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Le cours
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Les objets fondamentaux

Les quatre objets de tout problème : l'entrée, la réponse attendue, le jeu de données, le modèle.

L'appartement du fil conducteur fait 50 mètres carrés, compte 2 pièces, et s'est vendu deux cent mille euros. Une machine ne manipule ni appartements ni euros : elle manipule des nombres, et voici les quatre objets qui suffisent à écrire ce problème.

L'entrée x\mathbf{x}x : ce que le modèle reçoit

L'appartement devient une liste de nombres rangés dans un ordre convenu d'avance, la surface d'abord et le nombre de pièces ensuite. Rien dans cette liste ne dit que le premier nombre est une surface : cela vit dans la tête de qui a fabriqué le fichier.

x  =  (502)  ∈  R2,x1=50,x2=2\mathbf{x} \;=\; \begin{pmatrix} 50 \\ 2 \end{pmatrix} \;\in\; \mathbb{R}^{2}, \qquad x_1 = 50, \qquad x_2 = 2x=(502​)∈R2,x1​=50,x2​=2
Les deux grandeurs quittent le plan et vont se ranger entre les crochets : il ne reste du logement que deux nombres et leur rang dans la colonne.

À gauche, le plan d'un appartement : un rectangle qu'une cloison percée d'une porte partage en deux pièces, chacune numérotée en brique, un et deux. Sous le plan se lisent ses deux grandeurs, cinquante mètres carrés et deux pièces. À droite, l'entrée x est une colonne de deux nombres entre crochets, d'abord vide. Les deux valeurs quittent le plan et viennent s'y ranger, cinquante sur la première ligne et deux sur la seconde, chacune en regard de son nom, x indice un et x indice deux. Le dessin disparaît alors, le vecteur grandit jusqu'à occuper le cadre, une accolade compte ses lignes et donne d égale deux, et l'écriture x égale cinquante point-virgule deux, appartenant à R deux, se pose dessous. Ce sont les deux nombres du plan, et ce sont les seuls qui restent de lui.

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La vérité terrain yyy : ce que le monde a répondu

Vérité terrainground truth

Le nombre yyy réellement associé à l'entrée x\mathbf{x}x, relevé par quelqu'un. Pour notre appartement, y=200y = 200y=200 : le prix inscrit sur l'acte de vente, en milliers d'euros comme tous les prix de ce chapitre.

Le jeu de données D\mathcal{D}D : les mille ventes

Une entrée et sa vérité terrain forment un exemple. L'agence en a mille : on note NNN ce nombre, et on rassemble les NNN exemples sous un seul nom.

À la page 9, on refera tous les calculs sur N=2N = 2N=2 ventes seulement, pour pouvoir les vérifier à la main.

D  =  {(x(n), y(n))}n=1N\mathcal{D} \;=\; \left\{ \left(\mathbf{x}^{(n)},\, y^{(n)}\right) \right\}_{n=1}^{N}D={(x(n),y(n))}n=1N​
L'exposant entre parenthèses numérote l'exemple : x(3)x^{(3)}x(3) est la troisième vente, jamais xxx au cube.

Le modèle fθf_{\boldsymbol{\theta}}fθ​ : la fonction qu'on cherche

Les trois premiers objets décrivent une situation ; aucun ne calcule. Le quatrième prend une entrée et rend une estimation, et il porte des réglages, notés θ\boldsymbol{\theta}θ, qui sont justement ce qu'on cherche.

fθ:R2⟶R,y^  =  fθ(x)f_{\boldsymbol{\theta}} : \mathbb{R}^{2} \longrightarrow \mathbb{R}, \qquad \widehat{y} \;=\; f_{\boldsymbol{\theta}}(\mathbf{x})fθ​:R2⟶R,y​=fθ​(x)
Le thêta est en indice, pas en argument : changer θ\boldsymbol{\theta}θ, ce n'est pas changer l'entrée, c'est changer de fonction.

Le plus simple de ces modèles

On donne un poids à chaque caractéristique, on multiplie, on additionne, et on ajoute un nombre de plus. Les poids se notent w1w_1w1​ et w2w_2w2​, le nombre de plus se note bbb, et les trois ensemble font θ\boldsymbol{\theta}θ.

y^  =  w1x1+w2x2+b\widehat{y} \;=\; w_1 x_1 + w_2 x_2 + by​=w1​x1​+w2​x2​+b
(4.1)
Le poids w1w_1w1​ tourne de 0,50{,}50,5 à 666 et la barre monte avec lui : une unité de plus sur w1w_1w1​ déplace zzz de 505050.

Une barre verticale est faite de trois segments empilés, un par terme de la somme pondérée : le biais b, qui vaut vingt, en encre pâle tout en bas ; le terme w indice deux fois x indice deux, qui vaut vingt aussi, en encre au-dessus ; et le terme w indice un fois x indice un, en brique, tout en haut. Une échelle graduée de zéro à trois cents la longe à gauche, et la valeur z se lit en brique à hauteur du sommet de la barre. Le poids w indice un, écrit en brique à droite, varie de zéro virgule cinq à six : le segment de brique s'allonge d'autant, le sommet de la barre monte, et z va de soixante-cinq à trois cent quarante. La ligne du bas rappelle qu'une unité de plus sur w indice un déplace z de cinquante.

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Essayons w1=3w_1 = 3w1​=3, w2=10w_2 = 10w2​=10, b=20b = 20b=20 sur notre appartement.

y^  =  3×50+10×2+20  =  190\widehat{y} \;=\; 3 \times 50 + 10 \times 2 + 20 \;=\; 190y​=3×50+10×2+20=190

Le prix payé était 200 : ces réglages-là se trompent de 10.

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