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authorcouchot <jf.couchot@gmail.com>
Thu, 21 May 2015 12:22:48 +0000 (14:22 +0200)
committercouchot <jf.couchot@gmail.com>
Thu, 21 May 2015 12:22:48 +0000 (14:22 +0200)
12TIPE.tex [new file with mode: 0644]
caracunaire.tex [new file with mode: 0644]
main.pdf
main.tex
plan.tex

diff --git a/12TIPE.tex b/12TIPE.tex
new file mode 100644 (file)
index 0000000..4171437
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,226 @@
+La première section  rappelle ce que sont les systèmes dynamiques chaotiques.
+
+\section{Systèmes dynamiques chaotiques selon Devaney}
+\label{subsec:Devaney}
+Dans  cette  partie, les  définitions  fondamentales  liées  au chaos
+dans  les systèmes booléens sont rappelées.
+
+
+
+Soit un espace topologique $(\mathcal{X},\tau)$ et une fonction continue $f :
+\mathcal{X} \rightarrow \mathcal{X}$.
+
+
+
+
+\begin{Def}[Chaos selon Devaney~\cite{Devaney}]
+La fonction $f$  \emph{chaotique} sur $(\mathcal{X},\tau)$ 
+si elles est régulière et topologiquement transitive.
+\end{Def}
+
+
+
+\begin{Def}[Transitivite topologique]
+La fonction  $f$ est dite  \emph{topologiquement transitive} si, 
+pour chaque paire d'ensembles ouverts
+$U,V \subset \mathcal{X}$, 
+il existe  $k>0$ tel que $f^k(U) \cap V \neq
+\varnothing$.
+\end{Def}
+
+\begin{Def}[Point périodique]
+  Un point $P  \in \mathcal{X}$ est dit \emph{périodique}  de période $t$ pour
+  une fonction $k$ si $t$ est un entier  naturel non nul tel que $k^t(P) = P$ et
+  pour tout $n$, $0 < n \le t-1$, on a $k^n(P) \neq P$.
+  Par la  suite, $\emph{Per(k)}$ dénote  l'ensemble des points  périodiques de
+  $k$ dans $\mathcal{X}$ de période quelconque.
+\end{Def}
+
+
+
+\begin{Def}[Régularité]
+La fonction $f$ est dite \emph{régulière} 
+sur $(\mathcal{X}, \tau)$ si l'ensemble des points périodiques 
+ de $f$ is dense in $\mathcal{X}$: 
+pour chaque point $x \in \mathcal{X}$, chaque voisin 
+de $x$ contient au moins un point périodique 
+(sans que la période soit nécessairement constante).
+\end{Def}
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+La propriété de chaos est souvent associée à la notion de 
+\og sensibilité aux conditions initiales\fg{}, notion définie elle 
+sur un espace métrique $(\mathcal{X},d)$ par:
+
+
+\begin{Def}[Forte sensibilité aux conditions initiales]
+Une fonction $k$ définie sur $(\mathcal{X},\tau)$ 
+est  \emph{fortement sensible aux conditions initiales} 
+s'il existe une valeur $\epsilon> 0$ telle que
+pour tout $X \in \mathcal{X}$ et pour tout 
+ $\delta > 0$, il existe  $Y \in  \mathcal{X}$ et  
+$t \in \Nats$ qui vérifient  $d(X,Y) < \delta$ et 
+$d(k^t(X) , k^t(Y)) > \epsilon$.
+
+La constante $\delta$ est appelée \emph{constante de sensibilité} de $f$.
+\end{Def}
+
+John Banks et ses collègues ont cependant
+démontré que la sensibilité aux conditions initiales est une conséquence
+de la régularité et de la transitivité topologique~\cite{Banks92}. 
+
+
+
+\section{Schéma unaire}
+Soit ${\mathsf{N}}$ un entier naturel et $f$ une fonction de 
+$\Bool^{{\mathsf{N}}}$ dans lui-même.
+
+
+\subsection{Des itérations unaires aux itérations parallèles}
