertinents, car ils mènent à l'existence de contrôleurs pouvant être implémentés en pratique. Dans cette thèse, nous cherchons à améliorer la compréhension de la détermination à mémoire finie. Nous distinguons deux axes dans nos contributions.Premièrement, nous introduisons le concept de détermination à mémoire finie indépendante de l'arène, qui décrit les objectifs pour lesquels une unique structure automatique de mémoire suffit pour implémenter des stratégies gagnantes dans tous les jeux. Nous caractérisons cette propriété via des propriétés algébriques et de langages dans différents contextes (jeux joués sur des graphes finis ou infinis). Nous montrons en particulier que la compréhension des besoins en mémoire dans les jeux à un joueur (c'est-à-dire les jeux plus simples dans lesquels le même joueur contrôle toutes les actions) mène généralement à des bornes sur les besoins en mémoire dans les jeux à deux joueurs et à somme nulle. Nous montrons également que si l'on considère les jeux joués sur des graphes infinis, les objectifs déterminés à mémoire finie indépendante de l'arène sont exactement les objectifs oméga-réguliers, ce qui fournit une réciproque au célèbre théorème de détermination à mémoire finie de ces objectifs. Ces résultats généralisent des travaux précédents au sujet des objectifs pour lesquels aucune mémoire n'est nécessaire pour les stratégies gagnantes.Deuxièmement, nous identifions des classes naturelles d'objectifs pour lesquels les besoins en mémoire ne sont pas complètement établis. Nous introduisons les objectifs réguliers (une sous-classe des oméga-réguliers), qui sont des objectifs dérivés de langages réguliers. Nous donnons une caractérisation effective des besoins en mémoire de ces objectifs pour chacun des joueurs, et nous étudions la complexité de décider de l'existence d'une petite structure de mémoire. Nous considérons ensuite des objectifs plus complexes définissables avec des automates de Büchi déterministes. Nous caractérisons ceux pour lesquels le premier joueur n'a besoin d'aucune mémoire pour implémenter des stratégies gagnantes (une propriété appelée semi-positionnalité). Grâce à cette caractérisation, nous montrons que la semi-positionnalité est décidable en temps polynomial pour ces objectifs. Ces résultats complètent des travaux fondateurs sur les besoins en mémoire des objectifs oméga-réguliers<br>We study two-player zero-sum turn-based games on graphs, a framework of choice in theoretical computer science. Such games model the possibly infinite interaction between a computer system (often called reactive) and its environment. The system, seen as a player, wants to guarantee a specification (translated to a game objective) based on the interaction; its environment is seen as an antagonistic opponent. The aim is to automatically synthesize a controller for the system that guarantees the specification no matter what happens in the environment, that is, a winning strategy in the derived game.A crucial question in this synthesis quest is the complexity of strategies: when winning strategies exist for a game objective, how simple can they be, and how complex must they be? A standard measure of strategy complexity is the amount of memory needed to implement winning strategies for a given game objective. In other words, how much information should be remembered about the past to make optimal decisions about the future? Proving the existence of bounds on memory requirements has historically had a significant impact. Such bounds were, for instance, used to show the decidability of monadic second-order theories, and they are at the core of state-of-the-art synthesis algorithms. Particularly relevant are the finite-memory-determined objectives (for which winning strategies can be implemented with finite memory), as they allow for implementable controllers. In this thesis, we seek to further the understanding of finite-memory determinacy. We divide our contributions into two axes.First, we introduce arena-independent finite-memory determinacy, describing the objectives for which a single automatic memory structure suffices to implement winning strategies in all games. We characterize this property through language-theoretic and algebraic properties of objectives in multiple contexts (games played on finite or infinite graphs). We show in particular that understanding the memory requirements in one-player game graphs (i.e., the simpler situation of games where the same player controls all the