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Statistique inférentielle

Construire un estimateur

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Statistique inférentielle

Chapitre 7 : Construire un estimateur

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

24 septembre 2026

Deux méthodes

Pourquoi il faut une méthode

L’évidence s’arrête vite

Pour estimer une moyenne, on prend la moyenne : personne n’hésite.

Mais pour estimer le paramètre \lambda d’une loi exponentielle, la borne supérieure d’une loi uniforme, ou la probabilité de défaut d’un portefeuille observé partiellement ? L’intuition ne suffit plus.

Les deux méthodes du cours

La méthode des moments : on égale les moments théoriques aux moments observés.

Le maximum de vraisemblance : on retient la valeur du paramètre qui rendait les données les plus plausibles.

La méthode des moments

Le principe

Une équation par paramètre

On écrit l’espérance théorique en fonction du paramètre, on l’égale à la moyenne observée, et on résout.

E(X) = g(\theta) \quad\Longrightarrow\quad \overline{x} = g(\widehat{\theta}) \quad\Longrightarrow\quad \widehat{\theta} = g^{-1}(\overline{x})

Trois applications immédiates
Loi Relation Estimateur
Bernoulli \mathcal{B}(p) E(X)=p \widehat{p} = \overline{x} = f
Poisson \mathcal{P}(\lambda) E(X)=\lambda \widehat{\lambda} = \overline{x}
Exponentielle E(X)=1/\lambda \widehat{\lambda} = 1/\overline{x}

Ses mérites et ses limites

Simple, mais rustique

Elle ne demande aucun calcul difficile, et donne souvent le bon résultat du premier coup.

Mais elle n’utilise que les premiers moments — donc pas toute l’information de l’échantillon. Elle peut produire des estimateurs manifestement inefficaces, voire absurdes.

Un cas où elle échoue

Sur une loi uniforme sur [0\,;b], elle donne \widehat{b} = 2\overline{x}.

Si l’échantillon contient la valeur 9 mais que 2\overline{x} = 8, l’estimateur affirme que le maximum possible est 8 — alors qu’on a observé 9. Une estimation contredite par les données mêmes.

Le maximum de vraisemblance

Retourner la question des probabilités

La définition

Fonction de vraisemblance

Pour un échantillon x_1, \dots, x_n indépendant, la vraisemblance est la probabilité d’observer exactement ces données, vue comme une fonction du paramètre :

L(\theta) = \prod_{i=1}^{n} f(x_i \,;\theta)

L’estimateur du maximum de vraisemblance est la valeur \widehat{\theta} qui maximise L.

Le renversement, en une phrase

Le cours de probabilités demandait : le paramètre étant donné, quelle chance d’observer ces données ?

L’inférence demande : ces données étant observées, quelle valeur du paramètre les rendait les plus vraisemblables ? Même fonction, lue dans l’autre sens.

La technique de calcul

On maximise le logarithme

\ln L(\theta) = \sum_{i=1}^{n} \ln f(x_i \,;\theta)

Le logarithme est croissant : il a le même maximum. Et il transforme le produit en somme, ce qui rend la dérivation praticable.

Le cas de Bernoulli, entièrement traité

Sur n = 12 crédits, k = 3 défauts :

L(p) = p^{3}(1-p)^{9} \qquad \ln L(p) = 3\ln p + 9\ln(1-p)

\frac{\mathrm{d}\ln L}{\mathrm{d}p} = \frac{3}{p} - \frac{9}{1-p} = 0 \quad\Longrightarrow\quad \widehat{p} = \frac{3}{12} = 0{,}25

Ce que le résultat signifie

La fréquence observée n’était pas un choix arbitraire

Le maximum de vraisemblance redonne la proportion empirique. Ce que l’introduction des probabilités posait comme une définition intuitive se révèle être la solution d’un problème d’optimisation.

De même, pour une population normale, la méthode redonne \overline{x} pour m. Les estimateurs « évidents » sont ceux que la théorie construit.

Ses propriétés, et pourquoi il domine
  1. Convergent — il s’approche du vrai paramètre.
  2. Asymptotiquement sans biais — le biais s’efface quand n grandit.
  3. Asymptotiquement efficace — aucun autre ne fait mieux à grand échantillon.
  4. Invariant — l’estimateur de g(\theta) est g(\widehat{\theta}), sans recalcul.

Ses limites

Trois réserves à connaître
  • Il peut être biaisé à distance finie : sur une population normale, il estime \sigma^2 en divisant par n, pas par n-1.
  • Il exige de postuler une loi. Si la loi supposée est fausse, l’estimateur est faux — et rien ne le signale.
  • Le maximum n’a pas toujours de forme explicite : il faut alors le chercher numériquement.
Sa portée réelle

C’est pourtant la méthode d’estimation la plus employée au monde : régression logistique, modèles GARCH, économétrie des données de panel, apprentissage statistique.

Tout ce qui n’est pas une régression linéaire ordinaire est, presque toujours, du maximum de vraisemblance.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Six points
  1. Un estimateur se construit ; il ne se devine pas.
  2. Méthode des moments : égaler moments théoriques et moments observés. Simple, parfois grossière.
  3. Maximum de vraisemblance : retenir la valeur qui rendait les données les plus plausibles.
  4. On maximise \ln L : même maximum, produits transformés en sommes.
  5. Pour Bernoulli il redonne f, pour la normale il redonne \overline{x} : les estimateurs usuels sont les siens.
  6. Convergent, asymptotiquement sans biais et efficace, invariant — mais il exige de postuler une loi.
La suite

Une estimation ponctuelle est un nombre unique, et elle est presque sûrement fausse : la probabilité que \overline{x} vaille exactement m est nulle.

Annoncer 7\,005{,}80 sans rien d’autre est donc une information incomplète. La quatrième partie ajoute ce qui manque : la précision.

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Ressources du chapitre

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

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