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Apprentissage profond

Initialisation et normalisation

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Apprentissage profond

Chapitre 6 : Initialisation et normalisation

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

L’initialisation

Deux façons de rendre l’entraînement impossible

Tout initialiser à zéro

Si tous les poids d’une couche valent zéro, tous les neurones calculent la même chose, reçoivent le même gradient, et sont mis à jour identiquement.

Ils resteront indistinguables pour toujours. La couche entière se comporte comme un neurone unique.

Le problème de symétrie

Il faut donc briser la symétrie par un tirage aléatoire. Mais l’échelle de ce tirage n’est pas indifférente.

Trop grand ou trop petit

Le chapitre 4 l’a établi : remonter L couches multiplie L facteurs.

Des poids initiaux trop grands font croître les activations couche après couche : saturation des activations, gradients qui explosent.

Des poids trop petits font décroître le signal : les couches profondes ne reçoivent presque rien.

Il faut donc une échelle telle que la variance du signal se conserve d’une couche à l’autre.

Les deux initialisations usuelles

Xavier et He
Nom Variance des poids Pour
Xavier (Glorot) \dfrac{2}{n_{\text{entrée}} + n_{\text{sortie}}} sigmoïde, tangente hyperbolique
He \dfrac{2}{n_{\text{entrée}}} ReLU et variantes
Pourquoi He est plus large

ReLU annule la moitié des sorties en moyenne. Elle divise donc la variance transmise par deux.

L’initialisation de He compense exactement cette perte, en doublant la variance des poids. C’est un ajustement calculé, non un réglage empirique.

Ce qu’il faut faire en pratique

Application en gestion

Toutes les bibliothèques appliquent aujourd’hui une initialisation raisonnable par défaut, généralement adaptée à l’activation choisie.

Il est rare d’avoir à y toucher. Il faut en revanche savoir qu’un réseau qui n’apprend pas dès la première époque, ou dont la perte devient indéfinie, a souvent un problème de ce côté — ou de taux d’apprentissage.

La normalisation des entrées

Une étape préalable non négociable

Centrer et réduire

Chaque variable d’entrée est ramenée à une moyenne nulle et un écart-type unitaire.

Pourquoi c’est indispensable ici

Avec des variables d’échelles très différentes — un revenu en dizaines de milliers, un ratio entre zéro et un — la surface de la perte devient très allongée.

La descente de gradient y zigzague : le taux qui convient à une direction est trop grand ou trop petit pour l’autre. Normaliser rend la surface plus sphérique, et la descente directe.

C’est la même exigence qu’au chapitre 3 d’Apprentissage statistique pour ridge, et qu’au chapitre 10 pour les SVM.

Le piège du calcul des statistiques

Moyennes et écarts-types doivent être calculés sur l’ensemble d’apprentissage seulement, puis appliqués tels quels à la validation et au test.

Les calculer sur toutes les données est une fuite — exactement le cas cité à l’introduction d’Apprentissage statistique. Elle est discrète, fréquente, et fausse toute l’évaluation.

La normalisation par lot

Normaliser aussi à l’intérieur du réseau

Batch normalization

Normaliser les activations à chaque couche, sur les observations du lot courant, puis les remettre à l’échelle par deux paramètres appris.

Ce qu’elle apporte
  1. Entraînement plus rapide — on peut employer un taux d’apprentissage plus élevé.
  2. Moins de sensibilité à l’initialisation.
  3. Un effet régularisant léger, dû au bruit du lot.
  4. Elle atténue l’évanouissement du gradient.
Une différence à ne pas manquer

En entraînement, la normalisation utilise les statistiques du lot courant.

En inférence, elle utilise des moyennes accumulées pendant l’entraînement — sinon la prédiction dépendrait des autres observations du lot, ce qui n’aurait aucun sens.

Oublier de basculer le modèle en mode évaluation est une erreur classique, et elle produit des prédictions incohérentes d’un appel à l’autre.

Les variantes
Méthode Normalise sur Usage
Batch norm le lot vision
Layer norm les neurones d’une observation transformeurs, séquences

La normalisation par couche ne dépend pas de la taille du lot : c’est pourquoi elle s’impose sur les données séquentielles des chapitres 8 et 9.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Cinq points
  1. Initialiser à zéro rend tous les neurones identiques : il faut briser la symétrie.
  2. L’échelle doit conserver la variance du signal d’une couche à l’autre.
  3. He pour ReLU — variance doublée pour compenser les sorties annulées ; Xavier pour les activations bornées.
  4. Normaliser les entrées est indispensable ; les statistiques se calculent sur l’apprentissage seulement.
  5. La normalisation par lot accélère l’entraînement ; layer norm pour les séquences.
La suite

Tout le nécessaire est en place pour entraîner un réseau entièrement connecté. Les trois chapitres suivants introduisent des architectures spécialisées, en commençant par celle qui traite les images.

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Ressources du chapitre

  • Diapositives
  • Polycopié du chapitre
  • Exercices corrigés
  • Application interactive
  • — Vidéo
  • QCM (bientôt)

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