Formation - Les bases de l'apprentissage Machine (Machine Learning)

1 - L'apprentissage machine (Introduction)

• Introduction
• Champs de compétences
• Focus Data Science (Data Mining)
• Focus Machine Learning
• Focus Big Data
• Focus Deep Learning
• Définition de l'apprentissage machine
• Exemples de tâches du machine Learning
• Que peuvent apprendre les machines
• Les différents modes d'entraînement

2 - Les fondamentaux de l'apprentissage machine

• Préambule : - Un problème d'optimisation - Quête de la capacité optimale du modèle - Relation capacité et erreurs - Un apport philosophique - Cadre statistique - Anatomie d'un modèle d'apprentissage machine
• Jeux de données d'entraînement : - Cadre statistique - Les variables prédictives - Chaîne de traitement des variables prédictives - Les variables à prédire
• Fonctions hypothèses : - Principe : jeux de fonctions hypothèses - Contexte de sélection des fonctions hypothèses - Caractéristiques des fonctions hypothèses - Modèles probabilistes Fréquentistes et Bayésiens
• Fonctions de coûts : - Les estimateurs - Principe du maximum de vraisemblance (MLE*) - MAP - Maximum A Posteriori - Le biais d'un estimateur - La variance d'un estimateur - Le compromis biais - variance - Les fonctions de coûts - La régularisation des paramètres
• Algorithmes d'optimisations : - Les grandes classes d'algorithmes d'optimisation - La descente de gradient (1er ordre) - Descente de gradient (détails) - Les approches de Newton (2nd ordre) - Optimisation batch et stochastique - Pour aller plus loin
• Lab : Mise en oeuvre de l'environnement de travail machine Learning

3 - La classification

• Introduction : - Choisir un algorithme de classification
• La régression logistique : - Du Perceptron à la régression logistique - Hypothèses du modèle - Apprentissage des poids du modèle - Exemple d'implémentation : scikit-learn - Régression logistique - Fiche Synthèse
• SVM : - Classification à marge maximum - La notion de marge souple (soft margin) - Les machines à noyau (kernel machines) - L'astuce du noyau (kernel trick) - Les fonctions noyaux - SVM - Maths - SVM - Fiche Synthèse
• Arbres de décision : - Principe de base - Fonctionnement - Maximisation du Gain Informationnel - Mesure d'impureté d'un noeud - Exemple d'implémentation : scikit-learn -Arbres de décision - Fiche Synthèse
• K plus proches voisins (kNN) : - L'apprentissage à base d'exemples - Principe de fonctionnement - Avantages et désavantages - kNN - Fiche synthèse
• Synthèse
• Lab : Expérimentation des algorithmes de classification sur cas concrets

4 - Les pratiques

• Prétraitement : - Gestion des données manquantes - Transformateurs et estimateurs - Le traitement des données catégorielles - Le partitionnement des jeux de données - Mise à l'échelle des données
• Ingénierie des variables prédictives (Feature Engineering) : - Sélection des variables prédictives - Sélection induite par régularisation L1 - Sélection séquentielle des variables - Déterminer l'importance des variables - Réduction dimensionnelle par Compression des données - L'extraction de variables prédictives - Analyse en composante principale (ACP) - Analyse linéaire discriminante (ADL) - l'ACP à noyau (KPCA)
• Réglages des hyper-paramètres et évaluation des modèles : - Bonnes pratiques - La notion de Pipeline - La validation croisée (cross validation) - Courbes d'apprentissage - Courbes de validation - La recherche par grille (grid search) - Validation croisée imbriquée (grid searchcv) - Métriques de performance
• Synthèse
• Lab : Expérimentation des pratiques du machine learning sur cas concrets

5 - L'apprentissage d'ensembles (ensemble learning)

• Introduction
• L'approche par vote
• Une variante : l'empilement (stacking)
• Le bagging
• Les forêts aléatoires
• Le boosting
• La variante Adaboost
• Gradient Boosting
• Fiches synthèses
• Lab : L'apprentissage d'ensemble sur un cas concret

6 - La régression

• Régression linéaire simple
• Régression linéaire multi-variée
• Relations entre les variables
• Valeurs aberrantes (RANSAC)
• Évaluation de la performance des modèles de régression
• La régularisation des modèles de régression linéaire
• Régression polynomiale
• La régression avec les forêts aléatoires
• Synthèse
• Lab : La régression sur un cas concret

7 - Le clustering

• Introduction
• Le regroupement d'objets par similarité avec les k-moyens (k-means)
• k-means : algorithme
• L'inertie d'un cluster
• Variante k-means ++
• Le clustering flou
• Trouver le nombre optimal de clusters avec la méthode Elbow
• Appréhender la qualité des clusters avec la méthode des silhouettes
• Le clustering hiérarchique
• Le clustering par mesure de densité DBSCAN
• Autres approches du Clustering
• Synthèse
• Lab : Le clustering sur un cas concret