actions) usually leads to bounds on memory requirements in two-player zero-sum games. We also show that if we consider games played on infinite game graphs, the arena-independent-finite-memory-determined objectives are exactly the omega-regular objectives, providing a converse to the landmark result on finite-memory determinacy of omega-regular objectives. These results generalize previous works about the class of objectives requiring no memory to implement winning strategies.Second, we identify natural classes of objectives for which precise memory requirements are surprisingly not fully understood. We introduce regular objectives (a subclass of the omega-regular objectives), which are simple objectives derived from regular languages. We effectively characterize their memory requirements for each player, and we study the computational complexity of deciding the existence of a small memory structure. We then move a step up in the complexity of the objectives and consider objectives definable with deterministic Büchi automata. We characterize the ones for which the first player needs no memory to implement winning strategies (a property called half-positionality). Thanks to this characterization, we show that half-positionality is decidable in polynomial time for this class of objectives. These results complement seminal results about memory requirements of classes of omega-regular objectives

Depuis une dizaine d'années, l'étude des réseaux est une branche très active de la recherche en économie. Il est désormais largement admis que ceux-ci jouent un rôle central dans la transmission décentralisée des informations entre les individus. Les informations communiquées par ces derniers concernent aussi bien les opportunités d'emplois que l'état du marché dans lequel une équipe de travailleurs évolue. Cette thèse propose une nouvelle approche du lien entre la manière dont les agents transmettent stratégiquement leurs informations privées et la structure du réseau dont ils font partie. La théorie des jeux non coopérative a été appliquée à l'étude des réseaux sociaux et économiques dans les deux branches suivantes: d'une part, les Jeux en Réseaux considèrent que les joueurs sont les membres d'un réseau donné et analysent la manière dont les comportements stratégiques et les résultats économiques sont influencés par l'architecture de ce réseau ; d'autre part, les Jeux de Formation de Réseaux modélisent la construction stratégique des connections entre les individus. Ce travail apporte une contribution µa ces deux domaines de recherche. Dans la première partie de ma thèse, que forme le Chapitre 1 intitulé Centralisation des Informations dans les Réseaux, les joueurs appartiennent à un réseau qui affectent leur manière de transmettre leurs informations. Dans la seconde partie, constituée des Chapitres 2 et 3 et intitulée Réseaux de Communication Stratégique, la structure des liens entre les agents découle de leur communication stratégique.

Cette thèse présente un modèle de traitement parallèle pour la mise en œuvre d'algorithmes de raisonnement dans le cadre d'un système temps-réel intelligent, et s'inscrit dans l'étude SATURNE menée au CERT-ONERA. Ce projet se fonde sur l'hypothèse que les tâches de traitement ont la capacité de s'adapter aux échéances temporelles. Pour satisfaire ce modèle, les solutions proposées sont la réduction de l'espace de recherche et l'accélération des traitements grâce au parallélisme. Ces changements devant intervenir durant l'exécution du processus, la gestion du parallélisme devient alors dynamique. Par ailleurs, les arbres de décision représentent une méthode fondamentale pour résoudre de nombreux problèmes d'intelligence artificielle, tels que la théorie des jeux à un joueur, les problèmes d'optimisation, la théorie des jeux à deux joueurs, les graphes Et/Ou et beaucoup d'autres problèmes NP-complets. Aussi, à partir de l'exemple de l'algorithme du minimax sur des arbres de jeux réels, une implémentation est réalisée sur Modulor, une machine à architecture distribuée à base de transputers développée au CERT-ONERA. La méthode de parallélisation se fonde sur une suppression du contrôle entre les processus de recherche, au profit d'un parallélisme spéculatif et du partage complet de l'information réalisé grâce à une mémoire physiquement distribuée mais virtuellement partagée. L’apport de notre approche pour les systèmes temps-réel distribués et tolérants aux fautes est évalué grâce aux résultats expérimentaux obtenus.

