Djalil CHAFAÏ (شافعي جليل)
Mathematician - University professor
Current duties include...
Research topics up to now
Geometric and probabilistic functional analysis, concentration, convexity, isoperimetry
Random matrices, random graphs, free probability, and high dimensional phenomena
Convexity and positivity, variational analysis, potential theory
Asymptotic analysis, exact solvability, special functions
Stochastic models and stochastic inverse problems:
Mathematical Biology (pharmacology, biostatistics)
Mathematical Physics (spin systems, interacting particle systems, statistical physics)
Data Science (data streams processing, queuing, machine learning, decision making)
Earth Science (variational assimilation in meteorology)
Random structures and algorithms, stochastic simulation
Markov processes/semigroups, their equilibrium/geometry
Sobolev type inequalities and partial differential equations
Poisson and Gauss measures, heat kernels, limit theorems
Boltzmann-Shannon and Voiculescu entropies, information theory, operator theory
Pictures
Some pictures illustrating my research, created mostly with Octave, Python, or Julia. Enjoy visual mathematics!
Left: Spectrum of a high dimensional square matrix with heavy tailed (infinite variance) iid entries:
Right: Voronoi cells of the spectrum of a high dimensional matrix with iid Gaussian entries:
More in
arXiv:1006.1713 and in
arXiv:1109.3343
Trajectories of an eight particles Hamilton-Monte-Carlo algorithm for a one-dimensional log-gas:
More in
arXiv:1806.05985
Phase portrait of the reciprocal polynomial of the characteristic polynomial of a high dimensional Gaussian matrix (left: complex, right: real):
More in
arXiv:2012.05602 and
Blogpost
Left: three independent real Brownian motion (time in horizontal axis):
Center: the same BMs with a quadratic confinement making them three independent Ornstein-Uhlenbeck (OU) processes:
Right: the same OUs with singular repulsion making them a single three particles Dyson-Ornstein-Uhlenbeck process:
More in
arXiv:2107.14452 Talk slides
Trajectory of a planar Dyson Ornstein-Uhlenbeck process with 66 particles started from a uniform grid on circle or line:
Click on picture to see animation. More in
arXiv:1706.08776 and in
Blogpost
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Equilibrium measures of planar Coulomb gas with various conditionings on linear statistics:
These pictures are courtesy of my co-author
Grégoire Ferré. More in
arXiv:1907.05803
Equilibrium measure in dimension $4$ for $\log\left\Vert\cdot\right\Vert_2$ repulsion and $\left\Vert\cdot\right\Vert_4^4$ confinement, projected on first three coordinates:
This picture is courtesy of my co-author
Robert S. Womersley. More in
arXiv:2206.04956
Doctoral and postdoctoral advisory
Agenda
Scientific life in Dauphine and École normale
Conferences, schools, days, ...
Underlined item if participation to the organization or scientific committee. Standard seminars/colloquiums are not listed.
Projects membership (only running projects)
Papers
Books
Authored books
Topics in statistical mechanics
With Ewain Gwynne, Nina Holden, Xin Sun, Arnaud Le Ny, Sébastien Ott, Yvan Velenik, Rémi Rhodes, Vincent Vargas
Edited by Cédric Boutillier, Béatrice de Tilière, Kilian Raschel
Panoramas et Synthèses 59, Société Mathématique de France (SMF), (2023) 229p.
Chapter on arXiv
Modern Aspects of Random Matrix Theory
With Charles Bordenave; Alice Guionnet; Alan Edelman, Brian Sutton, Yuyang Wang; Mark Rudelson; Terence Tao, Van Vu (Editor)
Proceedings of Symposia in Applied Mathematics (PSAPM) 72 American Mathematical Society (AMS), (2014) 172p.
Interactions between compressed sensing, random matrices, and high dimensional geometry
With Olivier Guédon, Guillaume Lecué, and Alain Pajor
Panoramas et Synthèses 37, Société Mathématique de France (SMF), (2012) 182p.
Draft (PDF) ·
Errata (PDF)
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Edited books
Advanced Topics in Random Matrices
Proceedings of the États de la recherche 2014, Société Mathématique de France, held in Institut Henri Poincaré, Paris.
