Analyse de réseaux trophiques : comparaison d'algorithmes pour l'échantillonage uniforme de polytope
Théo Grente  1, 2, *@  , Valérie Girardin  1@  , Phillipe Regnault  3@  , Matthieu Dien  4@  
1 : Laboratoire de Mathématiques Nicolas Oresme
Université de Caen Normandie, Centre National de la Recherche Scientifique
2 : France Energies Marines [Brest]
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3 : Laboratoire de Mathématiques de Reims
Université de Reims Champagne-Ardenne, Centre National de la Recherche Scientifique
4 : Equipe SAFE - Laboratoire GREYC - UMR6072
Groupe de Recherche en Informatique, Image et Instrumentation de Caen
* : Auteur correspondant

Utilisés notamment en écologie marine, les réseaux trophiques sont une représentation sous forme de graphes pondérés des interactions proies/prédateurs d'un écosystème. Les nœuds du graphe représentent alors les espèces et les arêtes leurs interactions sous forme d'échanges de matière organique appelés flux.


Dans le but d'estimer la valeur de ces flux, une classe de méthode appelée Modélisation Linéaire Inverse (LIM) a été développée. Cette méthode consiste à établir un système de contraintes sur ces flux à partir de mesures réalisées sur le terrain, d'expériences en laboratoire et de connaissances issues de la bibliographie. Les équations et les inéquations de ce système de contraintes définissent un polytope (généralisation à toutes dimension de la notion de polygone en deux dimensions) à l'intérieur duquel se trouvent l'ensemble des solutions du système de contraintes.


Afin de mieux comprendre le réseau trophique, les écologues souhaitent obtenir un échantillon représentatif de l'ensemble des scénarios possibles, ce qui revient à échantillonner de manière uniforme le polytope de solutions. À l'heure actuelle, les écologues utilisent majoritairement le package limsolve de R pour obtenir ces échantillons. Malheureusement, la fonction xsample (la fonction d'échantillonage implémentée par [den Meersche et al., 2009]) du package limsolve est très lente et
limite les écologues travaillant sur le LIM dans leur analyse de réseaux trophiques.


C'est avec cette problématique en tête que nous avons développé un package R appelé SampleLIM dont la fonction d'échantillonage est beaucoup plus performante que xsample, tout en reposant sur le même algorithme. Les performances de cette nouvelle fonction sont comparées à d'autres fonctions d'échantillonage existantes, autant du point de vue du temps de calcul que de la qualité des échantillons obtenus.


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