Cette thèse se situe au croisement de la vérification et de la synthèse des systèmes concurrents paramétrés. Le problème de la vérification de modèles paramétrés demande si un système satisfait une spécification donnée indépendamment du nombre de ses composants, alors que la synthèse vise la conception de protocoles pour ses composants afin que la spécification soit satisfaite.Nous étudions un modèle paramétré de réseaux où les processus sont distribués sur un graphe non orienté; ils exécutent le même protocole et communiquent par des diffusions sélectives de messages. Le problème de couverture demande si un état donné du protocole est peut être atteint. Nous montrons que pour les instances positives du problème de couverture, en supposant que la topologie de communication est reconfigurable, la taille et la longueur d'une exécution couvrante minimale sont bornées linéairement et quadratiquement, respectivement. Nous introduisons une sémantique de perte à l'envoi et montrons des bornes similaires pour la taille et la longueur d'une exécution couvrante.Les interactions entre différents agents peuvent être modélisées par des jeux. Nous introduisons et étudions deux cadres de ce que l'on appelle les jeux concurrents paramétrés, un modèle de jeux concurrents avec un nombre arbitraire d'agents. Tout d'abord, nous considérons le scénario où un joueur distingué Eve tente d'atteindre un objectif contre un nombre arbitraire d'adversaires, quelles que soient leurs stratégies. Nous prouvons que l'existence d'une stratégie gagnante pour Eve est décidable, et nous fournissons des bornes de complexité exactes pour ces jeux d'accessibilité. Deuxièmement, nous considérons un jeu de coalition où tous les joueurs essaient collectivement d'atteindre un objectif commun. Dans ce cadre, nous considérons des objectifs de sûreté et montrons que l'existence d'une stratégie de coalition gagnante est décidable, et nous établissons des bornes de complexité pour ce même problème<br>This thesis is at the crossroad of verification and synthesis of parameterized concurrent systems. The parameterized model checking problem asks whether a system satisfies a given specification independently of the number of its components, whereas synthesis requires an algorithmic design of protocols for its components so that the specification is satisfied.We study a parameterized model of networks where processes are distributed over an undirected graph, running the same broadcast protocol, and communicating via selective broadcasts of messages. The coverability problem asks whether a given state of the protocol is coverable. We show that for positive instances of the coverability problem in reconfigurable semantics, the size (cutoff) and the length (covering length) of a minimal covering execution is linearly and quadratically bounded, respectively. We introduce loss-on-broadcast semantics, and show similar bounds for the cutoff and the covering length.The interactions between agents can be modelled using games. We introduce and study two different settings of the so-called parameterized concurrent games, a model of concurrent games with arbitrarily many agents. First, we consider a scenario of a distinguished player Eve trying to achieve a goal against arbitrarily many opponents, irrespective of their strategies. We prove the existence of a winning strategy for Eve is decidable, and show tight complexity bounds for reachability objectives. Second, we consider a coalition game where all players collectively try to achieve a common goal. We consider safety objectives and show the existence of a winning coalition strategy is decidable, and prove complexity bounds for the same

Cette thèse s'intéresse à deux sujets distincts: le Transport Optimal Martingale (MOT) et la théorie des Jeux à champ moyen (MFG). Dans le cadre du MOT, trois projets indépendants sont développés : l'inégalité de Wasserstein martingale maximale dans le Chapitre 3, les couplages martingales croissants dans Chapitre 4, et les méthodes numériques pour le transport optimal faible au Chapitre 5. Dans le cadre des MFG, la thèse comprend un projet unique : les jeux à champ moyen étendus sur un graphon en temps discret, au Chapitre 6. Au Chapitre 3, nous achevons l'analyse de l'inégalité de Wasserstein martingale et démontrons qu'une inégalité maximale de Wasserstein martingale est valable quelle que soit la dimension $d$ avec un paramètre d'intégrabilité $rho geq 2$. Au Chapitre 4, nous observons numériquement que le couplage martingale de Hobson et Neuberger, connu pour satisfaire une certaine propriété de croissance, permet d'approcher le maximum de l'intégrale de $|y-x|^rho$ pour $rho in (0,2)$, et le minimum pour $rho &gt; 2$. Nous étudions l'optimalité de ce couplage d'un point de vue théorique. Nous identifions une décomposition de la seconde loi marginale qui est en bijection avec des couplages martingales croissants au sens généralisé. Au Chapitre 5, nous appliquons l'algorithme de Frank-Wolfe pour approcher les problèmes de Weak Optimal Transport et de Weak Martingale Optimal Transport dans une perspective d'optimisation. Au Chapitre 6, nous étudions des jeux de champ moyen étendus sur un graphon en temps discret, en intégrant des interactions conjointes entre les états et les actions dans l'agrégat du graphon. Nous établissons l'existence et l'unicité de l'équilibre de Nash sur le graphon sous diverses hypothèses et proposons un exemple numérique