+
+Dans le schéma unaire, à la  $t^{\textrm{ème}}$ itération, 
+seul le  $s_{t}^{\textrm{ème}}$ 
+composant (entre 1 et $n$) est mis à jour.
+
+Formellement, pour une stratégie $s = \left(s_t\right)_{t \in \mathds{N}}$ 
+(\textit{i.e.}, une séquence d'indices
+de $\llbracket 1;\mathsf{N} \rrbracket$), on définit
+la fonction $F_f: \Bool^{\mathsf{N}} \times \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket$
+vers $\Bool^\mathsf{N}$ par 
+\[
+F_f(x,i)=(x_1,\dots,x_{i-1},f_i(x),x_{i+1},\dots,x_\mathsf{N}).
+\]
+
+Dans le schéma des itérations unaires pour une configuration initiale
+$x^0\in\Bool^\mathsf{N}$ et une stratégie $s\in
+\llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket^\Nats$, les configurations $x^t$
+sont définies par la récurrence
+x\begin{equation}\label{eq:asyn}
+x^{t+1}=F_f(x^t,s_t).
+\end{equation}
+
+Les itérations parallèles de $G_f$ depuis un point initial
+$X^0=(s,x^0)$ décrivent la même orbite que les  
+itérations asynchrones de $f$ induites par $x^0$ et la  stratégie
+$s$.
+
+
+On peut alors construire l'espace 
+$\mathcal{X} =
+\Bool^{{\mathsf{N}}} \times \llbracket1;{\mathsf{N}}\rrbracket^{\Nats}$ 
+et la fonction d'iteration $G_f$ définie  de 
+$\mathcal{X}$ 
+dans lui-même par 
+\[
+G_f(x,s)=(F_f(x,s_0),\sigma(s)).
+\] 
+
+Dans cette définition, la fonction 
+$\sigma: \llbracket1;{\mathsf{N}}\rrbracket^{\Nats} \longrightarrow
+ \llbracket1;{\mathsf{N}}\rrbracket^{\Nats} 
+$
+décale
+la stratégie fournie en argument d'un élément vers la gauche en supprimant 
+l'élément de tête. Ceci se formalise par 
+$$
+\sigma((u^k)_{k \in \Nats}) =  (u^{k+1})_{k \in \Nats}. 
+$$
+
+
+Ainsi, effectuer des itérations unaires sur la fonction 
+$f$ selon une stratégie $s$ revient à effectuer des itérations
+parallèles de la fonctions $G_f$ dans  $\mathcal{X}$.
+
+La section suivante introduit une métrique sur $\mathcal{X}$.
+
+\subsection{Une métrique pour $\mathcal{X}$}
+Sur $\mathcal{X}$, 
+on définit la distance $d$ entre les points $X=(x,s)$ et
+$X'=(x',s')$ de $\mathcal{X}$ par 
+\[
+d(X,X')= d_H(x,x')+d_S(s,s'),~\textrm{où}~
+\left\{
+\begin{array}{l}
+\displaystyle{d_H(x,x')=\sum_{i=1}^n |x_i-x'_i|}\\[5mm] 
+\displaystyle{d_S(s,s')=\frac{9}{n}\sum_{t\in\Nats}\frac{|s_t-s'_t|}{10^{t+1}}}.
+\end{array}
+\right.\,.
+\]
+On note que dans le calcul de $d_H(x,x')$-- 
+appelée distance de Hamming entre $x$ et $x'$-- 
+les termes $x_i$ et $x'_i$ sont considérés comme des entiers naturels 
+égaux à $0$ ou à $1$ et que le calcul est effectué dans $\Z$.
+De plus, la partie entière 
+$\lfloor d(X,X')\rfloor$ est égale à $d_H(x,x')$ soit la distance 
+de Hamming entre $x$ et $x'$. 
+On remarque que la partie décimale est inférieure à $10^{-l}$ si
+et seulement si les $l$ premiers termes des deux stratégies sont égaux. 
+De plus, si la 
+$(l+1)^{\textrm{ème}}$ décimale  
+de $d_S(s,s')$ 
+n'est pas nulle, alors $s_l$ est différent de  $s'_l$. 
+
+La section fournit quelques résultats de caractérisation de fonctions 
+chaotiques pour le schéma unaire.
+
+
+\subsection{Caractérisation des fonctions chaotiques 
+pour le schéma unaire}
+
+On peut tout d'abord démontrer que pour toute fonction booléenne $f$, 
