Les Editions GrassFields

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2017-07-07T06:50:12Z

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- Programmer en Gibiane, tome 1 : Structures de données & Algorithmes associés

Visuel et résumé

2017-07-07T05:59:56Z

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- Programmer en Gibiane, tome 1 : Structures de données & Algorithmes associés

Survol du livre

2017-07-07T05:51:19Z

Pour permettre aux lecteurs d'avoir une idée du contenu d'un livre, des extraits de ce dernier sont regroupés dans un ou plusieurs document.s de survol.

- Programmer en Gibiane, tome 1 : Structures de données & Algorithmes associés

Préface de M. Daniel BARON

2017-07-06T21:46:28Z

(*)Daniel Dominique BARON, né en juin 1948, a obtenu son diplôme d'Ingénieur Physicien métallurgiste de l'INSA de LYON en 1972, Promotion Julius Robert Oppenheimer. Il s'est spécialisé en Génie Atomique à L'INSTN de Saclay et a participé à la conception des réacteurs à eau pressurisée (REP) français, dits de deuxième génération, de 1974 à 1979. Au sein de la société FRAMATOME il participe successivement au développement des logiciels de conception thermo-hydraulique THINC et SODA, du logiciel de simulation d'accident LOFTRAN, puis au couplage de LOFTRAN et SODA avec le logiciel de neutronique TWINKLE. Il a aussi développé l'algorithme de protection
thermo-hydraulique numérique des réacteurs 1300 MW français. A partir de 1979 il développera une expertise internationale sur le comportement des combustibles nucléaires en réacteur, d'abord à FRAMATOME jusqu'en 1987 avec la responsabilité du logiciel PAD-COCCINEL, puis à la Direction de la R&D d'EDF de 1988 à 2011 où il sera le chef de projet du logiciel de conception du combustible CYRANO3. Ce logiciel a ensuite été intégré dans la plateforme d'échange PLEIADES du CEA à partir de 2000.

Daniel Dominique BARON, born on June 1948, received his diploma in Physical and metallurgical engineering from INSA de LYON in 1972, Promotion Julius Robert Oppenheimer. He then specialized in Atomic Engineering at the INSTN in Saclay and was involved in the design of French second-generation pressurized water reactors (PWR) from 1974 to 1979. Within FRAMATOME he participated successively to the development of the core thermalhydraulic design codes, THINC and SODA, to the development of the LOFTRAN code, dedicated to accident
simulations, and was involved in software couplings : LOFTRAN and SODA with the core physics software TWINKLE. He also developed the thermal-hydraulic protection algorithm for French 1300 MW reactors. From 1979 onwards, he developed an international expertise on the in reactor behavior of nuclear fuels, first in FRAMATOME until 1987 having the responsibility for the PAD-COCCINEL software, and then at EDF's R & D Department from 1988 to 2011, where he becomes the project manager of the CYRANO3 fuel design code. This software was then
integrated into the CEA PLEIADES exchange platform from 2000 onwards

