Applications of limits of combinatorial structures in geometry and graph theory

Cette thèse traite de problèmes liés à la théorie des limitesd'objets combinatoires, une récente théorie qui a permis de tisserdes liens entre différents domaines tels que la combinatoire,l'analyse, la géométrie ou la théorie de la probabilité.Cette thèse applique des méthode venant de cette théorie à des problèmesde combinatoire extrémale.Dans un premier chapitre, je développe une théorie des limites d'objetsappelés emph{types d'ordre}, un objets qui encode des configurationsd'ensembles de points du plan. Le type d'ordre d'un ensemble de pointssuffit à caractériser de nombreuses propriétés essentielles de cet ensemblede point comme, par exemple, son enveloppe convexe.Je montre qu'une limite de type d'ordre peut être représentée par un objetanalogue à un graphon à valeurs O ou 1.Je fais ensuite le lien entre limites de type d'ordre et la distributionnaturelle de limite de type d'ordre obtenue par l’échantillonnage de pointsdu plan suivant une certaine probabilité.De cette manière, toute probabilité sur le plan engendre une limite de typed'ordre. Je montre d'une part que cette correspondance n'est pas surjective-c'est à dire qu'il existe des limites de type d'ordre ne venant pas de probabilitédu plan- et j'étudie d'autre part son injectivité.Je montre que si le support d'une mesure de probabilité est assez gros, par exemple siil contient une boule ouvert, alors la limite que cette mesure engendre suffit à caractériser cette mesure à une transformation projective près.Un second chapitre traite de test de propriété.Un testeur de propriété est un algorithme aléatoire permettant de séparerles objets ayant une certaine propriété des objet à distance au moins εde l'avoir, au sens de la distance d'édition.Ce domaine donne des algorithmes extrêmement rapides, et en particulierdes algorithmes dont la complexité ne dépends pas de la taille de l'entréemais seulement du paramètre de précision ε.Un résultat fondamental de cet domaine pour les graphes montré par Alonet Shapira est le suivant : toute classe de graphe héréditaire possède un teltesteur.Cette thèse contribue à la question suivante :Quelles classes de graphes possède un testeur dont la complexité est unpolynôme en 1/ε ?Je montre qu'en particulier la classe des graphes d'intervales possède un teltesteur.La théorie des algèbres de drapeaux est un outil étroitement lié aux limites degraphes denses qui donne une méthode pour démontrer des bornes sur certainsparamètres combinatoires à l'aide d'un ordinateur.Dans un troisième chapitre, je présente un programme écrit durant ma thèsequi implémente cette méthode.Ce programme fonctionne comme une bibliothèque pour calculer dans les algèbresde drapeaux, manipuler des inégalités sur les drapeaux ou encoder des problèmesd'optimisations par une instance de programme semi-défini positif qui peutensuite être résolu par un solveur externe.Ce programme est en particulier utilisé pour obtenir un nouvelle borne pour le cas triangulaire de la conjecture de Caccetta-Häggkvist.This thesis is focused on problems related to the theory of combinatorial limits.This theory opened links between different fields such asanalysis, combinatorics, geometry and probability theory.In this thesis, we apply ideas coming from this framework toproblems in extremal combinatorics.In a first chapter we develop a theory of limits for emph{order types},a geometrical object that encodes configuration of a set of points in theplane by the mean of the orientations of their triangles.The order type of a point set suffices to determine many of its properties,such as for instance the boundary of its convex hull.We show that the limit of a converging sequence of order typescan be represented by random-free object analogous to a graphon.Further, we link this notion to the natural distributions of order typesarising from the sampling of random points from some probability measureof the plane.We observe that in this mean, every probability measure gives rise to a limitof order types.We show that this map from probability measure on the plane to limit oforder type is not surjective.Concerning its injectivity,we prove that if a measure has large enough support, for instance if its supportcontains an open ball, the limit of order types the measure generatessuffices to essentially determine this measure.A second chapter is focused on property testing.A tester is a randomized algorithm for distinguishing between objects satisfyinga property from those that are at some distance at least εfrom having itby means of the edition distance.This gives very efficient algorithms, and in particular algorithms whosecomplexity does not depend on the size of the input but only on the parameter ε.For graphs, it has been shown by Alon and Shapira that every hereditary propertyhas such a tester.We contribute to the following question :which classes of graphs have a one-sided property tester with a number of queries that is a polynomial in 1/ε ?We give a proof that the class of interval graphs has such a tester.The theory of flag algebras is a framework introduced by Razborovclosely related to dense limit of graphs, that gives a way to systematicallyderive bounds for parameters in extremal combinatorics.In a third chapter we present a program developed during my Phd.that implements this method.This program works as a library that can compute flag algebras,manipulate inequalities on densities and encode the optimization of some parameterin a semi-definite positive instance that can be given to a dedicated solverto obtain a bound on this parameter.This program is in particular used to obtain a new bound forthe triangle case of the Caccetta-Häggkvist conjecture