By Florent Benaych-Georges, Charles Bordenave, Mireille Capitaine, Catherine Donati-Martin, Antti Knowles
Edited by Florent Benaych-Georges Djalil Chafaï, Sandrine Péché, and Béatrice de Tilière
Panoramas et Synthèses 53, Société Mathématique de France (SMF), (2018) xii+204p.
Covid-19 | Regards croisés sur la crise
Recueil de textes pluridisciplinaires rassemblés par Bruno Bouchard et Djalil Chafaï
Éditions électroniques de l'Université Paris-Dauphine - PSL, 113p (2021)
Authored pedagogical books
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Modélisation stochastique et simulation (cours et applications)
En collaboration avec Bernard Bercu
Mathématiques appliquées pour le Master - Collection Sciences Sup
Société de Mathématiques Appliquées et Industrielles (SMAI)
Éditions Dunod (2007) 352p.
Errata (PDF) ·
Codes (ZIP)
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Documents
Talk slides and videos
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Cutoff for Dyson Ornstein Uhlenbeck process with a focus on distances in high dimension
Talk slides (Focus Days @ LPENS, Paris, 2024) :
PDF
MEGA mini-course on logarithmic Sobolev inequalities
Lecture notes (Institut Henri Poincaré, Paris, 2024) :
PDF
Riesz Energy Problems and Integral Identities - Unexpected phenomena for equilibrium measures
Talk slides (Paris, 2022) :
PDF
Dyson Ornstein Uhlenbeck process : cutoff phenomenon
Talk slides (Bielefeld-Melbourne, 2022) :
PDF
Talk slides (Sorbonne Université - IMJ AF, 2022) :
PDF
Probabilités, analyse, et physique statistique
Talk slides (ÉNS, 2021) :
PDF
About random matrices
Talk slides (Stanford, 2021) :
PDF
Aspects of Coulomb gases
Talk slides (Oberwolfach, 2019) :
PDF
Dynamics of a planar Coulomb gas
Video capture (Providence, 2018) :
Stream
Matrices aléatoires
Video capture (Orsay, 2016) :
Stream
Au bord de certains systèmes de particules en interaction issus ou inspirés par des modèles de matrices aléatoires
Video capture (Collège de France, 2016) :
Stream
About non-Hermitian random matrices
Talk slides (Cargèse, 2014) :
PDF
About confined particles with singular pair repulsion
Talk slides (Toulouse, 2014) :
PDF
The circular law
Talk slides (San Diego, 2013) :
PDF
Graphes et matrices aléatoires - Quelques aspects
Planches d'exposé MAP-432 (École Polytechnique, 2012) :
PDF
Matrices aléatoires - Quelques aspects
Planches d'exposé (Marne-la-Vallée, 2011) :
PDF
Autour du théorème limite central
Planches d'exposé (Marne-la-Vallée, 2011) :
PDF
Classes préparatoires aux grandes écoles
Processus des restaurants chinois et loi d'Ewens
Écrit avec
Yan Doumerc et
Florent Malrieu
Paru dans
RMS ex Revue de Mathématiques Spéciales, vol. 123 n°3 (2013)
Article :
PDF
Unpublished reports and expository notes
These documents are (un)published in the prestigious Journal of Unpublished Results. I have not tried viXra for the moment.