Les origines

Notre génération a commencé sa carrière avec les premiers ordinateurs comme l'IBM1130, qui n'étaient que des grosses, très grosses calculettes friandes de associations perforées. En quarante ans, nous avons connu une évolution fulgurante des moyens informatiques en termes de puissance de calcul, de rapidité et de volumes de données traitées. Dans les années 70, les logiciels d'ingénierie, gérés sur un support de associations perforées, n'empilaient que quelques milliers d'instructions environ, permettant des temps calculs raisonnables. Pour ma part, j'ai commencé par réécrire et modulariser un logiciel en langage FORTRAN IV fourni par les américains de Westinghouse, nommé PAD (Performance Analysis and Design) pour optimiser les temps de calcul et surtout faciliter les développements ultérieurs du logiciel. Puis sont arrivés les terminaux intelligents dans les années 80 connectés à de puissants ordinateurs, puis les postes de travail indépendants dans les années 90, puis les ordinateurs vectoriels. La phase suivante, à partir de l'an 2000, a été l'intégration des programmations objet avec encapsulation des anciens modules FORTRAN pour mutualiser les modules de calculs entre logiciels d'ingénierie et de recherche entre les entreprises françaises du nucléaire.
En parallèle une évolution fulgurante des gestions de données a eu lieu, leur volume augmentant de façon exponentielle avec le temps. Nous avons connu les lectures de données formatées, puis avons développé des lectures de données sans format. Nous avons ensuite développé les premiers balbutiements de bases de données pour traiter toutes nos données expérimentales. Cela a conduit à s'intéresser, pour gagner en efficacité, à de nouvelles méthodes de stockage sur la base des programmations objet. La phase suivante a été imposée par le besoin de faire parler les logiciels entre eux par le biais de procédures pour automatiser et décupler le travail de conception des ingénieurs.
L'adversaire permanent est l'exigence sur les temps globaux de calcul, liés à la contrainte sur les délais de conception de l'ingénieur. Ces temps calculs ne doivent pas être rédhibitoires, tout en prenant en compte de plus en plus de paramètres et de phénomènes dans la modélisation. Cela se résume par une course entre l'évolution des puissances de calcul et les exigences toujours grandissantes d'une modélisation de plus en plus poussée et détaillée des problèmes à analyser.
Il faut en permanence optimiser les temps calcul. Pour ce faire, on en vient dès les années 1990 à programmer dans le logiciel des « mouchards » permettant d'enregistrer les temps de passage dans chaque algorithme et ainsi détecter les boucles de calcul les plus gourmandes. Parfois une modification d'algorithme permettant de gagner quelques picosecondes sur une opération, peut faire gagner énormément sur le temps global, en fonction de l'imbrication de cette opération dans un grand nombre de boucles de calcul.
Que de chemin parcouru depuis notre début de carrière ! Ce chemin n'est pas terminé. L'ouvrage de R.Tchienkoua n'est pas un aboutissement mais une étape fondamentale dans l'évolution de la robustesse des applications développées en Gibiane, d'une part ; et des performances de calcul d'autre part. En effet, la mise en oeuvre du concept de « méthode », correspond à un nouveau degré de maîtrise dans les problématiques décrites ci-dessus. Les techniques décrites dans ce mémoire en plusieurs tomes résultent d'un long cheminement commencé par R.Tchienkoua en 1990. Cet énorme travail nous autorise à envisager un contrôle de plus en plus élaboré des moyens numériques de conception avec des applications développées en Gibiane.

La chronologie

J'ai eu pour ma part la chance d'avoir R.Tchienkoua à mes côtés pendant un peu plus de dix ans, de 1990 à 2000. Lorsque nous nous sommes connus, je venais de m'atteler à la conception d'un nouveau logiciel de simulation du comportement thermomécanique des crayons combustibles en réacteur, pour les études de sûreté, à la demande de l'ingénierie d'EDF. L'architecture du logiciel existant, écrit dans les années 70, ne peut en effet plus répondre aux nouveaux challenges. Ces logiciels sont utilisés par l'ingénierie pour démontrer, auprès des autorités de sûreté, la tenue de l'intégrité de la structure des éléments combustibles pendant leurs cinq années de fonctionnement en réacteur. En se joignant à mon équipe, R.Tchienkoua a découvert un domaine extrêmement pluridisciplinaire combinant des calculs thermomécaniques classiques avec des modules de physico-chimie ou de neutronique. Un des premiers challenges est de gérer des échelles de temps très longues (plusieurs années) avec des transitoires ne pouvant durer que quelques minutes ou quelques secondes, en garantissant des temps de calcul cumulés ne dépassant pas 30 mn.
Le problème à traiter est très complexe. La structure à modéliser (crayon combustible) est très élancée avec une longueur de 4m pour un diamètre extérieur de 9,5mm. Environ 230 cylindres en oxyde d'uranium sont empilés dans un tube en alliage de zirconium avec un jeu diamétral d'environ 150 µm. Pendant l'irradiation, les gradients radiaux de températures sont de l'ordre de 500 à 1000°C sur un rayon de 4,2mm. La céramique UO2 se fracture axialement et radialement. On traite donc l'interaction entre des fragments d'UO2 et une gaine métallique, avec des effets de cisaillement. Les propriétés thermiques et mécaniques de l'oxyde combustible évoluent très différemment entre le centre et la périphérie du cylindre. Compte tenu de ces forts gradient radiaux, le problème mécanique est simplifié en une approche dite 1,5D, c'est-à-dire un calcul d'équilibres radiaux avec prise en compte des accrochages axiaux.
Pour des conditions particulières, un calcul 3D peut être effectué sur une période courte, alimenté par les informations sauvegardées du calcul 1,5D au moment d'une situation fortement transitoire. Le calcul 3D est alors effectué avec un logiciel de thermomécanique traditionnel néanmoins adapté pour prendre en compte les spécificités de la problématique du combustible.
Les connaissances progressant, le logiciel doit rester très évolutif pour prendre en compte de nouveaux phénomènes ou pour traiter des approches multi-échelles. L'approche multi-échelles s'est en effet beaucoup développée depuis 2000 pour, par exemple, prendre en compte l'évolution, maille par maille, d'un matériau multi-composés, multi-phases dont les phases en interagissant modifient les propriétés locales. Certains rêvent de pouvoir un jour faire le lien entre les comportements des matériaux au niveau atomique (calculs ab initio) et le comportement de la structure. Pour l'instant ces travaux sont déjà mis en œuvre mais sans couplages numériques…
En 2000, une étape est franchie pour mutualiser notre logiciel d'EDF avec le logiciel équivalent du CEA, mais aussi avec tous les logiciels développés pour des combustibles de conceptions extrêmement différentes. Les problématiques à traiter ont souvent des points communs et on peut envisager de mutualiser les modules de calcul. C'est l'étape vers une conception objet et l'encapsulation de nos modules FORTRAN dans des programmes C++, langage adapté pour la gestion objet. Nous avons donc participé, et surtout R.Tchienkoua à la spécification de la plateforme PLEIADES pour qu'elle réponde au mieux aux besoins de chacun (Ingénierie et Recherche). PLEIADES mettra environ 10 ans à monter en puissance, intégrant tous les logiciels combustibles périphériques, et les procédures pour traiter le stockage de longue durée des assemblages combustibles. Cette plateforme est parfaitement opérationnelle depuis 2010.

