Lucas Gerin

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude de quelques problèmes de probabilités provenant de l'informatique théorique. Dans une première partie, nous étudions un algorithme probabiliste qui compte le nombre de mots différents dans une liste. Nous montrons que l'étude peut se ramener à un problème d'estimation, et qu'en modifiant légèrement cet algorithme, il est d'une certaine manière optimal. La deuxième partie est consacrée à l'étude de plusieurs problèmes de convergences pour des systèmes finis de particules, nous envisageons différents types de passage à une limite infinie. La première famille de systèmes considérés est une classe particulière d'automates cellulaires. En dimension 1, il apparaît des marches aléatoires dont nous caractérisons de façon complète les comportements limites. En dimension 2, sur une grille carrée, nous étudions quelques-un des cas les plus représentatifs. Nous en déterminons le temps moyen de convergence vers une configuration fixe. Enfin, nous étudions un modèle d'urnes avec des boules à deux états. Dans la troisième partie, nous étudions deux problèmes particuliers de marches aléatoires. Ces deux questions sont initialement motivées par l'étude de certains automates cellulaires, mais nous les présentons de façon indépendante. Le premier de ces deux problèmes est l'étude de marches aléatoires sur un tore discret, réfléchies les unes sur les autres. On montre la convergence de ce processus vers une limite brownienne. Nous étudions enfin de façon entièrement combinatoire une famille de marches aléatoires sur un intervalle, biaisées vers le bas. Nous déterminons le temps moyen de sortie vers le haut de la marche.

We obtain the asymptotic behaviour of the longest increasing/non-decreasing subsequences in a random uniform multiset permutation in which each element in {1,...,n} occurs k times, where k may depend on n. This generalizes the famous Ulam-Hammersley problem of the case k=1. The proof relies on poissonization and a connection with variants of the Hammersley-Aldous-Diaconis particle system.

The Hammersley problem asks for the maximal number of points in a monotonous path through a Poisson point process. It is exactly solvable and notoriously known to belong to the KPZ universality class, with a cube-root scaling for the fluctuations.Here we introduce and analyze a variant in which we impose a Lipschitz condition on paths. Thanks to a coupling with the classical Hammersley problem we observe that this variant is also exactly solvable. It allows us to derive first and second orders asymptotics. It turns out that the cube-root scaling only holds for certain choices of the Lipschitz constants.

We consider uniform random permutations in classes having a finite combinatorial specification for the substitution decomposition. These classes include (but are not limited to) all permutation classes with a finite number of simple permutations. Our goal is to study their limiting behavior in the sense of permutons. The limit depends on the structure of the specification restricted to families with the largest growth rate. When it is strongly connected, two cases occur. If the associated system of equations is linear, the limiting permuton is a deterministic $X$-shape. Otherwise, the limiting permuton is the Brownian separable permuton, a random object that already appeared as the limit of most substitution-closed permutation classes, among which the separable permutations. Moreover these results can be combined to study some non strongly connected cases. To prove our result, we use a characterization of the convergence of random permutons by the convergence of random subpermutations. Key steps are the combinatorial study, via substitution trees, of families of permutations with marked elements inducing a given pattern, and the singularity analysis of the corresponding generating functions.

We consider a variant of the continuous and discrete Ulam-Hammersley problems: we study the maximal length of an increasing path through a Poisson point process (or a Bernoulli point process) with the restriction that there must be minimal gaps between abscissae and ordinates of successive points of the path.For both cases (continuous and discrete) our approach rely on couplings with well-studied models: respectively the classical Ulam-Hammersley problem and last-passage percolation with geometric weights. Thanks to these couplings we obtain explicit limiting shapes in both settings.We also establish that, as in the classical Ulam-Hammersley problem, the fluctuations around the mean are given by the Tracy-Widom distribution.