Francesco D'AMore

Sur les comportements collectifs de systèmes distribués bio-inspirés: Récemment, la communauté algorithmique a manifesté un intérêt croissant pour l'utilisation de ses outils théoriques à la compréhension des systèmes complexes, notamment biologiques, tels que les colonies d'insectes, les volées d'oiseaux et les réseaux de neurones. Nous contribuons à l'étude de ces systèmes dans trois directions différentes. Premièrement, nous analysons des dynamiques computationnelles pour les tâches de coordination stochastique dans les systèmes multi-agents. En particulier, nous nous focalisons sur le problème du consensus dans des environnements où la communication est bruyante : nous analysons deux dynamiques d'opinion, les dynamiques Undecided-State et 3-Majority, et nous prouvons qu'elles présentent une transition de phase à des seuils de bruit différents. En dessous du seuil, ces dynamiques atteignent rapidement une phase métastable de quasi-consensus ; au-dessus, aucune forme de consensus n'est possible. Deuxièmement, nous étudions les Lévy walks, des marches aléatoires qui modélisent des schémas de mouvement trouvés dans la nature, dont la distribution de la longueur de pas suit une loi de puissance. Nous analysons leur temps d'arrêt (hitting time) parallèle et les utilisons pour concevoir un algorithme optimal pour l'ANTS problem, un problème de recherche distribuée sur Z^2 qui capture certains aspects de la théorie du butinage. Troisièmement, nous considérons l'Assembly Calculus, un modèle distribué du cerveau récemment proposé, qui consiste en des neurones et des synapses stylisés, et nous testons expérimentalement ses capacités, largement inexplorées, en mettant en œuvre des heuristiques connues pour la tâche de planification du monde des blocs. Nous montrons empiriquement que des programmes grands et complexes dans ce modèle s'exécutent correctement et de manière fiable.

We give an almost complete characterization of the hardness of c-coloring χ-chromatic graphs with distributed algorithms, for a wide range of models of distributed computing. In particular, we show that these problems do not admit any distributed quantum advantage. To do that: We give a new distributed algorithm that finds a c-coloring in χ-chromatic graphs in Õ(n^1/α) rounds, with α = ⌊c−1/χ − 1⌋. We prove that any distributed algorithm for this problem requires Ω(n^1/α) rounds. Our upper bound holds in the classical, deterministic LOCAL model, while the near-matching lower bound holds in the non-signaling model. This model, introduced by Arfaoui and Fraigniaud in 2014, captures all models of distributed graph algorithms that obey physical causality; this includes not only classical deterministic LOCAL and randomized LOCAL but also quantum-LOCAL, even with a pre-shared quantum state. We also show that similar arguments can be used to prove that, e.g., 3-coloring 2-dimensional grids or c-coloring trees remain hard problems even for the non-signaling model, and in particular do not admit any quantum advantage. Our lower-bound arguments are purely graph-theoretic at heart; no background on quantum information theory is needed to establish the proofs.