L'émancipation

A partir de 2000, R.Tchienkoua va chercher, de façon pragmatique, à généraliser toutes les problématiques que nous avons rencontrées ensemble pour développer des outils, que j'appellerai de troisième génération, autour des logiciels de thermomécanique du CEA.
Cet ouvrage très détaillé, clair et pragmatique est l'aboutissement d'une partie des réflexions et travaux qu'il a menés dans le cadre de grands projets nationaux. Ce sera, je n'en doute pas, un ouvrage de référence et un outil de travail pour les prochaines générations de développeurs et programmeurs en Gibiane.

Manosque (France), le 09 février 2017.

On en parle ...

2017-07-06T21:39:51Z

Le livre "Programmer en Gibiane, tome 1 : Structures de données & Algorithmes associés" (R.TCHIENKOUA), ISBN : 978-2-9556-008-01, Les Editions GrassFields, 2017, fait l'objet de plusieurs communications sur le réseau.

Site de Cast3m

Lien sur la plate-forme de projets Progib

Compléments en ligne

2017-07-06T21:37:09Z

Des ressources complémentaires, au contenu du livre, sont disponibles en ligne.

Pour les livres de la série "Programmer en Gibiane", il convient de consulter le site Progib
Pour les livres de la série "Concevoir en objet" : (à venir)

Sommaire

2017-07-06T21:24:20Z

Chapitre 1 : Introduction
1.1- Objectifs du livre
1.2- Définitions et principes
1.2.1- Définitions
1.2.2- Caractéristiques d'une structure de données
1.2.3- Problèmes, algorithmes et programmes
1.3- Présentation du contenu du livre

Chapitre 2 : Utilitaires de base
2.1- Gestion des constantes
2.1.1- Constante null
2.1.2- Traitement des exceptions
2.2- Procédures de test
2.3- Procédure equals()

Chapitre 3 : Approche objet avec Gibiane
3.1- Fonctionnel vs Objet
3.2- Conception d'une « classe » avec Gibiane
3.2.1- Objet, métaphore efficace
3.2.2- Gibiane, langage objet
3.2.3- Concept de classe et implémentation
3.2.4- Classe dérivée et héritage
3.2.5- Classes paramétrables (ou généricité)
3.2.6- Classe et interface
3.2.7- Modèle de présentation des structures de données

