Mathématiques appliquées et calcul scientifique

Description du programme

Les intérêts de recherche des membres du groupe couvrent plusieurs domaines connexes dont systèmes dynamiques et équations différentielles avec retard; la mécanique des fluides et des milieux continus; la physique des matériaux, les transitions de phase et la croissance des cristaux; les méthodes numériques en dynamique des fluides et l'analyse asymptotique; l'optimisation de forme et de structure; et le contrôle des équations aux dérivées partielles.

Deux centres de recherche sont affiliés au groupe:

Membres du programme

Formation

L'objectif de ce programme est de donner une formation moderne en mathématiques orientée vers les applications et l'utilisation de l'ordinateur comme outil d'analyse, d'optimisation et de contrôle de systèmes physiques et technologiques. Ce programme accueille des étudiants avec des formations solides (allant de la physique et du génie aux mathématiques) qui désirent travailler dans le domaine des équations aux dérivées partielles et de leurs applications. Le spectre du programme est assez large pour accommoder aussi bien le développement de logiciels ou la modélisation physique que des sujets fins d'analyse fonctionnelle ou d'équations aux dérivées partielles.

L'intention est d'associer les étudiants aux activités de groupes de recherche locaux, gouvernementaux ou industriels, comme par exemple l'Agence Spatiale Canadienne ou d'autres organisations avec lesquelles des membres du groupe responsable du programme sont ou ont été impliqués.

Le programme couvre plusieurs domaines connexes dont:

  • systèmes dynamiques et équations différentielles avec retard.
  • la mécanique des fluides et des milieux continus.
  • la physique des matériaux, les transitions de phase et la croissance des cristaux.
  • les méthodes numériques en dynamique des fluides et l'analyse asymptotique.
  • l'optimisation de forme et de structure.
  • le contrôle des équations aux dérivées partielles.

Il n'y a pas de prérequis spécifiques autres que ceux exigés par chaque département. Cependant il est fortement conseillé de choisir les cours en consultation avec un professeur appartenant au groupe responsable du programme et de tenir compte des recommandations suivantes.

  1. Tous les étudiants devraient prendre des cours d'équations aux dérivées partielles: par exemple les cours MATH 580 et MATH 581 à McGill et MAT 6110 à l'U de M.
  2. Il est essentiel pour la plupart (et désirable pour tous) de développer ses aptitudes au calcul scientifique en suivant des cours pertinents en analyse numérique. Au delà des cours d'introduction principalement au premier cycle, les cours essentiels portent sur le calcul scientifique (MATH 578 à McGill et MAT 6470 à l'U de M), les équations numériques différentielles (MATH 579 à McGill) les méthodes aux différences finies (MAT 6165 à l'U de M), les méthodes d'éléments finis (MTH 6206/7 à Polytechnique et le cours de MAT 6450 à l'U de M).
  3. Les étudiants devraient acquérir des connaissances dans les domaines proches de la physique comme la mécanique des fluides, celle des milieux continus, la thermodynamique, etc. Les cours visés portent les sigles MATH 555 à McGill et MAT 6150 à l'U de M; les départements de physique et de génie offrent aussi d'autres cours pertinents.
  4. Les étudiants en mécanique des fluides ou sciences des matériaux devraient suivre un cours en méthodes asymptotiques et en méthodes de perturbation (MATH 651 à McGill ou MTH 6506 à Polytechnique).
  5. Les étudiants qui désirent travailler en optimisation de formes ou en contrôle devraient prendre au moins un cours en optimisation. Les cours suivants sont donnés régulièrement : MATH 560 à McGill; MAT 6428, MAT 6439 (Optimisation et contrôle), MAT 6441 (Analyse et optimisation de forme) à l'U de M; MTH 6403 et MTH 6408 à Polytechnique.
  6. Les étudiants qui désirent travailler en optimisation de formes ou en contrôle des équations aux dérivées partielles devront acquérir des connaissances en analyse mathématique et en analyse fonctionnelle.

L'évolution future et la formalisation du programme se feront dans le cadre décrit ci-dessus. Celui-ci est assez large pour éventuellement permettre l'ajout de nouveaux thèmes selon les besoins.

Cours 2017-18

Automne

Fondements de l'optimisation

Ce cours a pour objectif de familiariser les étudiants aux différentes techniques fondamentales de l'optimisation ainsi qu'à des logiciels commerciaux largement répandus afin de les mettre en application. Du côté des méthodes exactes on couvrira les méthodes de base de la programmation linéaire, de la programmation non linéaire ainsi que de la programmation linéaire en nombres entiers, tout en faisant ressortir la difficulté inhérente à ces différentes classes de programmes (linéaire vs non linéaire, convexe vs non convexe, entier vs continu, etc.).

On présentera également les principes à la base des méthodes heuristiques et métaheuristiques les plus utilisées dans la pratique afin de donner une vision la plus complète possible des outils disponibles pour résoudre les problèmes d'optimisation rencontrés dans la pratique.