illustrant un investissement optimal avec un critère de performance relative<br>This thesis investigates two distinct directions: Martingale Optimal Transport (MOT) and Mean Field Games (MFG). Within the MOT framework, three independent projects are developed: maximal martingale Wasserstein inequality in Chapter 3, non-decreasing martingale couplings in Chapter 4, and numerical methods of weak optimal transport in Chapter 5. Under the MFG framework, the thesis includes a single project in Chapter 6: extended graphon mean field games in discrete time. In Chapter 3, we complete the analysis of the martingale Wasserstein inequality and prove that a maximal martingale Wasserstein inequality and prove that a maximal martingale Wasserstein inequality holds whatever the dimension $d$ when integrability parameter $rhoge 2$. In Chapter 4, we observe numerically that the Hobson and Neuberger martingale coupling, which is known to satisfy some non-decreasing property, is still very close to maximize this integral of $|y-x|^rho$ for $rhoin(0,2)$ and minimize it for $rho&gt;2$. We investigate the optimality of this coupling from a theoretical perspective. We find some decomposition of the second marginal which is in one-to-one correspondence with martingale couplings that are non-decreasing in a generalized sense. In Chapter 5, we apply the Frank-Wolfe algorithm to approximate the Weak Optimal Transport and Weak Martingale Optimal Transport problems from an optimization perspective. In Chapter 6, we studied extended graphon mean field games in discrete time setting, incorporating joint state-action interactions within the graphon aggregate. We establish the existence and uniqueness of graphon Nash Equilibrium under various assumptions and provide a numerical example of optimal investment with a relative performance criterion

Cette thèse explore la prise de décision décentralisée dans les dynamiques épidémiques et de marketing viral en utilisant la théorie des jeux afin d'évaluer son efficacité. La thèse commence par une revue des outils mathématiques, mettant l'accent sur la théorie des graphes/jeux. Dans la suite de ce manuscrit, l'analyse de jeu épidémiologique et de compétition en marketing viral est établie. Notamment, dans le chapitre 2 où il est présenté un jeu épidémique en réseau dans lequel chaque joueur (région ou pays) cherche à trouver un compromis entre les pertes socio-économiques et sanitaires, tout en prenant en compte des contraintes telles que la disponibilité des unités de soins intensifs (USI). L'équilibre de Nash et l'équilibre de Nash généralisé sont analysés, et l'impact de la décentralisation sur l'efficacité est mesuré à l'aide de paramètres tels que le prix de l'anarchie (PoA) et le prix de la connectivité (PoC). Une application pratique du jeu à un scénario de Covid-19 est également illustrée. Le chapitre 3 étend l'analyse du chapitre 2 en incorporant la dynamique des opinions dans le contrôle décentralisé d'une épidémie en réseau. L'analyse se concentre sur l'existence et l'unicité de l'équilibre de Nash généralisé (GNE), et un algorithme pour atteindre le GNE est proposé. Les simulations identifient les scénarios où la décentralisation est acceptable en termes d'efficacité globale et soulignent l'importance de la dynamique des opinions dans les processus de prise de décision. Finalement, le chapitre 4 explore un modèle de duopole de Stackelberg dans le contexte des campagnes de marketing viral. L'objectif est de caractériser la stratégie d'allocation optimale des budgets publicitaires entre les régions pour maximiser la part de marché. Des stratégies d'équilibre sont déduites et des conditions pour un résultat de type "le gagnant rafle tout" sont établies. Les résultats théoriques sont complétés par des simulations numériques et un exemple illustrant la caractérisation de l'équilibre. Cette thèse offre des perspectives précieuses sur l'efficacité de la prise de décision décentralisée dans les dynamiques épidémiques et de marketing viral. Les résultats ont des implications pour la gestion des soins de santé, la concurrence commerciale et d'autres domaines connexes<br>This thesis investigates decentralized decision-making in epidemic and viral marketing dynamics. The mathematical framework of game theory is exploited to design and assess the effectiveness of decentralized strategies. The thesis begins with a review of mathematical tools, emphasizing graph theory and game theory. Chapter 2 presents a networked epidemic game where each player (region or country) seeks to implement a tradeoff between socio-economic and health looses, incorporating constraints such as intensive care unit (ICU) availability. Nash equilibrium and Generalized Nash equilibrium are analyzed, and the influence of decentralization on global efficiency is measured using metrics like the Price of Anarchy (PoA) and the Price of Connectedness (PoC). The practical application of the game to a Covid-19 scenario is illustrated. Chapter 3 extends the analysis of Chapter 2 by incorporating opinion dynamics into the decentralized control of a networked epidemic. A new game model is introduced, where players represent geographical aera balancing socio-economic and health losses; the game is built to implement features of practical interests and to possess some mathematical properties (e.g., posynomiality) which makes its analysis tractable. The analysis focuses on the existence and uniqueness