Chapitre 4 : Collections et itérateurs
4.1- Introduction
4.2- Modèle conceptuel d'une collection
4.2.1- Toute collection est itérable
4.2.2- Autres opérations communes
4.2.3- Modèle d'itérateur
4.3- Interface Collection
4.3.1- Classe Collection.Interface
4.3.2- Méthode Constructor()
4.3.3- Méthode new()
4.4- Interface Iterator
4.4.1- Classe Iterator.Interface
4.4.2- Constructeur de l'itérateur
4.4.3- Méthode new()
4.5- Collection implémentée par une table
4.5.1- Implémentation d'un itérateur
4.5.2- Implémentation de la collection
4.5.3- Exemple

Chapitre 5 : Mutabilité et Persistance
5.1- Motivations
5.2- Collections persistantes (ou immuables)
5.2.1- Conception des collections immuables
5.2.2- Implémentations
5.3- Collections mutables
5.3.1- Conception des collections mutables
5.3.2- Implémentations
5.4- Cas particulier des listes
5.5- Collection délégable

Chapitre 6 : Collections et accessibilité
6.1- Motivations
6.1.1- Accès direct et accès séquentiel
6.1.2- Propriétés des itérateurs
6.2- Structure de données à accès direct
6.2.1- Itérateurs pour les structures à accès direct
6.3- Structure de données séquentielles
6.3.1- Itérateurs pour structure séquentielle

Chapitre 7 : Collections ordonnées
7.1- Conception d'une relation d'ordre
7.1.1- Interface Comparator
7.1.2- Interface Comparable
7.2- Comparateur abstrait
7.2.1- Méthodes de la classe
7.3- Comparateur intermédiaire
7.3.1- Constructeur
7.3.2- Méthode compare()
7.4- Comparateur fonctionnel
7.4.1- Constructeur
7.4.2- Méthode compare()
7.5- Comparateur équitable
7.5.1- Constructeur
7.5.2- Méthode compare()
7.5.3- Méthode reverse()
7.6- Comparateur dual
7.6.1- Constructeur
7.6.2- Méthode compare()
7.6.3- Méthode reverse()
7.7- Comparateur explicite
7.7.1- Constructeur
7.7.2- Méthode new()
7.7.3- Méthode compare()
7.7.4- Méthode rank()
7.8- Comparateur naturel
7.8.1- Méthode compare()
7.8.2- Constructeur
7.8.3- Méthode new()
7.8.4- Méthode reverse()
7.9- Comparateur rétro-naturel
7.9.1- Méthode new()
7.9.2- Méthode compare()
7.9.3- Méthode reverse()
7.10- Comparateur numérique
7.10.1- Méthode compare()
7.10.2- Méthode new()

Chapitre 8 : Collections de type Liste
8.1- Conception simple des listes
8.1.1- Listes implémentées par une table
8.1.2- Listes simplement chaînées
8.2- Conception avancée des listes
8.2.1- Méthodes supplémentaires
8.2.2- Persistance et mutabilité
8.2.3- Itérateurs pour listes
8.2.4- Sous-listes
8.2.5- Exemples d'implémentations de listes avancées

Chapitre 9 : Listes Gibiane revisitées
9.1- Rappels des listes Gibiane
9.2- Conception objet des listes Gibiane
9.3- Méthodes statiques pour listes Gibiane
9.4- Itérateur pour listes Gibiane
9.5- Implémentation des listes Gibiane objets
9.5.1- Objet encapsulant une liste

Chapitre 10 : Collections de type Ensemble
10.1- Propriétés des ensembles
10.2- Exemple
10.3- Implémentations simples
10.3.1- Ensemble implémenté par une liste chaînée
10.4- Implémentations avancées
10.4.1- Interfaces
10.4.2- Classes abstraites
10.4.3- Ensemble mutable implémenté par une table
10.4.4- Ensemble de clés
10.4.5- Ensemble implémenté par un arbre

