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Apprentissage statistique

Le boosting de gradient

Apprentissage statistique
  • Présentation du cours
  • Expliquer ou prévoir : deux objectifs distincts
  • Le compromis biais-variance
  • Rééchantillonnage et validation croisée
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  • Le boosting de gradient
  • Les machines à vecteurs de support
  • Interpréter un modèle de prévision

Apprentissage statistique

Chapitre 9 : Le boosting de gradient

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

Apprendre de ses erreurs

Le renversement par rapport au chapitre 8

Deux stratégies d’ensemble
Bagging / forêt Boosting
Construction en parallèle en séquence
Chaque modèle ignore les autres corrige le précédent
Modèles de base arbres profonds arbres très courts
Cible principale la variance le biais
Le principe du boosting
  1. Partir d’une prédiction constante.
  2. Calculer les résidus — ce que le modèle actuel se trompe.
  3. Ajuster un petit arbre sur ces résidus.
  4. L’ajouter au modèle, avec un poids faible.
  5. Recommencer.

Pourquoi cela s’appelle boosting de gradient

Intuition

Ajuster un arbre sur les résidus revient à faire un pas dans la direction qui réduit le plus la perte : c’est une descente de gradient, où chaque pas est un petit arbre.

Le cours Apprentissage profond reprendra exactement cette idée, avec des neurones à la place des arbres.

Les trois réglages

Ils interagissent, et c’est le point délicat

Les hyperparamètres essentiels
Paramètre Rôle Valeur usuelle
Taux d’apprentissage \eta poids de chaque arbre 0{,}01 à 0{,}1
Nombre d’arbres B longueur de la séquence des centaines à des milliers
Profondeur complexité de chaque arbre 3 à 8
La règle qui gouverne les deux premiers

\eta et B sont liés : diviser \eta par deux exige de doubler B pour parcourir la même distance.

Un \eta faible avec un B élevé donne presque toujours de meilleurs résultats — chaque pas est prudent, et l’ensemble converge mieux. Le prix est le temps de calcul.

On fixe donc \eta petit, et on choisit B par arrêt précoce.

L’arrêt précoce

Définition

Surveiller l’erreur sur un ensemble de validation à chaque itération, et s’arrêter quand elle cesse de baisser.

C’est indispensable, car contrairement à la forêt, le boosting sur-ajuste si on le laisse continuer.

La différence la plus importante à retenir

Application en gestion
Augmenter le nombre d’arbres
Forêt aléatoire l’erreur se stabilise — aucun risque
Boosting l’erreur baisse, puis remonte — sur-ajustement

C’est ce qui rend le boosting plus performant et plus dangereux. La forêt pardonne les réglages approximatifs ; le boosting non.

Les implémentations modernes

Ce qu’elles ajoutent

Trois bibliothèques répandues

XGBoost — régularisation explicite sur la structure des arbres, gestion native des valeurs manquantes.

LightGBM — croissance par feuille plutôt que par niveau, très rapide sur gros volumes.

CatBoost — traitement soigné des variables qualitatives à nombreuses modalités.

Les régularisations disponibles
  • Pénalités L_1 et L_2 sur les valeurs des feuilles — le chapitre 3, transposé.
  • Sous-échantillonnage des lignes et des colonnes à chaque arbre — le chapitre 8, transposé.
  • Nombre minimal d’observations par feuille.
Pourquoi le boosting domine sur données tabulaires

Sur des tableaux structurés — clients, transactions, dossiers de crédit — le boosting de gradient bat régulièrement les réseaux de neurones, et de loin.

Les raisons tenues pour principales : il gère nativement les variables hétérogènes et de natures mélangées, il ne demande aucune normalisation, et il capte les interactions sans architecture à concevoir.

Le cours suivant, sur l’apprentissage profond, le reconnaîtra explicitement. L’apprentissage profond règne sur l’image, le texte et le son ; sur le tabulaire, c’est ce chapitre-ci qui reste la référence.

Ce que l’on perd

Le prix de la performance

Trois coûts
  1. Aucune interprétabilité directe — mille arbres ne se lisent pas.
  2. Réglage exigeant — plusieurs paramètres qui interagissent.
  3. Risque de sur-ajustement réel, contrairement à la forêt.
La trajectoire du cours, en un regard
Chapitre Modèle Interprétabilité Performance
4 Régression pénalisée élevée modérée
8 Arbre unique excellente faible
9 Forêt aléatoire faible élevée
10 Boosting très faible très élevée

Le cours a systématiquement échangé de la lisibilité contre de la précision. Le chapitre 11 tentera d’en récupérer une part.

Quand cet arbitrage n’est pas permis

En crédit, une décision de refus doit souvent être motivée auprès du client et du régulateur.

Un modèle non explicable peut alors être inutilisable, quelle que soit sa performance. C’est une contrainte réglementaire, non technique — et elle explique la persistance des scores logistiques dans le secteur bancaire.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Cinq points
  1. Le boosting construit les arbres en séquence, chacun ajusté sur les résidus du précédent.
  2. Il attaque le biais, là où la forêt attaquait la variance ; ses arbres sont courts.
  3. \eta faible et B élevé donnent les meilleurs résultats ; les deux sont liés.
  4. Contrairement à la forêt, il sur-ajuste : l’arrêt précoce est indispensable.
  5. Sur données tabulaires, il reste la référence — devant les réseaux de neurones.
La suite

Le chapitre 10 présente la dernière famille du cours, issue d’une intuition géométrique entièrement différente : les machines à vecteurs de support.

← Chapitre précédentForêts aléatoires et bagging Chapitre suivant →Les machines à vecteurs de support

Ressources du chapitre

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

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