Arbre de Décision

Un arbre de décision est un algorithme d’apprentissage supervisé utilisé pour prendre des décisions ou faire des prédictions à partir de données d’entrée. Il se visualise sous la forme d’une structure arborescente où chaque nœud interne représente un test sur un attribut, chaque branche représente l’issue du test, et chaque feuille représente une étiquette de classe ou une valeur continue.

Composants clés d’un arbre de décision

1. Nœud racine : Représente l’ensemble du jeu de données et la décision initiale à prendre.
2. Nœuds internes : Représentent des décisions ou des tests sur des attributs. Chaque nœud interne possède une ou plusieurs branches.
3. Branches : Représentent le résultat d’une décision ou d’un test, menant à un autre nœud.
4. Feuilles (nœuds terminaux) : Représentent la décision finale ou la prédiction où il n’y a plus de divisions.

Structure d’un arbre de décision

Un arbre de décision commence par un nœud racine qui se divise en branches selon les valeurs d’un attribut. Ces branches mènent à des nœuds internes, qui se divisent à leur tour jusqu’à atteindre les feuilles. Les chemins du nœud racine jusqu’aux feuilles représentent les règles de décision.

Fonctionnement des arbres de décision

La construction d’un arbre de décision implique plusieurs étapes :

1. Sélection du meilleur attribut : À l’aide de métriques comme l’impureté de Gini, l’entropie ou le gain d’information, on sélectionne le meilleur attribut pour diviser les données.
2. Division du jeu de données : Le jeu de données est divisé en sous-ensembles selon l’attribut choisi.
3. Répétition du processus : Ce processus est répété de manière récursive pour chaque sous-ensemble, créant de nouveaux nœuds internes ou feuilles jusqu’à atteindre un critère d’arrêt, comme lorsque tous les éléments d’un nœud appartiennent à la même classe ou qu’une profondeur prédéfinie est atteinte.

Métriques de division

• Impureté de Gini : Mesure la fréquence à laquelle un élément choisi au hasard serait mal classé.
• Entropie : Mesure le niveau de désordre ou d’impureté dans le jeu de données.
• Gain d’information : Mesure la réduction de l’entropie ou de l’impureté après une division des données selon un attribut.

Avantages des arbres de décision

• Faciles à comprendre : La structure arborescente est intuitive et facile à interpréter.
• Polyvalents : Peuvent être utilisés pour des tâches de classification comme de régression.
• Non paramétriques : N’impliquent aucune hypothèse sur la distribution sous-jacente des données.
• Gèrent les données numériques comme catégorielles : Capables de traiter différents types de données.

Inconvénients des arbres de décision

• Surapprentissage : Les arbres peuvent devenir trop complexes et suradapter les données d’entraînement.
• Instabilité : De petits changements dans les données peuvent donner un arbre complètement différent.
• Biais : Peuvent être biaisés envers les attributs ayant plus de niveaux.

Applications des arbres de décision en IA

Les arbres de décision sont très polyvalents et peuvent être appliqués dans divers domaines, notamment :

• Santé : Diagnostic de maladies à partir de données patients.
• Finance : Scoring de crédit et évaluation des risques.
• Marketing : Segmentation et ciblage des clients.
• Industrie : Contrôle qualité et détection de défauts.