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Apprentissage statistique

La régression pénalisée : ridge et lasso

Apprentissage statistique
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Apprentissage statistique

Chapitre 3 : La régression pénalisée : ridge et lasso

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

Pourquoi pénaliser

Le défaut des moindres carrés en prévision

Ce que font les MCO

Les moindres carrés minimisent la somme des carrés des résidus : \sum_{i=1}^{n} \left(y_i - \hat y_i\right)^2

Ils fournissent l’estimateur sans biais de variance minimale parmi les estimateurs linéaires — c’est le théorème de Gauss-Markov.

Sans biais n’est pas ce qu’on veut ici

Gauss-Markov garantit la variance minimale parmi les estimateurs sans biais. Rien n’interdit qu’un estimateur légèrement biaisé ait une variance bien plus faible, et donc une erreur totale inférieure.

C’est exactement ce que fait la pénalisation. Le chapitre 1 l’avait annoncé : accepter du biais pour retrancher de la variance.

Deux situations où les MCO échouent

Définition
  1. La multicolinéarité — des variables très corrélées rendent les coefficients instables et énormes, de signes parfois absurdes.
  2. La grande dimension — si p > n, la solution des MCO n’est même pas unique.

La régression ridge

Contraindre la taille des coefficients

Le critère ridge

\sum_{i=1}^{n}\left(y_i - \hat y_i\right)^2 \;+\; \lambda \sum_{j=1}^{p} \beta_j^2

Le second terme pénalise les coefficients trop grands. \lambda \geq 0 règle la sévérité.

Le rôle de lambda

Définition
\lambda Effet
0 on retrouve les MCO
croissant les coefficients rétrécissent vers zéro
\to \infty tous tendent vers zéro, le modèle devient une constante

Le biais augmente avec \lambda, la variance diminue. Il existe donc un \lambda optimal, qu’on choisit par validation croisée.

Pourquoi cela stabilise

Intuition

Deux variables très corrélées peuvent recevoir des coefficients de +500 et -498 : leur somme est stable, chacun ne l’est pas.

Ridge interdit cette compensation en punissant le carré des coefficients. Il les répartit entre variables corrélées plutôt que d’en gonfler un.

Deux précautions obligatoires

Application en gestion
  1. Standardiser les variables. La pénalité porte sur l’échelle : une variable en dirhams et une en milliers de dirhams seraient traitées différemment sans cela.
  2. Ne pas pénaliser la constante. Elle ne mesure aucun effet, et la pénaliser rendrait le modèle dépendant du centrage de Y.

Ces deux points sont la source d’erreur la plus fréquente dans les premières mises en œuvre.

Le lasso

Une pénalité qui sélectionne

Le critère lasso

\sum_{i=1}^{n}\left(y_i - \hat y_i\right)^2 \;+\; \lambda \sum_{j=1}^{p} \left|\beta_j\right|

La seule différence est la valeur absolue au lieu du carré. Sa conséquence est considérable.

La différence décisive
Pénalité Coefficients
Ridge \sum \beta_j^2 rétrécissent, jamais nuls
Lasso \sum \lvert\beta_j\rvert certains deviennent exactement nuls

Le lasso fait donc de la sélection de variables, ridge non.

Pourquoi la valeur absolue annule

Intuition

Géométriquement, la contrainte du lasso a des coins sur les axes — un losange en dimension deux — tandis que celle de ridge est un cercle, sans angle.

La solution touche la contrainte, et il est bien plus probable de toucher un losange à un coin qu’un cercle en un point particulier. Or être sur un coin signifie qu’une coordonnée est nulle.

Choisir entre les deux

Quand préférer l’un ou l’autre
Situation Méthode
Beaucoup de variables faiblement utiles ridge
Peu de variables vraiment utiles lasso
Variables corrélées par blocs elastic net
Modèle à interpréter et présenter lasso
L’elastic net

Il combine les deux pénalités. Il sélectionne comme le lasso, tout en répartissant entre variables corrélées comme ridge.

Le lasso, entre deux variables très corrélées, en garde une au hasard et annule l’autre — ce qui rend son résultat instable d’un échantillon à l’autre. L’elastic net corrige ce défaut.

Une mise en garde sur l’interprétation

Application en gestion

Qu’une variable soit retenue par le lasso ne prouve pas qu’elle cause quoi que ce soit. Elle peut être retenue parce qu’elle est corrélée à la vraie cause, ou parce qu’elle est une conséquence.

Le lasso sélectionne pour prévoir, pas pour expliquer. Lire ses variables retenues comme des facteurs causaux est l’erreur que le chapitre 11, puis tout le cours d’Inférence causale, s’emploieront à écarter.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Cinq points
  1. Les MCO sont optimaux parmi les sans-biais — ce qui n’est pas le critère en prévision.
  2. Ridge pénalise \sum \beta_j^2 : les coefficients rétrécissent sans jamais s’annuler.
  3. Lasso pénalise \sum \lvert\beta_j\rvert : certains deviennent exactement nuls, d’où une sélection.
  4. \lambda se choisit par validation croisée ; il faut standardiser et ne pas pénaliser la constante.
  5. La sélection du lasso est prédictive, jamais causale.
La suite

Le lasso a introduit la sélection de variables. Le chapitre 4 examine ce que devient ce problème quand les variables sont plus nombreuses que les observations.

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Ressources du chapitre

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

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