+$G_f$ est continue sur $\mathcal{X}$ (cf annexe~\ref{anx:cont}).   
+
+Pour charactérister les fonctions rendant chaotiques dans $
+\mathcal{X}$ les itérations de $G_f$ 
+on se focalise donc que sur la régularité et 
+sur la transitivité de $G_f$.
+Ceci se réalise en établissant les relations d'inclusion entre 
+les ensembles $\mathcal{T}$ des fonctions topologiquement transitives, 
+$\mathcal{R}$ des fonctions régulières  
+et $\mathcal{C}$ des fonctions chaotiques définis respectivement ci-dessous:
+\begin{itemize}
+\item   $\mathcal{T}   =    \left\{f   :   \mathds{B}^n   \to
+\mathds{B}^n \big/ G_f \textrm{ est transitive} \right\}$,
+\item   $\mathcal{R}   =    \left\{f   :   \mathds{B}^n   \to
+\mathds{B}^n \big/ G_f \textrm{ est régulière} \right\}$,
+\item   $\mathcal{C}   =    \left\{f   :   \mathds{B}^n   \to
+\mathds{B}^n  \big/  G_f  \textrm{  est chaotique} \right\}$.
+\end{itemize}
+
+
+On énnonce les théorèmes successifs suivants.
+Leur preuve est donnée en annexe~\ref{anx:chaos:unaire}.
+
+\begin{theorem} $G_f$  est transitive si et seulement si 
+ $\Gamma(f)$ est fortement connexe.
+\end{theorem}
+
+\begin{theorem}
+\label{Prop: T est dans R} $\mathcal{T} \subset \mathcal{R}$.
+\end{theorem}
+
+On peut conclure  que $\mathcal{C} = \mathcal{R} \cap \mathcal{T}
+= \mathcal{T}$. On a alors la  caractérisation suivante:
+
+\begin{theorem}%[Characterization of $\mathcal{C}$]
+\label{Th:CaracIC}  
+Soit $f:\Bool^n\to\Bool^n$. La fonction $G_f$ est chaotique  
+si et seulement si $\Gamma(f)$ est fortement connexe.
+\end{theorem}
+
+
+
+
+
+
+\section{Schéma généralisé}
+
+
diff --git a/caracunaire.tex b/caracunaire.tex
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7f3fbc4
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,101 @@
+On prouve les théorèmes suivants
+
+
+\begin{theorem} $G_f$  est transitive si et seulement si 
+ $\Gamma(f)$ est fortement connexe.
+\end{theorem}
+
+
+
+
+\begin{Proof} 
+
+$\Longleftarrow$ Supposons que $\Gamma(f)$ soit fortement connexe.
+Soient $(S,x)$ et $(S',x')$ deux points de $\mathcal{X}$ et  $\varepsilon >0$. 
+On construit la stratégie $\tilde S$ telle que la distance 
+entre $(\tilde S,x)$ et  $(S,x)$ est inférieure à 
+$\varepsilon$ et telle que les  itérations parallèles de $G_f$ depuis
+$(\tilde S,x)$ mènent au point $(S',x')$.
+
+Pour cela, on pose $t_1 =-\lfloor\log_{10}(\varepsilon)\rfloor$ et   $x''$ la 
+configuration de $\Bool^n$ obtenue depuis $(S,x)$ après $t_1$ itérations
+parallèles de $G_f$. 
+Comme $\Gamma(f)$ est fortement connexe, il existe une 
+stratégie $S''$ et un entier  $t_2$ tels que $x'$ est atteint depuis 
+$(S'',x'')$ après $t_2$ itérations de $G_f$.
+
+Considérons à présent la stratégie 
+$\tilde S=(s_0,\dots,s_{t_1-1},s''_0,\dots,s''_{t_2-1},s'_0,s'_1,s'_2,s'_3\dots)$.
+Il est évident que $(s',x')$ est atteint depuis  $(\tilde S,x)$ après 
+$t_1+t_2$ itérations parallèles de $G_f$. Puisque 
+$\tilde s_t=s_t$ pour $t<t_1$, grâce au choix de $t_1$,
+on a $d((S,x),(\tilde
+S,x))<\epsilon$. 
+Par conséquent, $G_f$ est transitive.
+
+$\Longrightarrow$ Démontrons la contraposée.