Chapitre 11 : Collections de type File (Queue)
11.1- Méthodes communes aux files
11.2- File implémentée par une table
11.3- Modèle
11.4- Implémentations
11.4.1- Interface Queue
11.4.2- File abstraite
11.4.3- File implémentée par une table
11.4.4- File implémentant l'interface Queue
11.4.5- File à éléments chaînés
11.4.6- File chaînée implémentant l'interface Queue
11.4.7- Implémentation : LinkedListQueue
11.5- Files à accès aux deux extrémités
11.6- File de priorité
11.6.1- Clés, priorités et relations d'ordre total
11.6.2- Entrées et comparateurs
11.6.3- TAD de la file d'attente prioritaire
11.6.4- File de priorité implémentée par une liste
11.6.5- Tri avec une file d'attente prioritaire
11.6.6- File de priorité implémentée par un tas
11.6.7- Implémenter une file prioritaire avec un tas

Chapitre 12 : Collections de type Pile
12.1- Introduction
12.1.1- Dernier arrivé, premier sorti
12.2- Implémentations
12.2.1- Pile implémentée par une table
12.2.2- Pile dont les éléments sont chaînés

Chapitre 13 : Associations (Map)
13.1- Association (Map), type abstrait de données
13.1.1- Méthodes des associations
13.2- Association basée sur une simple liste
13.2.1- Algorithmes des principales méthodes
13.2.2- Implémentations
13.3- Tables de hachage
13.3.2- Implémentation de la table de hachage
13.4- Introduction
13.5- Implémentation simple d'une association
13.5.1- Liste des paires clé-valeur
13.5.2- Classe des associations sur liste chaînée
13.6- Implémentation par une table de hachage
13.6.1- Résolution de collisions par chaînage
13.6.2- Résolution de collisions par sondage linéaire
13.7- Associations avancées
13.7.1- Interface
13.7.2- Les entrées (entry)
13.7.3- Exemples
13.7.4- Méthodes statiques pour associations
13.8- Dictionnaire
13.8.1- Dictionnaire comme type abstrait de données
13.8.2- Dictionnaire implémentée par une liste
13.8.3- Dictionnaire implémenté par une table de hachage
13.8.4- Dictionnaire implémenté par un arbre binaire de recherche
13.8.5- Dictionnaire implémenté par un arbre Red-Black

Chapitre 14 : Arbres
14.1- Généralités sur les arbres
14.1.1- Définitions et propriétés
14.1.2- Arbre comme type abstrait de données
14.1.3- Implémentation d'un arbre
14.2- Algorithmes de traversée d'un arbre
14.2.1- Profondeur et hauteur
14.2.2- Traversée en pré-ordre
14.2.3- Traversée en post-ordre
14.2.4- Autres types de traversée
14.3- Arbres binaires
14.3.1- L'arbre binaire en tant que TAD
14.3.2- Une interface d'arbre binaire
14.3.3- Propriétés des arbres binaires
14.3.4- Implémentation par une structure chaînée
14.3.5- Implémentation par une liste basée sur une table
14.3.6- Traversées d'un arbre binaire
14.3.7- Motif des méthodes modèles (Template Method)
14.4- Exercices
14.4.1- Définitions
14.4.2- Arbre binaire
14.4.3- Tas
14.4.4- Noeud d'un arbre
14.5- Arbres binaires
14.5.1- Généralités
14.5.2- Arbre binaire organisé en tas
14.5.3- Arbre binaire non ordonné
14.5.4- Arbre binaire de recherche
14.5.5- Arbres binaires équilibrés
14.6- Arbres non binaires
14.6.1- Arbres quelconques

Chapitre 15 : Graphes
15.1- Introduction
15.1.1- Modéliser avec des graphes
15.1.2- Exemples de problèmes résolus avec les graphes
15.2- Graphe comme type abstrait de données
15.2.1- Définitions
15.2.2- Méthodes communes aux graphes
15.3- Structures de données pour les graphes
15.4- Classe des noeuds
15.4.1- Constructeur
15.4.2- Méthode new()
15.4.3- Méthode equals()
15.5- Classe des arêtes
15.5.1- Super-classe itérable des arêtes
15.5.2- Classe des arêtes ordonnées
15.5.3- Classe des arêtes non ordonnées
15.6- Graphe implémenté par une liste d'arêtes
15.7- Graphe implémenté par une liste d'adjacence
15.8- Graphe implémenté par une matrice d'adjacence
15.9- Graphes orientés
15.9.1- Méthodes spécifiques aux graphes orientés
15.10- Graphes valués (ou pondérés)
15.11- Parcours de graphe
15.11.1- Recherche en profondeur
15.11.2- Exemples de parcours DFS
15.11.3- Parcours en largeur (BFS)
15.11.4- Parcours d'un graphe orienté
15.11.5- Chemin dans un graphe
15.12- Généralités
15.12.1- Définitions
15.12.2- Différents types de graphes
15.12.3- Méthodes communes
15.13- Conception des graphes
15.13.1- Par les matrices d'adjacence
15.13.2- Attributs
15.13.3- Méthodes
15.14- Implémentation2 (GrapheL)
15.14.1- Listes d'adjacence
15.14.2- GrapheL
15.15- Implémentation 3
15.15.1- EndPointPair
15.15.2- Graphe abstrait
15.15.3- Graphe abstrait immuable

