Formalisme, outils et éléments méthodologiques pour la modélisation et la simulation multi-agents

This thesis addresses questions related to the modeling and simulation of complex systems whichare based on the multi-agents system (MAS) paradigm. Multi-Agent Based Simulations (MABS) relyon the idea that it is possible to directly represent the behavior and the interactions of a set ofautonomous entities situated in a common environment. One critical issue is the difficulty to accuratelyachieve replication of published models. This raises problems for verification and validation of MABS.In this thesis, we advocate that MABS verification and validation problems are mainly related to thegap that exists between models specifications and the computational structures which are used toexecute them. The motivation of our work is to take steps toward an effective mapping between modelsspecifications and concrete software structures considering two complementary approaches. The firstapproach proposes generic simulator engineering tools. The idea is to make explicit the computationalstructures which are used for the implementation. The second approach relies on the study of todayMAS modeling means : we propose a reflexion about the MAS paradigm and we identify a set ofmodeling constraints which are related to it. We then propose modeling principles based on (1) theInfluence/Reaction approach and (2) a formal model of the environment for MASs, namely MIC ∗ .We show how our approach handles the various identified modeling constraints and we illustrate itsfeasibility through a concrete example.Cette thèse aborde des questions liées à la simulation informatique de systèmes complexes modéli-sés à l’aide du paradigme multi-agents. Cette approche repose sur l’idée qu’il est possible de représenterdirectement le comportement et les interactions d’un ensemble d’entités autonomes évoluant dans unenvironnement commun. Mal maı̂trisée, la complexité des modèles considérés pose encore aujourd’huide nombreux problèmes quant à leur élaboration et à leur implémentation. L’une des conséquences lesplus critiques réside dans la difficulté de reproduire fidèlement les modèles publiés dans la littérature.Ce qui pose le problème de la vérification et de la validation de ce type de simulations. Dans cettethèse, nous considérons que ce problème est en majeure partie lié à un manque de correspondanceentre les spécifications des modèles et les structures informatiques qui permettent de les exécuter. Lebut de nos travaux est de faire un pas vers une mise en correspondance effective de ces deux parties.Pour cela, nous considérons deux approches complémentaires. La première se focalise sur l’élaborationd’outils génériques de conception de simulateurs. Il s’agit de rendre plus explicites les structures in-formatiques utilisées pour l’implémentation. La deuxième repose sur l’étude des moyens aujourd’huiutilisés pour modéliser un système multi-agents. Dans ce cadre, nous proposons une réflexion globalesur ce paradigme et nous identifions un ensemble de contraintes liées à son utilisation. A partir de cetteréflexion, nous proposons un principe de modélisation basé sur l’approche Influence/Réaction et surl’utilisation d’un modèle formel d’environnement pour systèmes multi-agents appelé MIC ∗ . Nous mon-trons en quoi notre approche permet de respecter les différentes contraintes de modélisation identifiéeset nous illustrons sa faisabilité à l’aide d’un exemple concret