Rétropropagation

La rétropropagation est un algorithme d’entraînement des réseaux de neurones artificiels. En ajustant les poids pour minimiser l’erreur dans les prédictions, la rétropropagation permet aux réseaux de neurones d’apprendre efficacement. Dans cette entrée du glossaire, nous expliquerons ce qu’est la rétropropagation, son fonctionnement et les étapes de l’entraînement d’un réseau de neurones.

Qu’est-ce que la rétropropagation ?

La rétropropagation, abréviation de « propagation en arrière des erreurs », est un algorithme d’apprentissage supervisé utilisé pour entraîner les réseaux de neurones artificiels. C’est la méthode par laquelle le réseau de neurones met à jour ses poids en fonction du taux d’erreur obtenu à l’époque précédente (itération). L’objectif est de minimiser l’erreur jusqu’à ce que les prédictions du réseau soient aussi précises que possible.

Comment fonctionne la rétropropagation ?

La rétropropagation fonctionne en propageant l’erreur en arrière à travers le réseau. Voici une présentation étape par étape du processus :

1. Passage avant

• Couche d’entrée : Les données d’entrée sont injectées dans le réseau.
• Couches cachées : Les données sont traitées via une ou plusieurs couches cachées, où les neurones appliquent des poids et des fonctions d’activation pour générer des sorties.
• Couche de sortie : La sortie finale est générée en fonction de la somme pondérée des entrées de la dernière couche cachée.

2. Calcul de la perte

• Calcul de l’erreur : La sortie du réseau est comparée aux valeurs cibles réelles pour calculer l’erreur (perte). Les fonctions de perte courantes incluent l’erreur quadratique moyenne (MSE) et la perte d’entropie croisée.

3. Passage arrière

• Calcul du gradient : Le gradient de la fonction de perte est calculé par rapport à chaque poids en appliquant la règle de la chaîne du calcul différentiel. Cette étape implique de calculer les dérivées partielles de la perte par rapport à chaque poids.
• Mise à jour des poids : Les poids sont mis à jour en utilisant les gradients calculés. Le taux d’apprentissage, un hyperparamètre, détermine la taille du pas pour la mise à jour des poids. La règle de mise à jour est généralement donnée par :
  w_nouveau = w_ancien – η ∂L/∂w
  où η est le taux d’apprentissage et ∂L/∂w est le gradient de la perte (L) par rapport au poids (w).

4. Itération

• Répéter : Les étapes 1 à 3 sont répétées pour un nombre prédéfini d’époques ou jusqu’à ce que la perte atteigne un seuil acceptable.

Entraîner un réseau de neurones avec la rétropropagation

L’entraînement d’un réseau de neurones comprend plusieurs étapes clés :

1. Préparation des données

• Jeu de données : Collecter et prétraiter le jeu de données.
• Normalisation : Normaliser les données pour que toutes les caractéristiques d’entrée soient sur la même échelle.

2. Initialisation du modèle

• Architecture : Définir l’architecture du réseau de neurones, y compris le nombre de couches et de neurones.
• Initialisation des poids : Initialiser les poids, souvent avec de petites valeurs aléatoires.

3. Boucle d’entraînement

• Passage avant : Calculer la sortie du réseau.
• Calcul de la perte : Calculer la perte entre les sorties prédites et réelles.
• Passage arrière : Calculer les gradients de la perte par rapport à chaque poids.
• Mise à jour des poids : Mettre à jour les poids à l’aide des gradients et du taux d’apprentissage.
• Époque : Répéter le processus sur plusieurs époques pour affiner les poids.

4. Évaluation

• Validation : Tester le modèle entraîné sur un jeu de validation séparé pour évaluer ses performances.
• Ajustements : Affiner les hyperparamètres comme le taux d’apprentissage, la taille du batch et le nombre d’époques selon les résultats de validation.

Principes de la rétropropagation

• Règle de la chaîne : Le principe mathématique fondamental permettant de calculer les gradients dans un réseau à plusieurs couches.
• Descente de gradient : Un algorithme d’optimisation utilisé pour minimiser la fonction de perte.
• Taux d’apprentissage : Un hyperparamètre qui contrôle l’ampleur du changement du modèle en réponse à l’erreur estimée à chaque mise à jour des poids.

Références :

• GeeksforGeeks – Backpropagation in Neural Network
• Wikipedia – Backpropagation
• Neptune.ai – A Comprehensive Guide to the Backpropagation Algorithm in Neural Networks