Prof. Patrick Soriano

6-606-13

Institution: HEC Montréal

Algorithmes pour l'optimisation et l'exploitation de données

Le but du cours est de familiariser l'étudiant à l'aspect algorithmique des méthodes d'exploitation de données. L'étudiant développera des notions d'analyse de complexité et de structures de données. Ces notions seront exposées dans le contexte de l'analyse de données et certaines méthodes classiques seront étudiées. Dans le but de mieux familiariser l'étudiant avec la programmation, les présentations seront systématiquement illustrées par des programmes en C++. Il est conseillé que les étudiants aient des notions de programmation car ils devront effectuer un projet informatique simple. Une base de programme leur sera fournie afin de faciliter l'accomplissement de ce projet. Après avoir suivi ce cours, l'étudiant pourra développer ses propres outils et résoudre des problèmes pour lesquels il n'existe pas de logiciels.

Prof. Gilles Caporossi

6-607-11

Institution: HEC Montréal

Applications of Game Theory

The course is a general introduction to non-cooperative and cooperative static and dynamic game theory. The main concepts are defined rigorously and illustrated by a series of examples, exercises and applications to different problems in management which are of interest to the participants.

Prof. Georges Zaccour

80-685-09

Institution: HEC Montréal

Numerical Analysis 1

Development, analysis and effective use of numerical methods to solve problems arising in applications. Topics include direct and iterative methods for the solution of linear equations (including preconditioning), eigenvalue problems, interpolation, approximation, quadrature, solution of nonlinear systems.

Prof. Jean-Christophe Nave

MATH 578

Institution: Université McGill

Partial Differential Equations 1

Classification and wellposedness of linear and nonlinear partial differential equations; energy methods; Dirichlet principle. Brief introduction to distributions; weak derivatives. Fundamental solutions and Green's functions for Poisson equation, regularity, harmonic functions, maximum principle. Representation formulae for solutions of heat and wave equations, Duhamel's principle. Method of Characteristics, scalar conservation laws, shocks.

Prof. Rustum Choksi

MATH 580

Institution: Université McGill

Dynamic Optimisation in Management

The objective of this course is to introduce students to optimization models in a dynamic contest; more specifically, the students will be acquainted with the major tools used in dynamic optimization, that is, dynamic programming, Markov decision problems and optimal control. In addition, the course will cover many applications where the use of such tools is called for. At the end of the course, the students should be able to:

  • identify a business management situation presenting a dynamic optimization problem
  • represent this problem under an suitable mathematical model,
  • and solve it using one of the available techniques of dynamic optimization.

Prof. Michèle Breton

80-680-04

Institution: HEC Montréal

Hiver

Modèles d'optimisation

Ce cours vise à développer les habiletés de modélisation à partir de diverses applications en gestion des opérations et de la logistique, en gestion des ressources humaines, en finance ou autres domaines de la gestion.  
 
Dans ce cours, l'étudiant apprendra :
i) à reconnaître le type de modèle adapté à une situation particulière en gestion,
ii) à décrire cette situation sous la forme d’un modèle mathématique approprié,
iii) à implanter et résoudre ce modèle grâce au logiciel IBM ILOG CPLEX Optimization Studio,
iv) à valider, analyser et présenter les résultats obtenus. 

Thèmes couverts :

1 : Introduction à la modélisation mathématique
2 : Implantation d'un modèle d'optimisation avec le langage OPL du logiciel IBM ILOG CPLEX Optimization Studio
3 : Modèles linéaires.  
4 : Modèles de réseau
5 : Modèles linéaires en nombres entiers et techniques de linéarisation
6:  Problèmes de localisation
7 : Problèmes de distribution (visite de clients, tournées de véhicules, ramassage des ordures, etc.)
8 : Problèmes d’horaire (employés, calendrier scolaire, etc.)
9 : Problèmes de gestion de la chaîne logistique
10 : Modèles d'optimisation à objectifs multiples
11 : Modèles de programmation par contraintes
12 : Modèles de programmation stochastique
13 : Modèles de programmation dynamique

Prof. Sylvain Perron

6-617-16

Institution: HEC Montréal

Network Optimization in Business

The aim of the course is to present the most important aspects of mathematical optimization applied to network flow problems. On the one hand, we study the specialized algorithms, and on the other hand, we take a look at the numerous applications in this field.

Prof. Jacques Desrosiers

80-682-11

Institution: HEC Montréal

Distribution Management

This course covers strategic, tactical and operational planning in distribution management systems. Long term decisions relate mainly to the location of major installations, namely transportation infrastructures. Tactical planning includes medium term operations such as route design in inter-city planning and warehouse location. Operational planning covers the design of daily pickup and delivery routes and the location of light facilities such as mail boxes. In several transportation areas operations may have to be planned in real time, like in pickups and deliveries of letters and packages in fast courier operations, in dial-a-ride services for handicapped people, and in ambulance relocation. This course introduces the main methods and applications encountered in distribution management. It is partly based on some real cases published in recent scientific articles.

Prof. Gilbert Laporte

80-655-12

Institution: HEC Montréal

Numerical Differential Equations

Numerical solution of initial and boundary value problems in science and engineering: ordinary differential equations; partial differential equations of elliptic, parabolic and hyperbolic type. Topics include Runge Kutta and linear multistep methods, adaptivity, finite elements, finite differences, finite volumes, spectral methods.

Prof. Adam Oberman

MATH 579

Institution: Université McGill

Calcul scientifique

Étude des algorithmes fondamentaux en calcul scientifique. Principes théoriques; programmation et application à des problèmes pratiques; utilisation scientifique de logiciels spécialisés.

Prof. Robert G. Owens

MAT 6470

Institution: Université de Montréal