Chapitre 16 : Chaînes de caractères
16.1- Chaînes de caractères immuables
16.1.1- Méthodes associées
16.1.2- Implémentation
16.2- Chaînes de caractères mutables
16.2.1- Méthodes communes
16.2.2- Implémentation
16.3- Algorithmes de recherche de mots
16.3.1- Force brute
16.3.2- L'algorithme Boyer-Moore
16.3.3- Algorithme KMP
16.3.4- Récupération (Retrieval ou tries)
16.4- Procédures utilitaires
16.4.1- Procédure allChars()
16.4.2- Procédure arrayCOR()
16.4.3- Procédure zINDXint()
16.4.4- Procédure arrayCpy()

Chapitre 17 : Annexes
17.1- Notations UML
17.1.1- Classe
17.1.2- Association entre classes
17.1.3- Interface
17.1.4- Composition
17.1.5- Héritage
17.2- Modélisation orientée « objet » avec Gibiane
17.2.1- Type « OBJET » de Gibiane
17.3- Conteneur gbPhenix
17.3.1- Lister les noms des objets du conteneur

Chapitre 18 : Bibliographie

Chapitre 19 : Index

Présentation du livre

2017-07-06T21:23:15Z

Ce livre propose un nouveau paradigme de programmation avec Gibiane, en l'occurrence la programmation orientée objet. Cette approche consiste à définir, dans un premier temps, une logique procédurale permettant de bâtir une infrastructure fonctionnelle des principaux concepts sous-jacents (classe, méthode, attribut, héritage, association, polymorphisme, ...) simplifiés. Ce paradigme est, dans un deuxième temps, mis en œuvre pour construire des composants logiciels, interchangeables et réutilisables, permettant de structurer les données, qu'elles soient persistantes ou mutables, des applications. Les bases de management de données volumineuses ou massives (Big Data, en anglais) sont ainsi posées, au travers de notions avancées telles que : graphes, réseaux, arbres, algorithmes, mutabilité, hachage, etc. Les données volumineuses sont traitées de façon détaillée dans le tome 2. L'ensemble, constitué de l'approche "objet" et du socle applicatif de structuration des données, offre à l'ingénieur une flexibilité accrue lors de la création, en Gibiane, d'applications optimisées, performantes et évolutives.

Ce livre s'adresse aussi bien aux étudiants d'Universités (tous cycles universitaires) ou d'élèves d'Ecole d'ingénieurs, qu'aux ingénieurs ayant acquis ou non une certaine familiarité avec les notions d'algorithmes ou de complexité calculatoire. Les utilisateurs de Gibiane ou de Cast3m y trouveront des éléments de maîtrise du langage et de la programmation Gibiane, et plus généralement de la conception d'études et des applications métiers spécifiques.

Date prévisionnelle de parution : Juin 2017

Siège social

2017-07-06T18:08:42Z

Informations sur la société :

Les Éditions GrassFields(TM) est une société d'édition de livres et de logiciels portant sur des sujets relatifs aux sciences de l'ingénieur, à la simulation numérique haute performance (HPC), à l'analyse/traitement de données volumineuses/massives (Big Data).

Notre société est une filiale de :

RTSolutions (TM) situé au Centre technologique TERATEC, pôle européen de compétence en simulation numérique haute performance, situé au site du CEA de Bruyères le Châtel près d'Arpajon en Essonne, au sud de la région parisienne.

Siège social :

2 Rue de la Piquetterie
91680 Bruyères-le-Châtel
France