+Si $\Gamma(f)$ n'est pas  fortement connexe, alors 
+il existe deux configurations $x$  et $x'$ telles qu'aucun chemin de 
+$\Gamma(f)$ ne mène de $x$ à $x'$. 
+Soient $S$ et $S'$ deux stratégies et $\varepsilon \in ]0;1[$.
+Alors, pour tout $(S'',x'')$ tel que 
+$d((S'',x''),(S,x))<\varepsilon$ on a $x''$ qui est égal à $x$.
+Comme il n'existe aucun chemin de $\Gamma(f)$ 
+qui mène de $x$ à $x'$, 
+les itérations de $G_f$ à partir de 
+$(S'', x'') = (S'', x)$ ne peuvent atteindre que des points 
+$(S''', x''')$ de $\mathcal{X}$ tels que $x''' \neq x'$, 
+et donc ne peuvent pas atteindre $(S', x')$. 
+On peut remarquer que, du fait que $x''' \neq x'$, 
+elles n'atteignent que des points de $\mathcal{X}$
+dont la distance à $(S', x')$ est supérieure à 1.
+Pour tout entier naturel $t$, on a 
+$G_f^t(S'',x'') \neq (S',x')$.
+Ainsi $G_f$ n'est pas transitive et 
+par contraposée, on a la démonstration souhaitée.
+\end{Proof}
+
+
+Prouvons à présent le théorème suivant: 
+
+\begin{theorem}
+\label{Prop: T est dans R} $\mathcal{T} \subset \mathcal{R}$.
+\end{theorem}
+
+
+\begin{Proof}  
+Soit $f:\Bool^n\to\Bool^n$ telle que  $G_f$ est transitive (\textit{i.e.}
+$f$ appartient à $\mathcal{T}$). 
+Soit $(S,x) \in\mathcal{X}$ et $\varepsilon >0$. Pour 
+prouver que $f$ appartient à  $\mathcal{R}$, il suffit de prouver 
+qu'il existe une stratégie $\tilde S$ telle que la distance entre
+$(\tilde S,x)$ et $(S,x)$ est inférieure à  $\varepsilon$ et telle que 
+$(\tilde S,x)$ est un  point périodique.
+
+Soit $t_1=-\lfloor \log_{10}(\varepsilon)\rfloor$  et soit $x'$ la 
+configuration obtenue après $t_1$ itérations de $G_f$ depuis  $(S,x)$. 
+D'après la proposition précédente, $\Gamma(f)$ est fortement connexe.
+Ainsi, il existe une stratégie $S'$ et un nombre $t_2\in\Nats$ tels
+que $x$ est atteint depuis $(S',x')$ après $t_2$ itérations de $G_f$.
+
+Soit alors la  stratégie $\tilde S$ qui alterne les $t_1$ premiers termes
+de $S$ avec les $t_2$ premiers termes de $S'$. 
+Ainsi $\tilde S$ est définie par 
+\begin{equation*}
+(s_0,\dots,s_{t_1-1},s'_0,\dots,s'_{t_2-1},s_0,\dots,s_{t_1-1},s'_0,\dots,s'_{t_2-1},s_0,\dots).
+\end{equation*}
+Il est évident que  $(\tilde S,x)$ s'obtient à partir de  $(\tilde S,x)$ après
+$t_1+t_2$ itérations parallèles de $G_f$. Ainsi $(\tilde S,x)$ est un point 
+périodique. Puisque $\tilde s_t$ est égal à $s_t$ pour $t<t_1$, d'après le 
+choix de  $t_1$, on a  $d((S,x),(\tilde S,x))<\epsilon$.
+\end{Proof}
+
+On peut conclure  que $\mathcal{C} = \mathcal{R} \cap \mathcal{T}
+= \mathcal{T}$. On a alors la  caractérisation suivante:
+
+\begin{theorem}%[Characterization of $\mathcal{C}$]
+\label{Th:CaracIC}  
+Soit $f:\Bool^n\to\Bool^n$. La fonction $G_f$ est chaotique  
+si et seulement si $\Gamma(f)$ est fortement connexe.
+\end{theorem}
+
index 5198b0873b60915baef3f35f51f4fefe62cfd5ab..1d276aa13712aa4af2d05cb3a9d6036e9c1b50ec 100644 (file)
Binary files a/main.pdf and b/main.pdf differ
index 6f775c52161b23a92d1e9765a4a2554e90d4976c..16de4a6d6df0dbe324d0067f70d7a9b76bfef6dd 100644 (file)
--- a/main.tex
+++ b/main.tex
@@ -168,6 +168,31 @@ de l'asynchronisme en terme de vitesse de convergence.
 