About the spectral analysis of large random Markov kernels
Talk notes (2012) :
PDF
Quelques mots sur l'inégalité de concentration de Azuma-Hoeffding
Notes d'exposé (2012) :
PDF
Planches d'exposé (2014) :
PDF
Singular values of random matrices
Rough lecture notes (2009) :
PDF
Dimension d'entropie, d'après Guionnet and Shlyakhtenko
Notes d'exposé (2008) :
PDF
Questions/réponses simples de calcul stochastique
Notes pédagogiques (2008) :
PDF
Random projections, marginals, and moments
Rough expository notes (2007) :
PDF
Inégalités de Poincaré et Gross pour mesures de Bernoulli, Poisson, et Gauss
Notes d'exposition (2005) :
HAL
Quelques mots sur l'entropie
Notes incomplètes (2002, 2005) :
PDF
Sur certaines mesures produit conditionnées
Notes d'exposé (2005) :
PDF
Covariance de modèles d'interface et marches aléatoires en environnement aléatoire
Notes d'exposé (2002) :
PDF
Un petit peu de grandes déviations
Exposé au séminaire étudiant (1999) :
PDF
C'est lors de cet exposé qu'a germé l'idée
d'écrire un livre collectif sur les inégalités de Sobolev logarithmiques, en
suivant l'exemple du mémoire collectif « Grandes déviations sans larmes »
écrit par des doctorants du laboratoire quelques années plus tôt. Notre projet
a pris forme en février 1999, par un exposé, le premier d'une liste de dix, au
groupe de travail du laboratoire. Le premier jet de notre manuscrit collectif
était dans nos valises lors de l'école d'été de Saint-Flour 1999 ! S'en est
suivi un long travail et maintes péripéties…
Elementary proof of inequalities on paths space for Lévy processes
Short note (2002) :
PDF
Covariance matrices with prescribed null entries
In collaboration with
Didier Concordet
Rough technical report (2006) :
PDF
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Contributions à l'étude de modèles biologiques, d'inégalités fonctionnelles, et de matrices aléatoires
Mémoire d'habilitation à diriger des recherches (2008) :
Thèse en ligne
Sur les inégalités de Sobolev logarithmiques en théorie de l'information et pour des systèmes de spins conservatifs en mécanique statistique
Mémoire de Doctorat (2002) :
Thèse en ligne
Grandes déviations pour la mesure empirique sur un champ de Gibbs
Mémoire de
DEA (1997) :
PDF
Selected texts and tribunes
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Mathématiques de l'aléatoire et physique statistique
Contribution au livre de la recherche pour les cinquante ans de Paris-Dauphine (2018)
Version en ligne (billet de blog)
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Teaching
Ce que l'on conçoit bien s'énonce clairement et les mots pour le dire arrivent aisément.
Nicolas Boileau, L'art poétique (1674) Chant I.
J'ajouterais quant à moi que la réciproque n'est pas forcément juste. Méfiez vous des beaux parleurs !
ÉNS (Licence 3 S1) : Topologie et calcul différentiel
ÉNS (Licence 3 S2) : Phénomènes de grande dimension
ÉNS (Master 1 S2) : High Dimensional Probability
For the year 2021-2022, this course presents selected aspects of high dimensional probability, dealing with the properties of high dimension random vectors, matrices, and tensors.
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Gaussian measures and Ornstein-Uhlenbeck process
Poincaré and logarithmic Sobolev inequalities
Concentration of measure and transportation of measure
Convexity and Bakry-Émery curvature-dimension criterion for Langevin processes
Brenier and Caffarelli theorems on transportation of measure
Gaussian type isoperimetry
Discrete settings
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Selected bibliography:
ÉNS (Master 1 S1) : Free probability and random matrices (reading group)
For the year 2021-2022, we read the book Free probability and random matrices by Mingo and Speicher, Fields Institute Monographs 35 (2017).
Ce groupe de travail accessible ouvre au monde des probabilités libres et des matrices aléatoires. Il est basé sur le livre de Mingo et Speicher intitulé « Free probability and random matrices ». Prenant ses racines dans la théorie des algèbres d'opérateurs, les probabilités libres se sont entrelacées au fil du temps avec les partitions non croisées et la combinatoire, les matrices aléatoires et les phénomènes de grande dimension, les applications à l'apprentissage statistique et aux télécommunications sans fil, la théorie des représentations des groupes, les groupes quantiques, le problème du sous-espace invariant, les principes de grandes déviations, le problème des sous-facteurs, et au-delà. Ce groupe de travail met un accent particulier sur la relation entre probabilités libres et matrices aléatoires, mais aborde également, potentiellement, les aspects algébriques d'opérateurs, combinatoires, et analytiques de la théorie. Ce groupe de travail est à la fois distinct et compatible avec le cours de M1-2A avancé « Probabilités de grande dimension » (High dimensional probability).
