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Numérique · Intelligence artificielle

Apprentissage automatique

L’apprentissage automatique (machine learning) est une branche de l’intelligence artificielle dans laquelle un programme apprend à accomplir une tâche à partir d’exemples, au lieu d’être programmé règle par règle.

Mis à jour le 4 min de lecture

Écrire à la main les règles qui distinguent un chat d’un chien sur une photo est pratiquement impossible. L'apprentissage automatique inverse la démarche : on montre au programme des milliers de photos étiquetées, et un algorithme ajuste un modèle mathématique jusqu’à ce qu’il classe correctement les exemples, puis de nouvelles images. L’expression machine learning a été popularisée en 1959 par Arthur Samuel, chercheur d’IBM, à propos d’un programme de jeu de dames qui progressait en jouant.

C’est aujourd’hui la principale approche de l'intelligence artificielle.

Les trois grands types d’apprentissage

TypeDonnéesObjectifExemples
SuperviséExemples avec la bonne réponse (étiquettes)Prédire l’étiquette de nouveaux casDétection de spam, estimation d’un prix, diagnostic sur image
Non superviséExemples sans étiquetteDécouvrir des structures cachéesSegmentation de clientèle, détection d’anomalies
Par renforcementInteractions avec un environnement et récompensesApprendre une stratégie qui maximise la récompenseJeux (AlphaGo), robotique, optimisation

Apprentissage supervisé

On fournit des couples (entrée, réponse attendue). Deux tâches principales :

  • Classification : prédire une catégorie (spam / non-spam, chat / chien).
  • Régression : prédire une valeur numérique (prix d’un appartement selon sa surface, son quartier, son étage).

Apprentissage non supervisé

Le modèle cherche seul des régularités :

  • Partitionnement (clustering) : regrouper des clients aux comportements proches.
  • Réduction de dimension : résumer des données à nombreuses variables pour les visualiser.
  • Détection d’anomalies : repérer une transaction bancaire inhabituelle.

Apprentissage par renforcement

Un agent agit, observe le résultat et reçoit une récompense ou une pénalité. À force d’essais, il apprend la stratégie la plus payante. C’est ainsi qu’AlphaGo a progressé en jouant des millions de parties contre lui-même.

Les approches intermédiaires

  • Auto-supervisé : le modèle se crée ses propres exercices à partir de données brutes, par exemple prédire le mot suivant d’un texte. C’est la base du pré-entraînement des grands modèles de langage.
  • Semi-supervisé : quelques exemples étiquetés et beaucoup de non étiquetés.

Les principaux modèles

ModèlePrincipeUsage typique
Régression linéaire ou logistiqueCombinaison pondérée des variablesPrévisions simples, scores de risque
Arbre de décisionSuite de questions oui / nonDécisions explicables
Forêt aléatoire, gradient boostingCombinaison de nombreux arbresDonnées tabulaires (très performant)
k plus proches voisinsClasser selon les exemples les plus semblablesRecommandation simple
k-moyennes (k-means)Regrouper en k groupesSegmentation
Réseaux de neuronesCouches de calculs ajustés par entraînementImages, son, langage

L'apprentissage profond (deep learning) désigne l’usage de réseaux de neurones à nombreuses couches ; voir réseaux de neurones.

Les étapes d’un projet

  1. Définir le problème et la mesure du succès.
  2. Collecter et préparer les données : nettoyage, valeurs manquantes, choix des variables. C’est souvent la majorité du travail.
  3. Séparer les données en jeu d’entraînement, de validation et de test.
  4. Entraîner plusieurs modèles.
  5. Évaluer sur des données jamais vues (précision, rappel, erreur moyenne…).
  6. Déployer le modèle dans une application.
  7. Surveiller ses performances dans le temps, car les données réelles évoluent.

Les pièges classiques

  • Surapprentissage (overfitting) : le modèle apprend par cœur les exemples, y compris leur bruit, et généralise mal. Comme un élève qui retient les corrigés sans comprendre la méthode.
  • Sous-apprentissage : le modèle est trop simple pour capter le phénomène.
  • Biais des données : si les exemples reflètent des discriminations passées (recrutement, crédit), le modèle les reproduit.
  • Fuite de données : une information sur la réponse se glisse dans les variables d’entrée, donnant des résultats trompeusement bons.
  • Corrélation n’est pas causalité : un modèle prédit, il n’explique pas pourquoi.

Exemples d’usages quotidiens

  • Filtres anti-spam des messageries.
  • Recommandations de films, de musique ou de produits.
  • Détection de fraude à la carte bancaire.
  • Reconnaissance vocale et traduction automatique.
  • Prévision de la consommation d’électricité.
  • Tri automatique des photos par visage ou par lieu.

Questions fréquentes

Quelle différence entre IA et apprentissage automatique ?

L’IA est le domaine général ; l’apprentissage automatique en est une méthode, aujourd’hui dominante. Il existe des IA sans apprentissage (systèmes experts à règles).

Quelle différence entre machine learning et deep learning ?

Le deep learning est une famille de méthodes de machine learning qui utilise des réseaux de neurones à nombreuses couches. Il excelle sur les images, le son et le texte ; pour des données en tableau, des méthodes plus classiques sont souvent aussi bonnes.

Faut-il beaucoup de données ?

Cela dépend de la tâche et du modèle : quelques centaines d’exemples peuvent suffire pour un modèle simple, alors que les grands modèles de langage sont entraînés sur des milliers de milliards de mots. Réutiliser un modèle pré-entraîné réduit fortement le besoin.

Quels langages pour faire du machine learning ?

Principalement Python, avec des bibliothèques comme scikit-learn, PyTorch ou TensorFlow, et SQL pour accéder aux données. Voir langages de programmation.

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