 
 
 
 
 
+\part{Des systèmes dynamiques discrets 
+au chaos} 
+
+\chapter{Characterisation des systèmes 
+  discrets chaotiques}
+Dire que cette caractérisation dépend du type de stratégie : unaire (TIPE), 
+généralisée (TSI).  Pour chacune d'elle, 
+on introduit une distance différente.
+
+On montre qu'on a des résultats similaires.
+
+\input{12TIPE}
+
+
+
+générer des fonctions vérifiant ceci (TIPE12 juste sur le résultat d'adrien).
+
+\chapter{Prédiction des systèmes chaotiques}
+
+13 JournalMichel
+
+
+
+
+
 
 
 
 
 
 
@@ -200,6 +225,14 @@ de l'asynchronisme en terme de vitesse de convergence.
 \input{annexecontinuite.tex}
 
 
 \input{annexecontinuite.tex}
 
 
+\section{Caractérisation des fonctions $f$ rendant chaotique $G_f$ dans $(\mathcal{X},d)$}\label{anx:chaos:unaire}
+\input{caracunaire.tex}
+
+
+
+
+
+
 
 \section{Théorème~\ref{th:Adrien}}\label{anx:sccg}
 \input{annexesccg}
 
 \section{Théorème~\ref{th:Adrien}}\label{anx:sccg}
 \input{annexesccg}
index 08d023ce093a40aac770f0dac5357e67588056dc..4185ced4faa6b6511d5b1721ff320c5a7f7372e4 100644 (file)
--- a/plan.tex
+++ b/plan.tex
@@ -7,11 +7,11 @@ Model cheking
 Mixage
 
 
 Mixage
 
 
-
+\part{Des systèmes dynamiques discrets au chaos} 
 \chapter{Characterisation des systèmes discrets chaotiques}
 
 \chapter{Characterisation des systèmes discrets chaotiques}
 
-Debut 15 rairo
 
 
+générer des fonctions vérifiant ceci.
 
 \chapter{Prédiction des systèmes chaotiques}
 
 
 \chapter{Prédiction des systèmes chaotiques}
 
@@ -20,8 +20,13 @@ Debut 15 rairo
 
 \part{Applications à la génération de nombres pseudo aléatoires}
 
 
 \part{Applications à la génération de nombres pseudo aléatoires}
 
-\chapter{Marcher dans des hypercubes}
 
 
+
+\chapter{Caractérisation des générateurs chaotiques}
+15Rairo
+
+\chapter{Marcher dans des hypercubes}
+Internet11
 partie FCT11 random
 
 
 partie FCT11 random
 
 
@@ -31,11 +36,15 @@ partie FCT11 random
 
 15Rairo
 
 
 15Rairo
 
+\chapter{Preserver le chaos}
+Partie Rairo sur caractérisation systèmes chaotiques.
 
 \chapter{Sauter dans des hypercubes}
 15 TSI
 
 
 
 \chapter{Sauter dans des hypercubes}
 15 TSI
 
 
+
+
 \part{Applications à la dissimulation d'informations}
 
 
 \part{Applications à la dissimulation d'informations}
 
 
@@ -61,6 +70,7 @@ Avec Bittar
 
 Autre
 
 
 Autre
 
+
 Stabylo
 
 
 Stabylo