of the Generalized Nash Equilibrium (GNE), and an algorithm for computing the GNE is proposed. Numerical simulations quantify the efficiency loss induced by decentralization in the presence and absence of opinion dynamics. The results identify scenarios where decentralization is acceptable in terms of global efficiency measures and highlight the importance of opinion dynamics in decision-making processes. Chapter 4 explores a Stackelberg duopoly model in the context of viral marketing campaigns. The objective is to characterize the optimal allocation strategy of advertising budgets across regions to maximize market share. A relatively simple Equilibrium strategies are derived, and conditions for a "winner takes all" outcome are established. Theoretical findings are complemented by numerical simulations and an example illustrating equilibrium characterization.This thesis offers valuable insights into the effectiveness of decentralized decision-making in the context of epidemic and viral marketing dynamics. The findings have implications for healthcare management, business competition, and related fields

Chacun d'entre nous s'est déjà essayé à un jeu combinatoire, tel que les dames ou les échecs. Les jeux les plus connus présentent le double avantage de mêler plaisir ludique et réflexion. L'intérêt que les mathématiciens leur porte réside souvent autour de la recherche d'une stratégie gagnante pour l'un des deux joueurs. Du jeu de Nim jusqu'aux échecs, la complexité de cette recherche est très variable. Dans cette thèse, nous donnons tout d'abord un aperçu des principales étapes du développement de ce domaine, qui a commencé au début des années 1900, et soulignons son étroite corrélation avec des domaines connexes tels que la théorie des nombres, des codes correcteurs d'erreur ou des graphes. Nous nous intéressons ensuite à des variantes de jeux bien connus : le Wythoff's game et le Dots and Boxes. Nous présentons et expliquons les stratégies et positions de jeu favorables au premier et au second joueur. Enfin, nous regardons une version solitaire d'un jeu récent à deux joueurs : le Clobber. Il s'agit d'un casse-tête qui se joue en posant des pierres sur les sommets d'un graphe, et dont le but est de détruire le plus de pierres possibles. Nous donnons des résultats structurels et algorithmiques sur les grilles, les arbres, ou encore les hypercubes.

Réalisé avec le support financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et du Fonds de Recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT).<br>Ce mémoire étudie le jeu de policiers-voleur et contient trois articles, chacun portant sur une classe de graphes spécifique. Dans le premier chapitre, la notation et les définitions de base de la théorie de graphe qui nous serons utiles sont introduites. Bien que chaque article comporte une introduction citant les concepts et résultats pertinents, le premier chapitre de ce mémoire contient aussi une introduction générale au jeu de policiers-voleur et présente certains des résultats majeurs sur ce jeu. Le deuxième chapitre contient l’article écrit avec Seyyed Aliasghar Hosseini et Peter Bradshaw portant sur le jeu de policiers-voleurs sur les graphes de Cayley abéliens. Nous améliorons la borne supérieure sur le cop number de ces graphes en raffinant les méthodes utilisées précédemment par Hamidoune, Frankl et Bradshaw. Le troisième chapitre présente l’article concernant le cop number des graphes 2K2-libres. Plus précisément, il est prouvé que 2 policiers peuvent toujours capturer le voleur sur ces graphes, prouvant ainsi la conjecture de Sivaraman et Testa. Finalement, le quatrième chapitre est l’article écrit avec Samuel Yvon et porte sur les graphes qui ont cop number 4. Nous montrons que tous ces graphes ont au moins 19 sommets. En d’autres mots, 3 policiers peuvent toujours capturer le voleur sur tout graphe avec au plus 18 sommets, ce qui répond par la négative à une question de Andreae formulée en 1986. Un pan important de la preuve est faite par ordinateur; ce mémoire contient donc une annexe comprenant le code utilisé.<br>This thesis studies the game of cops and robbers and consists of three articles, each considering a specific class of graphs. In the first chapter, notation and basic definitions of graph theory are introduced. Al- though each article has an introduction citing the relevant concepts and results, the first chapter of this thesis also contains a general introduction to the game of cops and robbers and presents some of its major results. The second chapter contains the paper written with Seyyed Aliasghar Hosseini and Peter Bradshaw on the game of cops and robbers on abelian Cayley graphs. We improve the upper bound on the cop number of these graphs by refining the methods used previously by Hamidoune, Frankl and Bradshaw. The third chapter presents the paper concerning the cop number of 2K2-free graphs. More precisely, it is proved that 2 cops can always catch the robber on these graphs, proving a conjecture of Sivaraman and Testa. Finally, the fourth chapter is the paper written with Samuel Yvon which deals with graphs of cop number 4. We show that such graphs have at least 19 vertices. In other words, 3 cops can always catch the robber on any graph with at most 18 vertices, which answers in the negative a question by Andreae from 1986. An important part of the proof is by computer; this thesis thus has an appendix containing the code used.