PSL - Master 2 : A review of probability theory foundations (pre-school)
A pre-school week for second year of Master Mathématiques de l'Assurance de l'Économie et de la Finance (MASEF) and Master Mathématiques Appliquées et THéoriques (MATH). The objective of this pre-school is to recall fundamental aspects of probability theory at the level of a first year of master. This helps to prepare the students for the courses proposed in the master in particular to the course on stochastic calculus. Before the year 2021–2022, this pre-school was essentially the first part of the stochastic calculus course. What was removed (actually postponed to the stochastic calculus course) is the Lebesgue – Stieltjes integral associated to paths of finite variation, the Wiener integral, the Cameron-Martin formula, and its application to exit times, and the Kunita-Watanabe inequality.
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Short bibliography:
Borkar - Probability theory. An advanced course (1995)
Gut - Probability: a graduate course (2013)
Revuz and Yor - Continuous martingales and Brownian motion (1999)
PSL - Master 2 : Introduction to Stochastic Calculus
This course belongs to the Master Mathématiques de l'Assurance de l'Économie et de la Finance (MASEF) and Master Mathématiques Appliquées et THéoriques (MATH). It provides an introduction to stochastic calculus: Brownian motion, quadratic variation, Doob stopping and maximal inequalities for martingales, local martingales, stochastic integral, semi-martingales, Itô formula, Lévy characterization of Brownian motion, Girsanov formula, Dubins-Schwarz theorem, stochastic differential equations with Lipschitz coefficients, notion of explosion for locally Lipschitz coefficients, Bessel, Ornstein-Uhlenbeck, and Langevin processes, Markov semigroup and infinitesimal generator, Duhamel formula, strong Markov property, link with Fokker-Planck and heat partial differential evolution equations, Feynman-Kac formula and real Schrödinger operators, probabilistic representation of the Dirichlet problem.
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Short bibliography:
Baudoin - Diffusion Processes and Stochastic Calculus, EMS (2014)
Evans - An introduction to stochastic differential equations, AMS (2013)
Le Gall - Brownian Motion, Martingales, and Stochastic Calculus, Springer (2016)
Ikeda and Watanabe - Stochastic Differential Equations and Diffusion Processes, North-Holland (1981)
Karatzas and Shreve - Brownian Motion and Stochastic Calculus, Springer (1988)
Kuo - Introduction to Stochastic Integration, Springer (2005)
Øksendal - Stochastic Differential Equations: An Introduction with Applications, Springer (2010)
Archive before 2017 from
Halim Doss, vintage, hand written, in French
PDF notes de cours (~90p.)
PDF énoncés des exercices sans correction (~70p.)
Dauphine-PSL - Master 2 : Logarithmic Sobolev Inequalities Essentials
This course, in collaboration with Joseph Lehec, belonged to the Master Mathématiques Appliquées et THéoriques (MATH). This course provides a modern overview on logarithmic Sobolev inequalities. These inequalities have been the subject of intense activity in the recent decades in relation with the analysis and geometry of Markov processes and diffusion evolution equations. This course is designed to be accessible to a wide audience. It is divided into seven lectures. The examination will consist in reading a research paper in the field and giving a short talk on it.
This course was also given in Universidad de Chile, Santiago de Chile, in fall 2017, as part of the Programme Régional France - Amérique latine Caraïbe (PREFALC) organized by Stéphane Mischler.
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Short bibliography:
D. Bakry & I. Gentil & M. Ledoux - Analysis and Geometry of Markov Diffusion Operators
G. Royer - An Initiation to Logarithmic Sobolev inequalities
C. Ané et al - Sur les inégalités de Sobolev logarithmiques
École Polytechnique - Probabilités (2011-2017)
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PDF 2016-2017 Projet Estimation du paramètre d'une loi exponentielle
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PDF 2012-2013 Projet Équation de récurrence linéaire sur un signal
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PDF 2013-2014 Note à propos des temps d'atteinte pour les chaînes de Markov discrètes
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Dauphine-PSL - Master 1 : Introduction aux séries temporelles
Ce cours faisait partie du Master 1 Mathématiques Appliquées de Dauphine-PSL.
