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Module 7 — Probabilités, indépendance et probabilité conditionnelle

L'apprentissage automatique est, au fond, un raisonnement sous incertitude : un classifieur ne dit pas « c'est un chat » mais « 92 % de chance que ce soit un chat ». Les probabilités sont le langage de cette incertitude. Ce module en pose les bases, orientées vers ce qui sert réellement à comprendre les modèles.

La probabilité : une mesure entre 0 et 1​

Une probabilité quantifie la vraisemblance d'un événement, de 0 (impossible) à 1 (certain). Deux lectures coexistent et se rejoignent en pratique :

  • Fréquentiste : la proportion observée sur de nombreuses répétitions (une pièce équilibrée tombe sur pile environ 1 fois sur 2).
  • Bayésienne : un degré de croyance, révisable à la lumière de nouvelles données — la vision du module 8.

En apprentissage, la sortie d'un modèle de classification est une probabilité, et savoir la lire correctement change tout dans l'interprétation d'une prédiction.

Probabilité conjointe et indépendance​

La probabilité conjointe P(A et B)P(A \text{ et } B) est celle que deux événements se produisent ensemble. Deux événements sont indépendants si l'un n'apporte aucune information sur l'autre ; alors, et alors seulement :

P(A et B)=P(A)⋅P(B)P(A \text{ et } B) = P(A) \cdot P(B)

Deux jets de dé successifs sont indépendants : le premier résultat ne dit rien du second. En revanche, « il pleut » et « le sol est mouillé » ne le sont pas du tout. Distinguer les deux cas est crucial : supposer à tort l'indépendance est une source majeure d'erreurs — mais c'est aussi, parfois, une simplification féconde, comme dans le classifieur bayésien « naïf » du module 8.

La probabilité conditionnelle : le cœur de l'inférence​

La probabilité conditionnelle P(A∣B)P(A \mid B) se lit « probabilité de A sachant que B est vrai ». C'est la notion la plus importante du module, parce que prédire, c'est exactement calculer une probabilité conditionnelle : P(classe∣caracteˊristiques observeˊes)P(\text{classe} \mid \text{caractéristiques observées}).

P(A∣B)=P(A et B)P(B)P(A \mid B) = \frac{P(A \text{ et } B)}{P(B)}

Un exemple médical rend l'idée concrète. La probabilité qu'un patient soit malade, sachant que son test est positif, n'est pas la même que la probabilité brute d'être malade : l'information « test positif » a mis à jour notre estimation. Cette réévaluation à la lumière d'une observation est le mécanisme central de tout raisonnement prédictif.

# Sur des données : P(achat | a_vu_la_pub)
clients_ayant_vu = df[df["a_vu_pub"] == 1]
p_achat_sachant_pub = clients_ayant_vu["a_achete"].mean()

Un piège classique : la probabilité conditionnelle n'est pas symétrique​

P(A∣B)P(A \mid B) et P(B∣A)P(B \mid A) sont différentes, et les confondre mène à des erreurs graves. P(test positif∣malade)P(\text{test positif} \mid \text{malade}) — la fiabilité du test — peut être de 99 %, alors que P(malade∣test positif)P(\text{malade} \mid \text{test positif}) — ce qui intéresse le patient — peut n'être que de 30 % si la maladie est rare. Le lien exact entre ces deux quantités est précisément le théorème de Bayes, objet du module suivant.

Pourquoi cela irrigue toute l'évaluation

Les métriques du cours d'introduction — précision, rappel — sont des probabilités conditionnelles déguisées. Le rappel est P(deˊtecteˊ∣reˊellement positif)P(\text{détecté} \mid \text{réellement positif}) ; la précision est P(reˊellement positif∣deˊtecteˊ)P(\text{réellement positif} \mid \text{détecté}). Ce sont les deux directions du conditionnement, et c'est pourquoi elles diffèrent et ne se résument jamais à un seul chiffre.

En résumé​

  • Une probabilité mesure l'incertitude entre 0 et 1 ; la sortie d'un classifieur est une probabilité qu'il faut savoir interpréter.
  • Deux événements sont indépendants quand P(A et B)=P(A)P(B)P(A \text{ et } B) = P(A)P(B) ; le supposer à tort est une erreur fréquente.
  • La probabilité conditionnelle P(A∣B)P(A \mid B) est le cœur de la prédiction : classer, c'est estimer P(classe∣caracteˊristiques)P(\text{classe} \mid \text{caractéristiques}).
  • Elle n'est pas symétrique : P(A∣B)≠P(B∣A)P(A \mid B) \neq P(B \mid A) ; confondre les deux mène à de graves méprises, que le théorème de Bayes dissipe.

Module suivant : le théorème de Bayes, la formule qui relie les deux directions du conditionnement et fonde tout un pan de l'IA.