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PDF 2016-2017 Exercices de travaux dirigés avec correction (52p.)
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PDF 2016-2017 Livret (tout en un : notes de cours, exercices et annales corrigés) (228p.)
Marne-la-Vallée & Dauphine-PSL - Master 2 : Stochastic Models
Ce cours faisait partie du Master Mathématiques appliquées - Parcours Analyse et Probabilité.
Il a été dispensé (en anglais) pour la dernière fois en 2014-2015. Les notes de cours ci-dessous sont en français.
This course is divided into 7 lectures of 3 hours. Each lecture is devoted to the study of a particular stochastic model. The selected models may vary from one year to another, and the selection for 2013 included Fisher-Wright models, Random walks models, Galton-Watson branching models, Random matrix models, and Growth-fragmentation models. The examination consists in giving a mini-lecture on an article in the spirit of the course. The course is in English, and some lecture notes in French are available below.
PDF 2013-2014 Notes de cours (109p.) (ancêtre du livre
Recueil de modèles stochastiques avec Florent Malrieu)
PDF 2012-03 Examen mars 2012 Marne (processus de branchement sexué, modèle de Daley)
PDF 2011-03 Blog Examen mars 2011 Marne (problème de la plus longue sous-suite croissante)
Toulouse & Rennes & Marne-la-Vallée - Cours Master 2 : Modèles markoviens en biologie
PDF 2007 Notes de cours (113p.) en collaboration avec Florent Malrieu
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Biskra & Oran - Master 1 : Chaînes de Markov
Le cours de Biskra (2006) a été donné en marge d'un colloque sur l'analyse stochastique et ses applications, organisé principalement par Brahim Mezerdi (Université de Biskra) et Boualem Djehiche (KTH Stockholm). Biskra est une ville des Aurès, aux portes
du Sahara, dans l'est algérien. Le cours d'Oran (2011) a été donné conjointement avec Amine Asselah, à l'invitation de Setti Ayad (Université
d'Oran), pour des étudiants de master d'Oran et de Tlemcen.
Marne-la-Vallée - Préparation à l'agrégation interne : probabilités et statistique
Des notes de cours rédigées en collaboration avec Pierre-André Zitt, sous forme de livre, sont disponibles ci-dessus.
PDF 2013 Résumé sur le phénomène du biais par la taille
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Toulouse - Préparation à l'agrégation externe : oral de modélisation option probabilités et statistique (option A)
Ce matériel date de la période 1999-2002, 2003-2005.
PDF Fragment n°0 - Une initiation à Matlab
PDF Fragment n°1 - Qu'est-ce que la simulation ?
PDF Fragment n°2 - Théorèmes limites classiques
PDF Fragment n°7 - Quelques mots sur l'entropie
PDF Appendice - Quelques lois classiques
PDF Feuille de TP n°1 - Initiation Matlab
PDF Feuille de TP n°2 - Initiation Matlab
PDF Feuille de TP n°3 - LGN et TLC
PDF Feuille de TP n°4 - Calcul d'intégrales par méthode de Monte-Carlo
PDF Feuille de TP n°5 - Espérance conditionnelle en modélisation
PDF Feuille de TP n°6 - Martingales en modélisation
PDF Feuille de TP n°7 - Vecteurs aléatoires et modèle linéaire gaussiens
PDF Feuille de TP n°8 - Tests non paramétriques du chi-deux en modélisation
PDF Feuille de TP n°9 - Régions de confiance en modélisation
PDF Feuille de TP n°10 - Fonction de répartition empirique
PDF Feuille de TP n°11 - Loi exponentielle en modélisation
PDF Feuille de TP n°12 - Chaînes de Markov à espace au plus dénombrable
PDF Feuille de TP n°13 - Transformée de Laplace en modélisation
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PDF Texte sur un modèle d'agrégat écrit par Sébastien Blachère (Université de Marseille)
PDF Texte sur Kaplan-Meier écrit par Jean-François Dupuy (Université de Toulouse III)
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Quelques liens
Software (C++, LaTeX, Python, C#, Julia, ...)
Miscellany